KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU ĐV K2 docx

• Tốc độ truyền: Công thức Shannon xác định tốc độ tối đa cho một kênh truyền: C: tốc độ tối đa của kênh dung lượng kênh B: băng thông của kênh S/N: tỷ số tín hiệu trên nhiễu 1.4... của

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

ĐV K2

1 Nội dung:

™ Chương I: Tổng quan về truyền số liệu

™ Chương II: Kỹ thuật truyền số liệu

™ Chương III: Các nghi thức cơ sở và thực tế

™ Chương IV: Mạng truyền số liệu

2 Thời lượng:

™ Lý thuyết: 45 tiết

™ Thực hành: 30 tiết

NHỮNG ĐIỀU CẦN BIẾT

điểm danh: 40%

TÀI LIỆU THAM KHẢO

thông tin số, 2005, NXB ĐH Quốc Gia

TP.HCM

liệu, 2009, NXB Lao động Xã hội

Networking, 2005, Pearson Education, Inc

1.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG

TRUYỀN TIN CƠ BẢN

MÃ HÓA NGUỒN

MÁY PHÁT

MÃ HÓA MẬT

MÃ HÓA KÊNH

GHÉP KÊNH

KÊNH TRUYỀN

TẠO KHUÔN

GIẢI MÃ NGUỒN

MÁY THU

GIẢI MÃ MẬT

GIẢI MÃ KÊNH

PHÂN KÊNH

TỪ CÁC NGUỒN KHÁC

ĐẾN CÁC ĐÍCH NHẬN TIN KHÁC

ĐỒNG BỘ

~/

010 010 010 010 010

010 010 010 010 010

XỬ LÝ THÍCH ỨNG MÔI TRƯỜNG

XỬ LÝ THÍCH ỨNG MÔI TRƯỜNG

Hữu tuyến:

1 Loại cáp không xoắn:

• Tín hiệu tham chiếu giữa hiệu điện thế (cường độ

dòng điện) so với dây nối đất.

• Khoảng cách ≤ 50m, tốc độ ≤ 19,2 kbps.

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Hữu tuyến:

2 Cáp xoắn đôi (twisted pair cable):

• Bọc giáp (STP).

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Hữu tuyến:

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Hữu tuyến:

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Hữu tuyến:

Mặt cắt ngang cáp sợi quang

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Vô tuyến

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Vô tuyến

Ground-wave propagation (below 2MHz)

1.3 CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Lan truyền sóng trời:

Transmit antenna

Signal propagation

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Miền tần số

v

t

t v

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

• Phổ của tín hiệu: khoảng tần số có tín hiệu

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

• Băng tần: một dải tần số giới hạn từ tần số thấp nhất đến tần số cao nhất.

user để truyền nhận dữ liệu.

v

Bandwidth = 6000 – 1000 = 5000 Hz

Bandwidth = 6500 – 500 = 6000 Hz

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

• Tốc độ truyền:

Công thức Shannon xác định tốc độ tối đa

cho một kênh truyền:

C: tốc độ tối đa của kênh (dung lượng kênh) B: băng thông của kênh

S/N: tỷ số tín hiệu trên nhiễu

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

) 1

(

log2

N

S B

• Baud rate (Rs) và Bit rate (R):

R = Rs x log2M = Rs x m R: tốc độ bit (bit/s)

Rs: tốc độ baud (symbol/s) M: số mức thay đổi tín hiệu m: số bit mã hóa cho một tín hiệu

• Công thức Nyquist xác định tốc độ tối đa của

kênh:

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

BÀI TẬP 1

Đường dây điện thoại có băng thông

3200Hz Giả sử đường truyền không nhiễu, dung lượng 19200 bps Cho biết

tối đa có bao nhiêu symbol khác nhau có

thể được truyền trên đường truyền.

BÀI TẬP 2

Cho một đường truyền có băng thông

4000Hz Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu theo

công suất là 18 dB Xác định tốc độ có

thể đạt được trên lý thuyết.

1.4 CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN

CHƯƠNG II:

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

2.1.TRUYỀN DẪN Ở BĂNG GỐC VÀ

BĂNG THÔNG DẢI (Baseband và Passband)

hiệu → có thể truyền trực tiếp bản tin

của kênh truyền, bản tin phải được mã

hóa thành tín hiệu phát, gọi là mã đường

dây (transmission encoding/ line

2.1 TRUYỀN DẪN Ở BĂNG GỐC VÀ

BĂNG THÔNG DẢI

nhiều tần số cao nhất của tín hiệu

chuyển lên băng tần của kênh, gọi là

điều chế (modulation)

2.2 LINE CODING

2 RZ (Return to Zero): tín hiệu có 3 mức: âm, dương

và zero

+v -v

POLAR ENCODING

1 AMI (Alternate Mark Inversion)

2 B8ZS (Bipolar 8 Zero Subtitution)

3 HDB3 (High Density Bipolar 3)

BIPOLAR ENCODING

BIPOLAR ENCODING

BIPOLAR ENCODING

ƯU NHƯỢC ĐIỂM

AMI • Thành phần DC = 0 • Tốc độ mã tối đa bằng 2

lần so với NRZ

• Không đồng bộ được khi

có chuỗi bit 0 kéo dài

B8ZS và HDB3 • Đồng bộ bit rất hiệu quả

ngay cả đối với chuỗi bit 0 kéo dài

• Phát hiện được lỗi

• Tốc độ mã tối đa bằng 2 lần

so với NRZ

BÀI TẬP 1

ĐÁP ÁN

BT1

NRZ-L

NRZ-I AMI

BÀI TẬP 3

ĐÁP ÁN BT2

2.3 CHUẨN GIAO TIẾP Ở

2.5 MÃ HÓA

‹ 5 bit

‹ dùng 2 mã letter và figure để tăng số lượng mã

Information Interchange)

‹ 7 bit

‹ Phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong

giao tiếp dữ liệu tuần tự.

MÃ BAUDOT

“JAMES BOND 007 SAYS HI!”

$

MÃ ASCII

2.6 GHÉP KÊNH (Multiplexing)

FDMA (FDM Access)

FDM

• 1 frame time (F) đủ ghép n kênh thông tin,

tương ứng n time slot (TS)

• 1TS ghép được 8 bit tín hiệu kênh # i

Rb = 8n/125µs = n.64 kbps

Châu Mỹ n = 24 (T1)

CẤU TRÚC KHUNG PCM 32

CẤU TRÚC ĐA KHUNG PCM 32

CHANNEL 14 CHANNEL 29

CẤU TRÚC ĐA KHUNG PCM 24

A

PDH (Plesiosynchronous Digital

Hierachy)

Phương pháp ghép kênh TDM gọi là cận đồng bộ PDH

vào từng khe thời gian.

hiệu được ghép vào đa khung.

• Sau khi bố trí các luồng số vào khung ghép, cần hiệu chỉnh tốc độ bằng phương pháp

PDH CẤP CAO

Ghép kênh PDH có 5 cấp và 3 tiêu chuẩn

khác nhau:

(DSi)

DS (JDS)

PDH CẤP CAO

2.7 CẤU TRÚC KÊNH TRUYỀN

1 Truyền nối tiếp (serial)

2 Truyền song song (parallel)

TRUYỀN DẪN NỐI TIẾP

• Bất đồng bộ: đồng bộ theo bit start và bit stop

điều khiển -> Bit-oriented

TRUYỀN DẪN NỐI TIẾP

-> Character-oriented

SYN: sychronous character

STX: start of text

ETX: end of text

BCC: Block check count

MÃ ASCII

• Đồng bộ bit

TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ

TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ

• Đồng bộ ký tự

TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ

DLE ETX

Frame contents (binary data) DLE

DLE Inserted

DLE

• STX: Start of Text ETX: End of Text

• DLE: Data Link Escape

TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ

và ngẫu nhiên về thời gian.

Mã hóa chuỗi dữ liệu “TIGER 2010” bằng

mã ASCII, parity lẻ, 1 stop bit

1 Tính tổng số bit truyền trên đường truyền.

2 Tính hiệu suất đường truyền.

3 Vẽ chuỗi bit truyền

BÀI TẬP

• Không cần bit start /stop.

• Phải có tín hiệu đồng bộ riêng.

TRUYỀN NỐI TIẾP ĐỒNG BỘ

1 Đồng bộ bit:

‹ Time stamp (Clock encoding and extraction)

) Gán thông tin đồng bộ vào dữ liệu truyền

) RZ, Manchester, differential Manchester

‹ Digital Phase-Lock-Loop

) Dùng đường tín hiệu đồng bộ riêng

) Mã hóa thông tin phải đảm bảo có sự thay đổi bit

trong một khoảng thời gian đủ để nguồn clock tái đồng bộ

) AMI, HDB3, B8ZS

) Thích hợp khi truyền một khoảng cách ngắn

TRUYỀN NỐI TIẾP ĐỒNG BỘ

ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU

Clock encoder

Local clock PISO

Clock extract circuit

SIPO

Manchester encoded signal (TxD/RxD) Extracted clock (RxC) Received data

TxC Bit stream

TimeStamp

Bit encoder

Local clock PISO

Bit decoder

xN local clock

Clock encoder

‹ Khung dữ liệu

BSC - KHUNG ĐIỀU KHIỂN

Selecting add.

S Y N

E N Q

Polling add.

S Y N

S Y N

E O T

point point con

request

Select primary Select secondary

negative response to select/ not ready to receive data

Poll primary Poll

secondary

S Y N

S Y

positive response

to select/ ready to receive data

negative response

to poll/ not ready to send data

BSC - KHUNG ĐIỀU KHIỂN

Flow and error control

S Y

N ACK 1

S Y N

S Y

N TTD

Positive ACK of even frames/

Frame number 0 received

Negative ACK of even frames/

Error in frame received

Reverse interrupt/

Request for interrupt/

Urgent data to sen

Positive ACK of odd frames/

Frame number 1 received

S Y N

S Y

Wait and ACK/

ACK of previous frame/ Not ready to receive more

Temporary delay/

Temporary delayed but not relinquish the line

)Phụ thuộc mã điều khiển

)Không kiểm soát lỗi cho các trường điều

liệu và điều khiển

HDLC – CỜ ĐIỀU KHIỂN

tránh lẫn lộn dữ liệu giống cờ và cờ

tiếp xuất hiện

)Nếu bit đó là 0, nó xóa bit 0 đó

)Nếu bit là 1 và bit thứ 7 là 0, nó biết đây là cờ

)Nếu bit thứ 6 và 7 đều là 1, dữ liệu

HDLC – CỜ ĐIỀU KHIỂN

• Một số lỗi

trùng cờ:

HDLC – TRƯỜNG ĐỊA CHỈ

• Có thể mở rộng thành bội số của 8 bit

• Địa chỉ “11111111” là địa chỉ broadcast

HDLC -TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

HDLC -TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

‹Thông tin – dữ liệu cần truyền đến người dùng

• Bit Poll/Final: chỉ có ý nghĩa khi là 1

‹Là Poll khi được gởi từ primary đến secondary

‹Là Final khi được gởi từ secondary đến

primary

HDLC – HOẠT ĐỘNG

• Trao đổi khung thông tin, khung giám sát

và khung không đánh số

• 3 giai đoạn

‹Khởi tạo kết nối

‹Trao đổi dữ liệu

‹Ngắt kết nối

BISYNC và HDLC

Transmission technique Async/Sync Sync

Transmission mode Half-duplex Half/Full duplex

Framing

Control information Header, control frames Header (1-2 bytes)

Addressing Contention or polling Header

Error detection LRC, CRC-16, CRC-12 CRC-CCITT

Error checking Transmission block only Entire frame

Error control Stop-and-wait Go-back-N or selective repeat

BÀI TẬP

1 Tính lại hiệu suất đường truyền đồng bộ khi

phát chuỗi bit “TIGER 2010”

đồng bộ

và 500 ký tự So sánh hiệu suất đường

truyền đồng bộ và bất đồng bộ.

2.8 PHÁT HIỆN VÀ SỬA SAI

PHÁT HIỆN SAI

KIỂM TRA PARITY

‹ Parity chẵn: tổng số bit 1, kể cả bit parity là số chẵn

‹ Parity lẻ: tổng số bit 1, kể cả bit parity là một số lẻ

• Chỉ dò được lỗi

với số lẻ bit sai

BLOCK SUM CHECK

Block Sum Check (BSC): kết hợp parity hàng và cột

• Phát hiện được lỗi sai một số lẻ bit.

• Dò được các lỗi sai một số chẵn bit, ngoại trừ những lỗi xảy ra đồng thời trên cả hàng và cột

• Chỉ sửa được sai một bit đơn.

D a t a Start D a t a

Parity (even) Stop

BLOCK SUM CHECK

P

1 Tính FCS

• M: dữ liệu cần truyền (k bit)

• P: đa thức sinh (n+1 bit)

n 2

T = x +

x

R

R M

n 2

T =x +

CYCLIC REDUNDANCY CHECK

‹Tất cả các lỗi bit đơn

‹Tất cả các lỗi kép nếu P có ít nhất 3 toán hạng

‹Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P chứa 1 thừa số

(X+1)

‹Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm

nhỏ hơn chiều dài FCS

‹Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn

CYCLIC REDUNDANCY CHECK

CYCLIC REDUNDANCY CHECK

+

P = 110101

A B

C D

C D

D E

A B C D E F Input Initial

Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Step 6 Step 7 Step 8 Step 9 Step 10 Step 11 Step 12

M=100101101

P=1001101

CYCLIC REDUNDANCY CHECK

U T

W Y

z

X .

.

4 Các bộ mã tích

MẬT MÃ KHÓA BÍ MẬT

MẬT MÃ KHÓA CÔNG KHAI

1 Hệ mật RSA (Rivest – Shannon – Adleman)

2.10 NÉN DỮ LIỆU

1 Đơn giản mã cho các chữ số (Run-length

encoding /packed decimal)

mã hóa ASCII bằng 4 bit BCD

• Chỉ gởi phần thay đổi so với giá trị cũ

NÉN DỮ LIỆU

3 Loại bỏ những ký tự giống nhau

NÉN DỮ LIỆU

NÉN DỮ LIỆU

5 FAX: SINH VIÊN

NÉN DỮ LIỆU

2.11 MÔ HÌNH OSI

MÔ HÌNH OSI

MÔ HÌNH OSI

MÔ HÌNH OSI

3.1 ĐIỀU KHIỂN DÒNG

• Khái niệm thời gian:

- Thời gian truyền (tframe): thời gian cần thiết để

gởi tất cả các bit dữ liệu lên đường truyền.

- Thời gian lan truyền (tprop): thời gian cần thiết

để 1 bit đi từ nguồn đến đích.

ĐIỀU KHIỂN DÒNG

ĐIỀU KHIỂN DÒNG

STOP AND WAIT IRQ

STOP AND WAIT IRQ

) t

n(2t

TD = prop + frame

V L

d R

R

L V

d t

t a

2 1

1 T

t

n U

frame prop

D frame

STOP AND WAIT IRQ

STOP AND WAIT IRQ

‹ Nguồn phát dữ liệu (dưới dạng các frame)

‹ Đích nhận dữ liệu và trả lời bằng ACK

‹ Nguồn đợi ACK trước khi phát tiếp dữ liệu

‹ Đích có thể ngưng bằng cách không gởi ACK

‹ Thích hợp khi chỉ có vài frame có kích thước lớn

• Dữ liệu lớn được chia thành các frame có kích thước nhỏ

‹ Kích thước bộ đệm có giới hạn

SLIDING WINDOWS

cần đợi ACK

(modulo 2k)

SLIDING WINDOWS

SLIDING WINDOWS

3.2 ĐIỀU KHIỂN LỖI

ARQ (Automatic Repeat Request)

‹quản lý lỗi và yêu cầu truyền lại

‹Phân loại:

byte thông tin (character-oriented or byte-oriented)

tin (bit-oriented)

selective reject và go-back-N

(Information Frame) đến B

• A đợi trả lời:

• ACK-Frame -> A gởi tiếp dữ liệu

ARQ stop and wait

Lỗi:

đến đích nhưng nội dung ACK-Frame bị sai

• Sửa lỗi E1

thì khởi động bộ đếm, sau khoảng thời gian đợi T

mà chưa nhận được tín hiệu ACK thì xem như

I-Frame chưa tới và gởi lại frame này

ARQ stop and wait

ARQ stop and wait

Sửa lỗi E2:

frame)

I(N)

I(N) I(N)

I(N)

I(N)

ACK(N) Primary (P)

Secondary (S)

I(N)

ARQ stop and wait

Sửa lỗi E3

tuần tự frame (sequential number)

ARQ stop and wait

• Hoạt động tốt

Bài 1: Mã hóa chuỗi dữ liệu “TIGER 2010” bằng mã ASCII,

parity lẻ, 1 stop bit

• Tính hiệu suất đường truyền bất đồng bộ và đồng bộ khi

phát dữ liệu trên So sánh.

• Giả sử cần truyền văn bản chứa 100, 200 và 500 ký tự So

sánh hiệu suất đường truyền đồng bộ và bất đồng bộ.

Bài 2: Người ta dùng kỹ thuật PCM 16 bit để lưu trữ âm nhạc số

Tần số tín hiệu âm nhạc có thể đạt đến 20 kHz.Tính khoảng thời gian tối đa có thể lưu trữ nhạc số trên USB 2G

Bài 3: Cho chuỗi dữ liệu: 1010100111010100 Vẽ dạng sóng điều

chế 16-PSK và 16-QAM So sánh 2 phương pháp trên.

Kiểu lỗi cũng tương tự như trong Idle RQ

I-Frame sai

được nhưng nội dung ACK-frame bị sai

Go back N-ARQ

• Cơ chế hoạt động

‹Tương tự như Go-Back-N, ngoại trừ việc chỉ

gởi lại các frame bị NAK hoặc time-out

‹Bên nhận có thể nhận frame thông tin không

theo đúng chỉ số tuần tự → thứ tự frame thông tin truyền không được bảo đảm và bên nhận

phải có buffer để lưu lại các frame đến không

theo đúng chỉ số tuần tự

Selective Repeat ARQ

Selective Repeat ARQ

Selective Repeat ARQ

I(N+1) I(N+2) I(N+2) I(N+3)

I(N+2) I(N+3) I(N+4)

I(N+2)

Timeout retransmitted

I(N+5) I(N+6)

I(N+5) I(N+6)

Retransmitted mode

V(s)=N+1

I(N+4)

I(N+3) I(N+4) I(N+2)

I(N+5) I(N+6)

• Sửa lỗi E2:

‹Implicit Retransmission: dùng timer

‹Explicit Retransmission: dùng NAK-Frame.

• Sửa lỗi E3:

‹Sử dụng chỉ số tuần tự frame

Selective Repeat ARQ

ACK1 ACK2 NAK2 ACK3 ACK4 ACK5 ACK2

Go-back-N protocol

1 U

N NP)

P - 1)(1 (2a

P) - N(1

1 2a

N 2aP

1

P 1

P)

U

CHƯƠNG IV: MẠNG TRUYỀN

SỐ LIỆU

4.1 KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH

• Chuyển tiếp thông tin

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH

trong suốt thời gian kết nối.

CHUYỂN MẠCH KÊNH – BÁO HIỆU

Signaling)

‹ Các tín hiệu điều khiển truyền trên kênh

truyền độc lập với kênh truyền thoại

‹ Một kênh tín hiệu điều khiển chung cho một

số kênh thuê bao

=> Hệ thống báo hiệu số 7 (Signaling System

Number 7 - SS7)

CHUYỂN MẠCH KÊNH – BÁO HIỆU

‹Signaling point - SP (điểm điều khiển tín hiệu)

‹Signal transfer point – STP (điểm trao đổi tín hiệu)

‹Control plane

‹Information plane

CHUYỂN MẠCH KÊNH – BÁO HIỆU

CHUYỂN MẠCH KÊNH – BÁO HIỆU

Terminating central office

Called customer

On-hook On-hook

On-hook Off-hook Dial tone (Address) Off-hook(Connect)

Off-hook On-hook Address Audio ringing tone Ringing(20 Hz)

Off-hook(Address) Off-hook(Answer)

Ringing Terminated Audio ringing teeminated

Customer connected-Conversstion ensues

On-hook On-hook

Disconnect

Signaling on a Typical Completed Call

1

2 3

Time

CHUYỂN MẠCH KÊNH – BÁO HIỆU

CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN

‹ Số điểm kết nối tỉ lệ với bình phương số trạm

‹ Việc mất các điểm kết nối dẫn tới việc không có khả

năng kết nối qua điểm đó

‹ Hiệu suất sử dụng của các điểm kết nối kém

được dùng

‹ Non-blocking

CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN 1 TẦNG

CHUYỂN MẠCH KHÔNG GIAN ĐA TẦNG

tăng tỷ lệ với số tầng của chuyển mạch

(output buffer) hay ở bên trong chuyển mạch (internal buffer)

BỘ CHUYỂN MẠCH 3 TẦNG

CHUYỂN MẠCH THỜI GIAN

chung một đường truyền số liệu tốc độ cao

khiển logic để truyền từ input đến output

‹ Time-division Multiplexing BUS (TDM BUS)

‹ Time Slot Interchange (TSI)

‹ Time-multiplexed Switching

CHUYỂN MẠCH THỜI GIAN-TDM BUS

‹ Tất cả các đường truyền (I/O) được nối vào một Bus

chung

‹ Thời gian trên Bus được chia thành các time slots

‹ Một kết nối được thiết lập giữa hai đường truyền (I/O)

TIME SLOT INTERCHANGE

• Tất cả các đường (I/O) được nối đến một bộ

phân hợp kênh (MUX/ DEMUX) theo kỹ thuật bất đồng bộ

• Một kết nối được thiết lập bằng cách hoán

chuyển các time slot trong frame

tốc độ của bộ nhớ điều khiển

mạch cơ bản trong các cơ chế chuyển mạch

TIME SLOT INTERCHANGE

TIME–MULTIPLEXED SWITCHING

thời gian trong đó mỗi ngõ nhập là một dòng TDM

slot

để tạo ra các chuyển mạch đa tầng

TIME–MULTIPLEXED SWITCHING

‹Trực tiếp (Direct Routing)

‹Phân cấp (Alternate Hierachical Routing)

‹Tìm đường động (Dynamic Routing)

DYNAMIC ROUTING

• Đường đi thiết lập giữa hai thuê bao thay đổi tùy theo khả năng tải và băng thông của đường truyền tại thời điểm thiết lập kết nối

‹Dựa vào thống kê biến động trong mạng (tải, băng thông, ) theo thời gian, còn được gọi là Alternate Routing

‹Dựa vào biến động trong mạng được cập nhật vào bảng routing ở các node chuyển mạch trong