kiến thức cần nhớ môn kỹ thuật truyền dữ liệu

KIẾN THỨC CHÍNH MÔN TRUYỀN DỮ LIỆU SỐ Các hệ thống thông tin dùng để truyền đưa tin tức từ nơi này đến nơi khác. Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu. Có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau: cường độ dòng điện, điện áp, ánh sáng… Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR: SNR=10lg (S/N) (dB) Nếu tỉ số SNR cao thì chất lượng tín hiệu thu sẽ cao và ngược lại. Tỉ lệ lỗi bit BER được định nghĩa là tỉ số giữa số các bit nhận bị sai so với tổng số bit được truyền trong một khoảng thời gian nhất định. VD: tỉ lệ lỗi bit là 10 -4 có nghĩa là trung bình 1 bit lỗi trong 10 4 bit nhận. Khi tín hiệu truyền trên kênh truyền, vì lý do nào đó có thể làm cho biên độ của tín hiệu đó giảm xuống được gọi là sự suy giảm tín hiệu. Độ suy giảm được tính bằng tỉ số giữa công suất tín hiệu được truyền P phát và công suất tín hiệu nhận P thu , độ suy giảm L thường được tính bằng đơn vị dB. L=10lgP phát /P thu (dB) Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh thông tin hay còn gọi là thông lượng của đường truyền được xác định là tốc độ truyền các bít nhị phân từ nguồn tới đích, đơn vị là bits/giây (bps). Ví dụ: nếu 6 bit nhị phân được truyền từ nguồn tới đích hết 6s thì: Tốc độ truyền tin R = 6bits/6s = 1 (bps) Tốc độ baud được định nghĩa là tốc độ thay đổi trạng thái tín hiệu trên kênh truyền hay có thể hiểu là tốc độ truyền 1 mẫu tín hiệu có thể là 1 bit, 2 bit, 3 bit tùy vào trạng thái. Nếu số bit dùng cho mỗi trạng thái tín hiệu là n thì ta sẽ có số trạng thái tín hiệu là M theo công thức sau: M=2 n (trạng thái) Ví dụ, với 2 bit dùng để mã hóa cho một trạng thái tín hiệu thì ta sẽ có tất cả là 2 2 = 4 trạng thái tín hiệu, bao gồm các trạng thái 00,01,10, 11. Mối quan hệ giữa tốc độ baud và tốc độ bit như sau: R=R s log 2 M Với M là số trạng thái tín hiệu được truyền trên kênh, R là tốc độ bit và R s là tốc độ baud. Như vậy khi ta chỉ dùng hai trạng thái tín hiệu để truyền (M=2) thì ta có tốc độ baud chính bằng tốc độ bit. Phổ tần của tín hiệu là dải tần số trong đó chứa hầu hết công suất của tín hiệu. Phổ tần của tín hiệu chính bằng hiệu của tần số lớn nhất và tần số nhỏ nhất của tín hiệu truyền trên kênh. Đơn vị của phổ tần được tính bằng Hz. W=f max -f min Băng thông của kênh truyền được định nghĩa là dải tần số của tín hiệu mà độ suy giảm khoảng vài dB (thường là 3 dB) so với giá trị cực đại khi tín hiệu đó truyền qua hệ thống. Băng thông chỉ ra các thành phần tần số nào của tín hiệu sẽ được truyền qua kênh mà không bị suy giảm. Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với điểm nửa công suất, 6 dB tương ứng với điểm ¼ công suất… Định lý Nyquist thể hiện mối quan hệ giữa băng thông và tốc độ tối đa của kênh: C=2Wlog 2 M bps Trong đó: C là tốc độ truyền dữ liệu tối đa của kênh có thể đạt được được tính bằng bps. M là số trạng thái tín hiệu và W là băng thông của kênh tính bằng Hz. Ví dụ: Dữ liệu truyền qua mạng PSTN dùng lược đồ truyền với 8 trạng thái tín hiệu. Nếu băng thông của PSTN là 3kHz. Xác định tốc độ tối đa của mạng? C =2Wlog 2 M = 2x3.000xlog 2 8 = 18.000bps. Trong trường hợp có nhiễu trắng, Shannon chỉ ra rằng, tốc độ tối đa của kênh được tính theo công thức sau: C=Wlog 2 (1+S/N) với S và N tính bằng Watts. Page 2 Dữ liệu truyền qua mạng PSTN có tỉ số SNR=20dB. Nếu băng thông của PSTN là 3kHz. Xác định tốc độ tối đa của mạng theo lý thuyết. SNR = 10lg(S/N) = 20 => S/N = 100 C=Wlog 2 (1+S/N) = 3000log 2 (1+100) = 19963bps Sự phân bố năng lượng của tín hiệu theo các thành phần tần số của chúng và được diễn tả bởi phổ tần. Nếu tín hiệu có chứa tần số cao thì băng thông của tín hiệu và của hệ thống phải rộng. Sự truyền thông xấu nhất ở các cạnh của băng thông. Một tín hiệu tốt phải có phổ tần tập trung ở giữa một băng thông không quá rộng và không nên chứa thành phần một chiều. Trễ truyền lan bởi môi trường, được ký hiệu là T P . T P được tính như sau: T P = khoảng cách (m) / tốc độ lan truyền (m/s) Tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian tự do bằng tốc độ ánh sáng, trong cáp xoắn hoặc cáp đồng trục thấp hơn (khoảng 2.10 8 m/s). Trong kỹ thuật truyền số liệu,dữ liệu thường được truyền dưới dạng một khối hoặc một khung (frame). Thời gian dùng để truyền một khối tín hiệu hay một frame với một tốc độ đường truyền R cho trước gọi là trễ truyền dẫn T X . T X =N/R Trong đó: N là độ lớn của khối tín hiệu được truyền (bit), R là tốc độ đường truyền.(bit/s). Ðơn công (Simplex transmission, SX): thông tin chỉ truyền theo một chiều. Nếu lỗi xảy ra máy thu không có cách nào yêu cầu máy phát phát lại. Trong hệ thống này thường máy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) để hiển thị thông tin nhận được. Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hiệu truyền theo hai hướng nhưng không đồng thời. HDX được dùng khi hai thiết bị muốn trao đổi thông tin với nhau một cách luân phiên. Hai thiết bị phải có thể chuyển đổi qua lại giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền. Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hiệu truyền theo hai chiều đồng thời. Hệ thống này thường có 4 đường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền. Phương thức này được dùng trong hệ thống điểm - điểm (point to point) Page 3 Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): F/FDX được dùng khi hai thiết bị muốn trao đổi thông tin với nhau theo cả hai hướng một cách đồng thời.Phương thức này giới hạn trong hệ thống nhiều điểm (multipoint). Truyền nối tiếp: tín hiệu lần lượt được phát đi từng bít trên cùng một đường dây. Phương pháp này có ưu điểm là đỡ tốn dây, việc mã hóa lỗi, kiểm soát lỗi dễ dàng hơn (vấn đề mã hoá lỗi, kiểm soát lỗi sẽ được đề cập ở các mục sau). Tuy nhiên, phương pháp này chậm hơn so với truyền song song và cần phải có đồng bộ bit. Truyền song song: các bit được truyền đồng thời . Tốc độ truyền song song khá nhanh nhưng phải tốn nhiều đường dây. Phương pháp truyền này không cần phải đồng bộ bit. Truyền song song tổn hao tín hiệu nhiều hơn và dễ xảy ra lỗi kép khó phát hiện, có nhiễu xuyên âm… Phương pháp này chỉ được áp dụng truyền khi khoảng cách phát và thu ngắn. Mô hình tham chiếu hoặc mô hình OSI, phân chia hệ thống thông tin thành 7 lớp. Phương tiện truyền dẫn là môi trường vật lý dùng để truyền tín hiệu từ phía phát tới phía thu. Phương tiện truyền dẫn gồm có cả hữu tuyến và vô tuyến. Đường truyền vô tuyến truyền sóng điện từ gồm có: - Tia hồng ngoại - Radio - Sóng cực ngắn (viba) - Laser Đường truyền hữu tuyến gồm có: - Cáp đồng trục - Cáp xoắn đôi (có vỏ bọc và trần) - Cáp sợi quang Page 4 Ứng dụng nhiều cho thông tin dưới nước (solar) 3-30KHz Vô tuyến hàng hải 30-300KHz Vô tuyến và định vị hàng hải, các tần số cho cứu hộ và vô tuyến quảng bá AM 300-3000KHz Vô tuyến nghiệp dư; phát sóng quốc tế; thông tin quân sự, hàng không đường dài. 3-30MHz Truyền hình VHF, phát thanh FM, thông tin đạo hàng AM, thông tin vi ba 30-300MHz Truyền hình UHF, radar, thông tin vi ba 0,3-3GHz Thông tin vệ tinh, thông tin vi ba. 3-30GHz Rada, vệ tinh thử nghiệm. 30-300GHz Thông tin quang 10 3 -10 7 GHz Cáp đồng trục trở kháng 50/75 Ω. Mã Baudot là bộ mã nhị phân dùng 5 bít để biểu diển chữ số và một số dấu hiệu. Mã ASCII là bộ mã nhị phân dùng 7 bít để biểu diển chữ số và một số dấu hiệu. Mã EBCDIC là bộ mã 8 bít được dùng rộng rãi trong hệ thống thông tin dùng máy tính IBM. Tín hiệu SYN dùng bởi 1 hệ thống động bộ để truyền đồng bộ. Mã NRZ đơn cực chỉ sử dụng 1 mức điện áp (dương hoặc âm) Page 5 0 1 0 0 1 1 1 0 Mã RZ đơn cực thông thường tín hiệu logic 1 bằng +V ở ½ chu kỳ đầu và bằng 0V ở ½ chu kỳ sau, tín hiệu logic 0 bằng 0 V chiếm cả chu kỳ nhịp. 0 1 0 0 1 1 1 0 Mã NRZ(L) lưỡng cực sử dụng 2 nguồn DC: tín hiệu logic 1 bằng +V chiếm hết cả chu kỳ nhịp, tín hiệu logic 0 bằng -V cũng chiếm cả chu kỳ nhịp (hoặc ngược lại, bit 1 được biểu diễn bằng –V và bit 0 được biểu diễn bằng + V mà không có sự thay đổi về đặc tính phổ). 0 1 0 0 1 1 1 0 Mã NRZ-I, nếu gặp bit 1 thì mức điện áp sẽ thay đổi từ cao xuống thấp hay ngược lại ở ngay đầu chu kỳ bit. Gặp bit 0 thì mức điện áp không thay đổi. Nói cách khác, trong NRZ-I các tín hiệu được đảo ngược nếu một gặp bit 1và giữ nguyên mức nếu gặp bit 0. 1 1 0 0 1 1 1 0 Page 6 Mã RZ phân cực: một nửa âm và một nửa bằng không biểu diễn bit 0 và một nửa dương một nửa bằng không với bit 1: 0 1 0 0 1 1 1 0 Mã Manchester việc chuyển trạng thái âm-dương tương ứng với bít 1 và dương-âm tương ứng với bít 0. Mã Manchester vi sai gặp bit 1 sẽ giữ nguyên mức điện áp và gặp bit 0 sẽ thay đổi mức điện áp. Manchester vi sai yêu cầu 2 sự thay đổi tín hiệu để biểu diễn bít 0 nh ư ng chỉ có 1 để biểu diễn bit 1 0 1 0 0 1 1 1 0 manchester manchester vi sai Mã RZ lưỡng cực(AMI) mã đảo dấu luân phiên, do các bit 1 được biểu diễn bởi +V hoặc –V một cách luân phiên: 0 1 0 0 1 1 1 0 Page 7 Mã B8ZS : Nếu bít 1 trước đó là dương, 8 bít 0 sẽ được mã hoá là 0, 0, 0, +, -, 0, -, + . Nếu bít 1 trước đó là âm, 8 bít 0 sẽ được mã hoá là 0, 0, 0, -, +, 0, +, - . 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Mã HDB3: 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Page 8 Kiểm tra chẵn lẻ dò sai 1 bít: thêm vào sau chuỗi dữ liệu 1 bít rồi sao cho tổng số bít cả bít thêm vào là 1 số chẵn (hoặc lẻ). Kiểm tra chẵn lẻ dò sai 2 bít: thêm 2 bít vào sau chuỗi dữ liệu rồi kiểm tra các vị trí chẵn và lẻ của chuỗi bít tương ứng. VD: Cho chuỗi dữ liệu: 01101000 Lần lượt thực hiện kiểm tra chẵn với các bít ở vị trí 1, 3, 5, 7 và các bít ở vị trí 2, 4, 6, 8. Gọi P 1 và P 2 là các bít kiểm tra: P 1 =0+1+1+0 = 0 P 2 =1+0+0+0 = 1. Chuỗi dữ liệu phát: 01101000 01. Mã CRC: luôn cho phép dò sai 1 bít Chia đa thức theo phương pháp: [ chuỗi bít dữ liệu + (P – 1) bit 0 vào bên phải chuỗi ] / P (P là đa thức sinh). Cần chọn số bít mã Hamming thỏa mãn 2 n ≥ m + n + 1 Thủ tục kiểm soát lỗi được gọi là ARQ (Automatic Repeat Request). idle RQ là kiểm soát lỗi được dùng với các lược đồ truyền số liệu thiên hướng ký tự (character- oriented). RQ liên tục được dùng trong chiến lược: • truyền lại có chọn lựa (selective repeat retransmission) • truyền lại một nhóm (go-back-N retransmission) Các khung dữ liệu gọi là các I-frame. Giao thức idle RQ hoạt động theo chế độ bán song công vì sau khi sơ cấp gởi một I-frame, nó phải đợi cho đến khi nhận một thông báo của thứ cấp cho biết frame được nhận thành công hay không. Sau đó, sơ cấp gởi frame kế tiếp nếu frame trước đó được nhận tốt hoặc truyền lại một bản copy của nó nếu không được nhận thành công. Có hai phương pháp để thực hiện lược đồ này. Trong phương pháp truyền lại ngầm định (implicit retransmission), thứ cấp chỉ báo nhận ACK (acknowledge) đối với những frame được nhận tốt và P hiểu rằng không có báo nhận có nghĩa là frame đã bị hỏng và tự động truyền lại. Page 9 Còn đối với phương pháp thứ hai, khi thứ cấp phát hiện một frame bị hỏng, nó gởi lại một thông báo từ chối NAK (negative acknowledge) để yêu cầu truyền lại, do đó phương pháp thứ hai được gọi là yêu cầu rõ (explicit request). Đối với lược đồ kiểm soát lỗi RQ liên tục, hiệu suất sử dụng liên kết được cải thiện rất nhiều nhờ chấp nhận chi phí để mở rộng bộ đệm. Một liên kết song công được yêu cầu để thực hiện RQ liên tục. Giao tiếp giữa phần mềm mức cao và phần mềm truyền tin thường tồn tại ở dạng hàng đợi FIFO. Truyền lại có chọn lựa (selective repeat) thực hiện theo 1 trong 2 cách: S biết các khung được nhận tốt và P xác định một khung đã bị mất dựa vào tuần tự của các ACK-frame đã nhận_truyền lại ngầm định (implicit retransmission). S trả về một thông báo từ chối nhận NAK-frame (negative acknowledgment) đối với một khung bị lệch tuần tự_yêu cầu rõ (explicit request). Yêu cầu rõ: Một cách tiếp cận khác là dùng một khung từ chối rõ ràng để yêu cầu truyền lại một I- frame xác định. Sự từ chối (negative acknowledgment) được xem như loại bỏ có chọn lựa (selective reject). Truyền lại một nhóm (Go back N) Giống như tên gọi của nó, khi thứ cấp phát hiện một khung đến không đúng tuần tự, nó báo cho sơ cấp để bắt đầu truyền lại các khung bắt đầu từ chỉ số khung đã chỉ định. Nó thực hiện điều này bằng cách gửi đi một khung phủ nhận đặc biệt gọi là reject. Điều khiển luồng theo lược đồ X-ON/ X-OFF máy tính gửi lại ký tự đặc biệt X-OFF đến thiết bị bên trong đầu cuối, chỉ thị cho nó ngừng truyền ký tự mới. Khi nhận ký tự X-OFF, đầu cuối bỏ qua tất cả các ký tự được nhập vào từ bàn phím hoặc đệm chúng trong bộ nhớ nội bộ cho đến khi điều kiện quá tải đã kết thúc. Sau khi điều kiện quá tải đã được khắp phục và máy tính đầu xa có thể chấp nhận các ký tự mới, nó gửi ký tự X-ON để thông báo cho thiết bị điều khiển đầu cuối truyền rằng có thể khởi động lại việc truyền các ký tự mới. Page 10 . KIẾN THỨC CHÍNH MÔN TRUYỀN DỮ LIỆU SỐ Các hệ thống thông tin dùng để truyền đưa tin tức từ nơi này đến nơi khác. Biểu diễn vật lý. độ truyền dữ liệu tối đa của kênh có thể đạt được được tính bằng bps. M là số trạng thái tín hiệu và W là băng thông của kênh tính bằng Hz. Ví dụ: Dữ liệu truyền qua mạng PSTN dùng lược đồ truyền. 2.10 8 m/s). Trong kỹ thuật truyền số liệu ,dữ liệu thường được truyền dưới dạng một khối hoặc một khung (frame). Thời gian dùng để truyền một khối tín hiệu hay một frame với một tốc độ đường truyền R cho trước