Tổng quan về công nghệ đa truy nhập

Neu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi broadcast một gói tin báo hiệu cho các máy trên mạng không nên gửi tin để tránh làm nhiễu đường truyền, và sẽ tiến hành gửi lại gói tin.. Trước khi truy

rp > • /V A

T ừ viêt

Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

FCS frame check sequence Chuồi ký tự kiểm tra khung

TDMA TimeDivision Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời

gian

FDMA Frequency Dovision Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theo tần số

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số trụ’c giao

SDMA Space Multiple Access Đa truy cập phân chia theo không

gian

IDMA Interleave Multiple Access Đa truy cập phân chia đan xen

LỜI NÓI ĐẦU

Đe tài về “Tổng quan về công nghệ đa truy nhập” sẽ tìm hiểu công

nghệ truy cập mạng LAN và các công nghệ đa truy cập vô tuyến Tài liệu gồm 2 phần với nội dung như sau:

Phần 1: MẠNG LAN

Trong phần này đề cập đến 2 vấn đề: Phương thức truy nhập đường truyền CSMA và Tokenring

Phần 2: ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

Trong phần này đề cập đến các phương pháp đa truy nhập vô tuyến gồm

có: TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA, SDMA, ĨDMA.

Trong phần này sẽ đi tìm hiểu từng phương pháp, có sự so sánh giữa các phương pháp và xu hướng phương pháp sẽ được ứng dụng hiện tại và trong tương lai

DANH MỤC TÙ VIÉT TẮT

Tồng quan công nghệ đa truy cập KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1- Khuôn dạng frame được sử dụng trong các vòng token 7

Hình 2: Mạng TokenRing 9

Hình 3 - So sánh về tần số, thời gian của FDMA và TDMA 10

Tồng quan công nghệ đa truy cập KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

MỤC LỤC 1

I MẠNG LAN 1

1 P hương thức truy nhập đường truyền CDMA/CD 1

1.2 Nguyên tắc hoạt động 1

2 TokenRing 4

2.1 Giới thiệu 4

Tồng quan công nghệ đa truy cập KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

I MẠNG LAN

1. Phương thức truy nhập đường truyền CDMA/CD (Carrier

Sense Medỉa Access/ Coỉlision Detectỉon)

1.1 Định nghĩa về CSMA/CD

CSMA là viết tắt từ tiếng Anh: Carrier Sense Multiple Access, còn CD

là viết tắt từ: Conllision Detect CSMA/CD có nguồn gốc từ hệ thống radio đã

phát triển ở trường đại học Hawai vào khoảng năm 1970, gọi là ALOHANET.

Sử dụng giao thức này các trạm hoàn toàn có quyền truyền dữ liệu trên mạng với số lượng nhiều hay ít và một cách ngẫu nhiên hoặc bất kỳ khi nào có nhu cầu truyền dữ liệu ở mỗi trạm Mối trạm sẽ kiểm tra tuyến và chỉ khi nào tuyến không bận mới bắt đầu truyền các gói dữ liệu Đây là nguyên tắc hoạt động của mạng LAN Trong mạng LAN, khi một máy tính muốn truyền một gói tin, trước tiên nó sẽ lắng nghe xem trên đường truyền có sóng mang hay không (bằng cách lắng nghe tín hiệu Carrier) Neu không có, nó sẽ thực hiện truyền gói tin (theo frame) Sau khi truyền gói tin, nó vẫn tiếp tục lắng nghe để xem có máy nào định truyền tin hay không Neu không có xung đột, máy tính sẽ truyền gói tin cho đến hết Neu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi broadcast một gói tin báo hiệu cho các máy trên mạng không nên gửi tin để tránh làm nhiễu đường truyền, và sẽ tiến hành gửi lại gói tin

1.2 Nguyên tắc hoạt động

Với phương pháp CSMA, thỉnh thoảng sẽ có hơn một trạm đồng thời

truyền dữ liệu và tạo ra sự xung đột (collision) làm cho dữ liệu thu được ở các

trạm bị sai lệch Đe tránh sự tranh chấp này mỗi trạm đều phải phát hiện được sự

xung đột dữ liệu Trạm phát phải kiểm tra Bus trong khi gửi dữ liệu đế xác nhận rằng tín hiệu trên Bus thật sự đúng, như vậy mới có thể phát hiện được bất kỳ

xung đột nào có thể xẩy ra Khi phát hiện có một sự xung đột, lập tức trạm phát

sẽ gửi đi một mẫu làm nhiễu ựamming) đã định trước để báo cho tất cả các trạm

là có sự xung đột xẩy ra và chúng sẽ bỏ qua gói dữ liệu này Sau đó trạm phát sẽ trì hoãn một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi phát lại dữ liệu Ưu điểm của CSMA/CD là đơn giản, mềm dẻo, hiệu quả truyền thông tin cao khi lun lượng thông tin của mạng thấp và có tính đột biến Việc thêm vào hay dịch chuyến các trạm trên tuyến không ảnh hưởng đến các thủ tục của giao thức Điểm bất lợi của CSMA/CD là hiệu suất của tuyến giảm xuống nhanh chóng khi phải tải quá nhiều thông tin

Khi nhiều máy trạm cùng truy nhập một đường truyền chung, tại một thời điểm chỉ có một máy tính được dùng đường truyền dữ liệu và do vậy nếu

Lần thử k 2 A k - 1 r Backoff_ time (us)

3 3 7 0 đến 70; 51.2; 102.4; 153.6; 204.8; .;

358.4 4

nhiều hơn hai máy đồng thời truyền tín hiệu sẽ xảy ra hiện tuợng xung đột Truy nhập đường truyền là một nguyên tắc các máy tính cần tuân theo để có thể chiếm đường truyền và giảm thiều được va chạm CSMA/CD là một phương thức truy nhập đường truyền bằng cách cảm nhận sóng mang và phát hiện va chạm

Trong CSMA/CD, mỗi máy tram muốn truyền dữ liêu cần thưc hiên các bước sau:

► Start: Bắt đầu

► Set k to zero : Đặt hệ số truyền lại (backoff factor ) bằng 0

Hệ số truyền lại được sử dụng khi xảy ra xung đột dữ liệu

► Sense carrỉer : Cảm nhận sóng mang.

Trước khi truyền dữ liệu thực sự máy trạm phát ra một chuỗi dữ liệu

không mang thông tin gọi là tín hiệu sóng mang để kiểm tra đường truyền có bận

(busy) không, nếu có bận thì máy trạm tiếp tục quan sát đường truyền chờ đợi

đến khi rảnh, nếu đường truyền không bận thì máy trạm chờ một khoảng thời gian nhỏ IFG (interframe gap_ khoảng cách giữa 2 khung dữ liệu) rồi truyền dữ liệu Khoảng thời gian IFG bằng 9.ÓUS tương ứng với thời gian truyền 96 bit với tốc độ 10 Mbps

► Colỉision ? : Có xảy ra va chạm không.

Máy trạm tiếp tục theo dõi xem có hiện tượng va chạm (xung đột) không trong quá trình truyền dữ liệu Neu không xảy hiện tượng va chạm thì quá trình truyền dữ liệu thành công, nếu có xảy ra hiện tượng va chạm trong khi máy trạm gửi 512 bit đầu tiên ( con số 512 này sẽ được giải thích kỹ hơn trong phần sau) thì máy trạm sẽ gửi đi tín hiệu jam ( báo tắc nghẽn ) để thông báo cho các máy trạm khác là đang xảy ra xung đột, tín hiệu jam này là một chuỗi gồm 32 bit

► Increment k: Tăng siá tri hê số truyền lai k

Hệ số này nhỏ hơn 10, quy định khoảng thời gian máy trạm phải chờ đợi trước khi gửi sóng mang để kiểm tra đường truyền lại sau khi xảy ra xung đột

Thời gian truyền lại được các định theo công thức:

thời gian truyền lại = r X một khe thời gian (backoff_time= r X slottime)

r là một số được lấy ngẫu nhiên trong khoảng từ 0 đến 2Ak - 1 và k là

hệ số truyền lại Hệ số k có giá trị ban đầu là 0 và được tăng lên sau mỗi lần xảy

ra va chạm, k có giới hạn la 10, điều này có nghĩa rằng mỗi trạm sẽ cố gắng truyền lại dữ liệu sau 10 lần, quá 10 lần thì máy trạm sẽ thôi không gửi dữ liệu

nữa và nó sẽ nhờ lớp trên (trong mô hình OSI) quyết định sẽ làm gì tiếp theo

Vi dụ: Một máy trạm A cảm nhận đường truyền và thấy đường truyền

rảnh, nó bắt đầu gửi dữ liệu, cùng lúc đó cũng có một máy trạm khác gửi dữ liệu máy trạm A phát hiện va chạm đã xảy ra, nó cố gắng truyền dữ liệu thêm hai lần nữa nhưng đều thất bại và nó truyền dữ liệu thành công ở lần thứ tư Giả sử rằng một khe thời gian ( slottime) là 512 bit Bảng sau đây sẽ cho biết thời gian máy trạm A phải chờ đợi để truyền dữ liệu

1 Sau lần va chạm đầu tiên, k=l, vì vậy 2Ak-1 là 1 Theo công thức ta tính được r nằm trong khoảng từ 0 đến 1; số ngẫu nhiên có thể lấy là 0 hoặc 1 Neu là

0 máy trạm A không phải chờ đợi và truyền lại dữ liệu ngay (0x51.2=0 us)

Nếu là 1 máy trạm phải chờ 51.2 us ( 1 X 51.2- 51.2 us) trước khi truyền lại dữ liệu

2 Máy trạm A sau khi truyền lại dữ liệu lại bị va chạm, sau lần va chạm thứ hai, k=2, vậy r nằm trong khoảng từ 0 đến 3, số ngẫu nhiên có thể lấy là 0,1,2 hoặc 3 Từ đó tính được thời gian cần chờ đế truyền lại (backoff_ time ) như trên bảng

3 Sau lần va chạm thứ ba, k=3 vì vậy 2 A k -1 = 7, từ đó suy ra r nằm trong khoảng 0 đến 7, số ngẫu nhiên có thể là 0,1,2 ,7 Và thời gian truyền lại tính được trên bảng

Tồng quan công nghệ đa truy cập KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

2 TokenRing

2.1 Giói thiệu

Hoạt động dựa trên nguyên lý dùng thẻ bài đế cấp phát quyền truy nhập đường truyền Thẻ bài lưu chuyển trên đường truyền theo vòng vật lý.Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đó có một bít biểu diễn trạng thái sử dụng của nó(bận hoặc rỗi) TokenRing về cơ bản là giống nhau Mạng TokenRing được

trình bày bởi IBM vào năm 1970 Từ “Tokerì’ thường được sử dụng đế tham

khảo cho hai mạng của IBM là IEE 802.5 và TokenRing(mạng vòng) Mạng IBM tokenring được truyền dẫn trên đường truyền kết nối thiết bị đa truy cập trạm

2.2 Nguyên lý hoạt động

Trong khu vục LAN sử dụng đường truyền thông dải cơ bản, sự thông qua các tín hiệu này theo dạng vòng Neu thiết bị có dữ liệu cần gửi đi sẽ nhận 1 token đến mỗi thiết bị theo vòng để đảm bảo sự điều khiển trên tuyến kết nối khi hoàn tất qua trình truyền phát thì thông báo sẽ truyền token đó cho trạm kế tiếp trên mạng và chỉ có thiết bị token mới có thể truyền phát

Khi tín hiệu(token) lưu thông một trạm muốn truyền phát sẽ kiểm tra xem token đã nhận được và xem xét nơi đó đang trống rỗi hay bận Quyền được truy suất dữ liệu được công nhận nếu 1 node nhận được không có thông tin để gửi đi,

nó đi qua tín hiệu kế tiếp và kết thúc ở trạm Mỗi trạm có thể giữ tín hiệu lớn nhất trong một thời gian là một chu kì Neu trạm xử lý tín hiệu không có thông tin trên đường truyền nó sẽ bắt bược thông tin phải thay đổi bít của token(với sự quay vòng token vào trong hệ thống) sự truyền dẫn sẽ nối thêm thông tin nó cần

và gửi thông tin đến trạm tiếp trên vòng Trong khi thông tin thực hiện tuần hoàn trên vòng không có tín hiệu trên mạng(trừ khi vòng cung cao muộn sự giải phóng tín hiệu) và trạm khác trên đường truyền phải chờ Bởi vậy xung đột không có khả năng xẩy ra trong mạng dạng vòng Neu tín hiệu ra khỏi sự ảnh hưởng của trạm Tín hiệu mới hoàn toàn có thể truyền đi thông tin hệ thống trong vòng trong khi đó nó đang trong mong đợi của nơi trạm đến

Tồng quan công nghệ đa truy cập KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Với sự sao chép thông tin và xa hơn là việc xử lý thông tin trên hệ thống tiếp tục quay vòng trên vòng trong khi nó có thể cản trở sự điều hướng lại hệ thống Giống như CSMA/CD tokenpassing là thuyết tiến định với tiềm lực ấy nó

có thể thực hiện được tính toán lớn nhất Điếm đặc trưng là sử dụng hệ thống ưu tiên phức tạp nó cho phép sử dụng mạng thường xuyên hơn Hệ thống TokenRing có hai phạm vi với sự điều khiến chiếm ưu thế: ưu thế phạm vi và ưu thế dành riêng Chỉ các trạm với sự uu tiên như nhau hay cao hơn uu thế chứa các biến trong token có thể đã nhận tín hiệu sau khi token đã nhận tín hiệu và thay đổi thông tin hệ thống Chỉ các trạm với sự ưu thế hơn hẳn so với tín hiệu của trạm đường truyền có thể cho tín hiệu đi vòng trở lại mạng khi tín hiệu tiêpsing ra nó bao gồm sự ưu tiên lớn nhất của trạm chủ Trạm sẽ nâng sự ưu tiên của tín hiệu lên mức độ phục hồi cao hơn trước khi chúng được truyền đi đầy đủ Mạch TokenRing có thế phát hiện và hoàn thiện lỗi của mạng, một trạm trong mạng TokenRing khi lựa cọn trạm điều khiển chủ động Trạm đó với tiềm năng quay vòng có thể chỉ một trạm trên mạng, việc tập trung nguồn thông tin thời gian xử lý đại diện trạm vòng và thi hành không giống nhau

Hầu kết các hàm di chuyển một cách tuần hoàn đến các hệ thống kế tiếp của vòng Khi truyền thông tin hỏng hệ thống của nó có thể tới vòng kế tiếp trên vòng Khi truyền thông tin hỏng hệ thống của nó có thể tới vòng kế tiếp trên vòng Nó có thể ngăn cản đường truyền khác chiếm vị trí duy nhất trong khung

và về cơ bản có thể ngừng kết nối Sự tích cực của bộ giám sát có thể phát hiện địng vị trạng thái, dời chúng khỏi vòng và tìm ra tín hiệu mới

Mạng hình sao góp phần toàn diện tin cậy cho mạng bởi vì tất cả thông tin trong mạng TokenRing có thể hoạt động dựa trên phương pháp MSAƯ, hoạt động này có thể trở thành chương trình cho sự lựa chọn vấn đề và dựa trên sự hoạt đọng dịch chuyển khỏi vòng nếu cần thiết

Thuật toán trên vòng đã được gọi là tìm thấy đèn tín hiệu và sửa lỗi mạng Bất kì lúc nào trạm phát hiện ra vấn đề nghiêm trọng với mạng(hầu hết là sự gián đoạn trên dây cáp) nó gửi cảnh báo cho hệ thống với sự thể hiện bằng sự không thực hiện trên một phạm vi quan tâm Vùng này bao gồm trạm không thực hiện

start Access Frame Desiiraton source 3ata End Frame

<MMtr control oortra acdress aaơress cellrrvter statJS

— " ^ " " V

" „ Tofcsn

s-scart Access Entì

deirĩilter cortrcl oeii.nlter

báo hiệu lỗi, nó hoạt động ngược và cả trong khoảng truyền Đèn tín hiệu khởi động xử lý gọi là sự tự sao chép lại, trong phạm vi với các node bị lỗi trạm phát

tự động thực hiện việc chuẩn đoán xác nhận qua mạng vòng vùng lỗi, thiết bị vật

lý, MSAƯ có thể hoàn thành xuyên suốt quá trình xác nhận tín hiệu Thuật toán vòng gọi là mã hoá manchester sai phân Một kỹ thuật mã hoá kỹ thuật số trong

đó mỗi chu kù bit được chia làm 2 nửa bù nhau thời kỳ đầu(chuyển tiếp) tại lúc đầu của chu kỳ bít Biểu diễn một trong hai tín hiệu nhij phân “0” hoặc “1” theo quy ước đã lập, trong sự vắng mặt của thời kỳ quá độ tại lúc khởi đầu của chu kỳ bít biếu diễn nhị phân khác

Thời kỳ quá độ có thể xẩy ra giữa hai trạng thái của một biến vật lý, chẳng hạn điện áp, sự phân cực từ, cường độ ánh sáng

Neu biến vật lý là điện, kiểu mã hoá này là sự phận cực độc lập và giúp cản sự kéo theo lỗi(thay đổi dữ liệu)

TokenRing được hỗ trợ bởi hai loại hệ thống cơ bản tín hiệu và dữ liệu/ các câu lệnh hệ thống Tín hiệu chứa 3 byte trong độ dài và phù hợp của sự phân định bắt đầu và 1 byte cơ bản điều khiển, và 1 kết thúc Thông tin cao hơn cho giao thức chuẩn, trong khi lệnh hệ thống chứa thông tin điều khiển và không có

dữ liệu cho giao thức chuẩn, trong khi lệnh hệ thống chứa thông tin điều khiển

và không có dữ liệu cho giao thức chuẩn cao hơn

Trường định dạng dữ liệu: Ban đầu trạm phân biệt tín hiệu(hoặc dữ liệu/ lệnh hệ thống) chúng gồm trường phân biệt tín hiệu với sự ngừng lại của hệ thống bị lỗi mã hoá sắp xếp sử dụng tại một nơi nào khác trong hệ thống byte

xử lý truy cập Chứa những bit lỗi và cũng như tín hiệu bit(sử dụng chủ động kiểm tra xác định rõ được hay không hệ thống được quay vòng liên tục)

Ket thúc: tín hiệu kết thúc trường chứa đựng bít biểu thị sự thất thoát hệ thống và nhận dãy hệ thống sau một trình tự logic

Hình 1- Khuôn dạng frame đưọc sử dụng trong các vòng token

Eigura 9-3 IEEE802.5and Tokan Ràig Spacẩy Tõkens and Dđta/Conimand Erantas

Fieiơ iengr.lv

tn eytes Dat 3 i’ocnmarKJ 'raroe

Trong đó:

End deliliter : định ranh kết thúc SD Access control : Điều khiên truy cập(AC)

Data : Dữ liệu FCS(frame check sequence): Chuỗi ký tự kiểm tra khung Frame status : trạng thái của khung FS(những file kí tự bộ phân cách) Các truờng định ranh đuợc bắt đầu SD và định ranh kết thúc ED các chuỗi bít được sử dụng đế nhận được sự trong suốt dữ liệu Các trường này lợi dụng phương pháp mã hoá ký hiệu sử dụng trong môi trường cáp : mọi bít thông tin được truyền trên môi trường được mã hoá manchester, ngoại trừ các bít được lựa chọn trong các trường SD và ED Trường điều khiển truy cập AC bao gồm các bít ưu tiên, các bít đặt chỗ trước Như tên gọi, trường này được sử dụng để điều khiển truy cập vào vòng Trường điều khiển frame FC chó biết loại frame nào

và chức năng điều khiến Các địa chỉ đích SA và địa chỉ nguồn DA có thể 16

hoặc 48 bít, nhưng đối với một LAN cụ thể, các trường này phải có chiều dài cho tất cả khung

Dữ liệu/ các lệnh hệ thống có 3 trường giống với hệ thống token cộng thêm một số dữ liệu khác Dữ liệu/lệnh của vùng hệ thống có thể diễn tả tóm tắt như sau:

Bắt đầu : mỗi trạm cảnh báo tín hiệu(hay dữ liệu/ lệnh hệ thống) đến gồm những tín hiệu giống nhau những byte đặc biệt cho phần còn lại của hệ thống bằng mã hoặc mã hoá những vùng bị lỗi trong hệ thống

Byte xử lý truy nhập : chứa trường được ưu tiên và trường giống nhau, không những tín hiệu bít(sử dụng định dạng tín hiệu từ một dữ liệu/ lệnh hệ thống) và trạm điều khiển chủ động

Hệ thống byte điều khiển: chỉ ra hệ thống có chứa dữ liệu hay thông tin trongg hệ thống điều khiển Trong hệ thống này thì byte thể hiện rành mạch mẫu thông tin điều khiển

Đích và nguồn: bao gồm 6 byte địa chỉ nhận dạng đích và nguồn

dữ liệu chỉ dẫn chiều dài có hạn của dữ liệu trước dấu hiệu vòng thời gian, định danh lớn nhất của trạm có thể dữ dữ liệu

Hệ thống lựa chọn trình tự tiếp theo (Frame Check Sequence(FCS)) dữ liệu được sắp xếp theo nguồn trạm với phép toán tuỳ thuộc vào nội dung hệ thống Trạm đich sẽ tính toán lại giá trị và quyết định xem trên hệ thống có đúng với phỏng đoán lỗi trong đường truyền không Neu lỗi, hệ thống sẽ loại bỏ

Khung trạng thái: Dùng 1 byte trường giới hạn 1 lệnh/ trường dữ liệu,trường trạng thái bao gồm địa chỉ điều khiển và khung sao chép

Hình 2: Mạng TokenRing

Token Ring

Q-Kết luận:

Mạng tokenRing cỏ ưu điếm:

+ Sự phát triển của hệ thống không tác động đáng kể đến hiệu năng + Tất cả các máy tính có quyền truy cập nhu nhau

Nhưng bên cạnh đỏ thì:

- Chi phí thực hiện cao

- Phức tạp

Khi một máy có sự cố thì có thể ảnh huởng đến các máy

hiệu

Bô tổng hơn

Phân C2

tách

TDMA

II/ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY CẬP VÔ TUYÉN

(Hình 3) miêu tả FDMA, TDMA sử dụng thời gian và tần số như thế nào

ở FDMA, khi yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh đa vô tuyến được chỉ định Trong TDMA thì kênh vô tuyến được chia lại theo những khe thời gian tuần hoàn và khi yêu cầu một cuộc gọi thì nó sẽ chỉ định khe nào của một kênh vô tuyến nào đó sẽ được sử dụng

rwi A Ạ

15 14 13

12 11

FDMA

rp A Ạ

Tân sô

Thòi gian

12

11

TDMA

(Ghép 3 kênh)

Thòi gian Hình 3 - So sánh về tần số, thòi gian của FDMA và TDMA

Trong các kiếu truy nhập này thì không có va chạm bởi vì mồi một kênh

vô tuyến và một khe bị hiếm bởi một trạm vô tuyến

Trong TDMA thi trạm di động cần phải có chức năng phát và thu tín hiệu theo khe thời gian được gán bởi vì nó không có chứa chức năng đa phân chia

Trong FDMA và TDMA, .để tạo ra tần số kênh băng hẹp được góc thì phải sử dụng bộ tổng hợp như được trình bày trong hình 4

Bộ chuyên đôi tần số

Số liệu phát o

Số liệu thu Q

Điều chế

Bộ tổng hợp

Điều chế

FDMA

SỐ liệu phát 0

o

o

số liệu thu ^

Dồn Bộ chuyển đổi tần số