Truyền dữ liệu qua Modem trên mạng thông tin

Truyền dữ liệu qua Modem trên mạng thông tin

Mục lục Trang Lời Nói Đầu .2 Chương I. Hệ thống thông tin truyền số liệu 3 . . 5 1.1 Tổ chức của hệ thông tin truyền số liệu 3 1.1.1 Khái quát về hệ thống truyền tin số .3 1.1.2 Các phương pháp truyền tin số 5 1.1.3 Truyền số liệu qua mạng điên thoại và hệ thống thông tin vô tuyến 7 1.1.4 Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số, mạng chuyển đổi mạch công cộng, mạng chuyển đổi gói .8 1.1.5 Lỗi trong truyền số liệu .13 1.2 Các phương thức điều chế và giải điều chế tín hiệu .16 1.2.1 Điều chế và giải điều chế biên độ .16 1.2.2 Điều chế và giải điều chế tần số 17 1.2.3 Điều chế và giải điều chế pha 20 1.2.4 Điều chế và giải điều biên độ cầu phương 23 Chương II. Thiết bị Modem .25 2.1 Nguyên tắc làm việc của thiết bị Modem 25 2.2 Các giao thức của Modem 25 2.2.1 Các giao thức điều khiển dòng dữ liệu 26 2.2.2 Các giao thức truyền file .27 2.2.3 Các giao thức MNP .30 2.3 Ghép nối Modem với hệ truyền số liệu 31 2.3.1 Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của hệ vi xử lý 32 2.3.2 Một số chuẩn ghép nối thiết bị 34 Chương III. Xây dựng chương trình điều khiển Modem .38 3.1 Thuật toán điều khiển .38 3.1.1 Thuật toán phát Xmodem 38 3.1.2 Thuật toán thu Xmodem 39 3.2 Chương trình .42 3.2.1 Chương trình điều khiển cổng Com 46 3.2.2 Chương trình chính .63 1 Kết luận Tài liệu tham khảo Lời nói đầu Trong thời đại hiện nay, sự bùng nổ của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật- công nghệ, đặc biệt với những thành tựu trong các lĩnh vực điện tử, tin học, tự động hoá v v đã mở ra những khả năng to lớn trong sự nghiệp công nghiệp hoá- hiện đại hóa. Việc áp dụng nhanh chóng các thành tựu của khoa học công nghệ, để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả của các lĩnh vực sản xuất, đã trở nên bức xúc hơn bao giờ hết. Nhịp độ cuộc sống hiện đại, tính phức tạp và độ giao lưu nhanh chóng trong đời sống kinh tế của đất nước ta đã làm tăng nhu cầu các loại hình thông tin của các tổ chức quốc gia và các ngành kinh tế quốc dân. Việc tổ chức nền sản xuất hiện đại chỉ có hiệu quả khi có các hệ thống điều khiển nhằm thu thập truyền đưa và xử lý tin tức thông qua các phương tiện truyền tin. Đề tài nghiên cứu của tôi là truyền dữ liệu qua Modem trên mạng thông tin. Cụ thể là xây dựng chương trình thu và phát dữ liệu qua Modem. Trên cơ sở những yêu cầu, nhiệm vụ của đề tài sẽ được thực hiện với những nội dung sau: Chương I: Hệ thống thông tin truyền số liệu. Chương này trình bày những nội dung cơ bản về cách tổ chức của hệ thông tin truyền số liệu như thế nào, cách điều chế và giải điều chế. Chương II: Thiết bị Modem. Chương này đưa ra các nguyên tắc làm việc, các giao thức của Modem và cách nối ghép Modem với hệ truyền số liệu như thế nào. Chương III: Xây dựng chương trình điều khiển Modem. Chương này trình bày thuật toán và chương trình thu, phát thông tin qua Modem. 2 CHƯƠNG I. HỆ THỐNG THÔNG TIN TRUYỀN SỐ LIỆU. 1.1 Tổ chức của hệ thống thông tin truyền số liệu. 1.1.1 Khái quát về hệ thống truyền tin số. Hệ thống truyền tin số có thể được mô tả theo sơ đồ khối như sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền tin số * DTE (Data Terminal Equipment : Thiết bị đầu cuối số liệu) Là tập hợp nguồn tin số, các mạch logic biến đổi, các bộ nhận tin. Các ký hiệu tin tức trước khi truyền được DTE mã hoá thành các tổ hợp mã rồi thành các tín hiệu điện tương ứng (các xung điện) để truyền tới DCE. Có thể thực hiện 2 quá trình mã hoá, thứ nhất là biến ký hiệu thành tổ hợp mã đơn giản trong đó các phần tử mã đều là các phần tử mang tin, quá trình này bắt buộc phải xảy ra. Quá trình thứ 2 là thêm vào các từ mã đơn giản một số các phần tử kiểm tra để phát hiện hoặc sữa lỗi của thông tin. Quá trình này có thể thực hiện hay không tuỳ theo yêu cầu về chất lượng thông tin của từng hệ thống. * DCE (Data Communication Equipment: Thiết bị truyền dẫn số liệu) DCE có thể là Modem hay các thiết bị biến đổi khác có chức năng cơ bản là biến đổi dãy tín hiệu cấp 1 thành dãy tín hiệu cấp 2 cho phù hợp với kênh 3 Hệ thống thông tin DCE DTEDCEDTE truyn. V cỏc dng tớn hiu sau DCE ta thy rừ trong phn cỏc phng phỏp iu ch tớn hiu s. Tớn hiu sau khi ó iu ch, c a ti h thng thụng tin, õy cú cỏc thit b ghộp kờnh truyn tớn hiu theo 1 kờnh ú. Cú nhiu nguyờn lý ghộp kờnh khỏc nhau nh ghộp kờnh theo tn s, ghộp kờnh theo thi gian. + Ghộp kờnh theo tn s (FDM: Frequency Division Multiplexing) Gia cỏc kờnh phi cú khe h trỏnh xuyờn õm. Phng phỏp ny cho tc bớt 2000 bớt/s, nú phự hp cho truyn dn tc thp. Hỡnh 1.2. Ghộp kờnh theo tn s + Ghộp kờnh theo thi gian (TDM: Time Division Multiplexing): H thng TDM, thi gian c chia thnh cỏc khung, mt khe thi gian cho 1 kờnh. Ghộp kờnh TDM cú th thc hin ti lp bớt hoc lp ký t. - Ghộp kờnh bớt : Thi gian cho 1 bớt c chia ra gia 4 u cui thnh 4 phn bng nhau (mi phn cho 1 kờnh). Kt qu ta cú 1 dũng bớt chung, mi phn gi 1 bớt. 4 Máy tính A 1 B 0 1 1 0 0 C 1 4x nbit/s D 0 DTE1 DTE2 DTE3 DTE4 F1 F2 F3 F4 f Độ rộng băng tần số M¸y tÝnh A B C D DTE1 DTE2 DTE3 DTE4 D C B A 4x nbit/s Hình 1.3. Ghép kênh bít - Ghép kênh ký tự : Thời gian cho 1 ký tự được chia thành 4 phần bằng nhau, mỗi phần cho 1 kênh (mỗi phần giữ 8 bít) kết quả có 1 dòng ký tự. Hình 1.4. Ghép kênh ký tự 1.1.2 Các phương pháp truyền tin số. Có 2 phương pháp truyền dẫn tín hiệu số chủ yếu. Đó là phương pháp truyền không đồng bộ và phương pháp truyền đồng bộ. • Phương pháp truyền không đồng bộ(Asynchronous Communication). Phương pháp truyền không đồng bộ là các nhóm bít (tương ứng các ký hiệu) được truyền đi tách rời nhau, mỗi nhóm bít được bắt đầu và kết thúc bằng các bít đặc biệt (Start, Stop bít) với mục đích đồng bộ thu và phát. Thời điểm bắt đầu truyền các nhóm bít là bất kỳ và không liên quan đến nhau. Hình 1.5 Phương pháp truyền không đồng bộ 5 ChiÒu cña kªnh tin hiÖu sè Start Parity Stops b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 Charater Ưu điểm của phương pháp này là yêu cầu đồng bộ giữa thu và phát không đòi hỏi chặt chẽ lắm nhờ có bít Start và bít Stop xác định thời điểm đầu và cuối của nhóm bít cho nên sự sai pha tích luỹ chỉ diễn ra trong thời gian thu nhóm bít đó. Chính điều đó dẫn tới ưu điểm thứ 2 là thiết bị trong hệ thống khá đơn giản, giá thành hệ thống hạ. Nhược điểm của phương pháp truyền không đồng bộ là hiệu quả sử dụng kênh thấp do phải truyền nhiều bít Start và bít Stop là những bít không mang tin. Mặt khác, tốc độ truyền tin cũng rất bị hạn chế. Các Modem có tốc độ không lớn hơn 1200 bit/s thường sử dụng phương pháp này. • Phương pháp truyền đồng bộ (Synchronous Communication). Phương pháp truyền đồng bộ khắc phục được các nhược điểm của phương pháp không đồng bộ. Bản chất của phương pháp này là các tín hiệu số được gửi đi một cách liên tục với tốc độ không đổi. Trong trường hợp này, thiết bị thu đầu cuối cần phải tạo ra và duy trì tần số nhịp đồng bộ với tín hiệu số đầu vào (tức là đồng bộ với tần số nhịp bên phát) trong suốt thời gian làm việc. Có nhiều phương pháp duy trì đồng bộ giữa thu và phát, như chèn thêm các bít đồng bộ vào dãy tín hiệu số, xáo trộn dãy tín hiệu số hoặc thiết lập mã truyền dẫn đặc biệt. Các thuật toán trên cho phép duy trì đồng bộ giữa thu và phát ngay cả khi dãy tín hiệu gồm một chuỗi bit 0 hay bit 1 liên tiếp hoặc thiết bị phát tạm dừng. Trong hệ thống truyền đồng bộ, số liệu có thể được tổ chức thành từng khối (Block), theo các thủ tục khác nhau. Ví dụ thủ tục chuẩn BISYNC (Binary Synchronous Communication Protocol) có cấu trúc sau: Hình 1.6 Khuôn dạng khối tin của giao thức BISYNC 6 SYN SYN SOH HEADER STX TEXT ETX BCC Mạng điện thoại (Telephone network) Modem Modem DTE DTE Modem R/T R/S Modem  SYN : Ký tự đồng bộ. Sau khi phát hiện hai ký tự đặc biệt đã biết trước, thiết bị thu bắt đầu ghi nhận ký tự SOH.  SOH : (Start of Header) byte mở đầu, xác định kích thước và các đặc tính của trường Header.  HEADER: Trường này có độ dài thay đổi, có thể dùng để chứa địa chỉ nơI nhận tin.  STX : (Start of Text) chỉ ra rằng ngay sau byte này là bắt đầu của văn bản.  TEXT: Trường này có độ dài thay đổi, chứa đựng các ký tự mã ASCII hoặc EBCDIC (nội dung tin tức cần truyền).  ETX: (End of Text) byte này đánh dấu kết thúc của khối tin văn bản.  BCC : (Block Check Character) đây là tổng kiểm tra 3 bit (LCR) hoặc 16 bit (CRC) dùng để kiểm tra phát hiện lỗi. 1.1.3 Truyền số liệu qua mạng điện thoại và hệ thống thông tin vô tuyến. Mạng điện thoại công cộng (Puplic Telephone Network) là hệ thống thông tin được ứng dụng rộng rãi nhất với quy mô rộng lớn ở mọi quốc gia. Nhiệm vụ chính của nó là đảm bảo kết nối và truyền dẫn các cuộc thoại ở các phạm vi khác nhau. Ngày nay tại bất kỳ đâu trên đất nước ta đều có thể liên lạc điện thoại đi mọi nơi trên thế giới. Việc ứng dụng rộng rãi các hệ thống vi xử lý trong mọi lĩnh vực đời sống kinh tế đặt ra một vấn đề bức thiết là tổ chức hệ thống thông tin số với các quy mô khác nhau. Đối với các hệ thống thu thập thông tin quy mô nhỏ phương án trước mắt giải quyết vấn đề này là sử dụng chính mạng điện thoại công cộng và các máy thông tin vô tuyến, với các thiết bị ghép nối thích hợp như là Modem . 7 Hình 1.7 Hệ thống truyền số liệu trên kênh điện thoại và vô tuyến. Hình trên là sơ đồ tổng quát nối ghép thiết bị đầu cuối số liệu với mạng điện thoại và mạng vô tuyến. Trong đó: + DTE : Thiết bị đầu cuối số liệu. + R/T : Thiết bị thu phát vô tuyến điện. MODEM với chức năng phối hợp biến đổi dạng tín hiệu số thành dạng tín hiệu tương tự phù hợp với kênh thoại khi truyền tin và biến đổi ngược lại khi nhận tin, hai quá trình đó là điều chế và giải điều chế (Modulation - Demodulation gọi tắt là Modem). Modem đảm bảo việc truyền dẫn số liệu nên người ta thường gọi là thiết bị truyền dẫn số liệu (Data Communication Equipment - DCE). 1.1.4 Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số, mạng chuyển đổi mạch công cộng và mạng chuyển đổi gói. • Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số. 8 64kbit/s 2mbit A+B Mạng viễn thông số A C B B T C M X C M X C A + B GS BT C M X C M X C PC M 2400bit/s L M X 9600bit/s 9600bit/s Hình 1.8. Mạng ghép kênh. - Ba thuê bao (A, B, C) được nối với bộ ghép kênh nội hạt (LMX), cùng các tốc độ thấp khác nhau, ba kênh này nối ghép thành đường 64Kbit/s. - Kênh 64Kbit/s được nối vào hệ thống (PCM) và được vận chuyển trong hệ thống kênh 2Mbit/s hoặc cao hơn qua mạng. - Các kênh của hệ thống (PCM) kết thúc tại tổng đài trong mạch đầu cuối (ETC). Bộ chọn nhóm (GS) trong tổng đài thường nối các kênh 64Kbit/s giữa các (ETC) từ các kênh tốc độ thấp (A, B, C) sử dụng loại ghép kênh (MXC) loại này tương tự (ETC) nhưng có 2 chức năng quan trọng là : + Nhận dạng và chia các kênh 64Kbit/s thành các kênh tốc độ thấp (A, B, C). + Chuyển đổi mỗi kênh tốc độ thấp thành kênh 64Kbit/s, sau đó nối qua bộ chọn nhóm. • Mạng số liệu chuyển đổi mạch công cộng. + Mạng điện thoại nối mạch bằng quay số: Tin tức cần truyền là tín hiệu thoại (Analog), dải tần truyền dẫn là (300 đến 3400) Hz. Khi tín hiệu số liệu được chuyển đổi sang tín hiệu Analog để cho phù hợp với tín hiệu kênh thoại phải có thiết bị chuyển đổi là Modem. Bên cạnh đó nó cũng có những hạn chế là độ rộng băng không cho phép sử dụng tốc độ truyền dẫn cao và chất lượng đường dây có thể thay đổi giữa những người sử dụng khác nhau. Các Modem có hiệu lực cho truyền song công, đơn công, không đồng bộ (tốc độ thấp), đồng bộ (tốc độ cao). Cùng một Modem có thể chuyển đổi được các tốc độ khác nhau. + Mạng CSPDN : Mạng số liệu chuyển đổi mạch (CSPDN) dựa trên một số tổng đài (DSE) được nối với mạng qua bộ dấu nối mạng (DCE) với sự giúp đỡ của các mạng ghép kênh (hoặc các bộ tập trung). Một số thuê bao có thể dùng chung một đường nối vào tổng đài. Mạng có thiết bị giám sát vận hành 9 đặt ở trung tâm, có khả năng kiểm soát từ xa bất kỳ hoạt động nào của các thành phần trong mạng. Hình 1.9. Mạng số liệu chuyển đổi mạch. • Mạng số liệu chuyển đổi gói (PSPDN). Mạng số liệu chuyển đổi gói quan tâm đến việc các gói số liệu từ người sử dụng này đến người sử dụng khác. vấn đề chính không xét đến việc gói được người gửi “ném vào” như thế nào, nó có thể được “mở” trong thiết bị của người nhận. Do vậy ta có thể cho phép các loại đầu cuối và máy tính khác nhau, sử dụng các loại tốc độ khác nhau liên lạc với nhau. Các bên sẽ không có đường nối vật lý, các đường ảo được thiết lập để vận chuyển các gói số liệu. Ví dụ có giải pháp mạng cho phương pháp này là mạng ERIPAX (Thuỵ Điển). Mạng gồm một số tổng đài (PSE), thường được ghép nối trực tiếp theo kiểu “tất cả đến tất cả”. Việc điều khiển toàn mạng được thực hiện tại một trung tâm chung (NMC). NMC thường có các đường nối trực tiếp với ít nhất 2 trong số các tổng đài (PSE) của mạng, và tới các (PSE) khác qua các đường nối X.75 trong mạng, các đầu cuối đồng bộ đấu nối theo thể thức X.25, các đầu cuối không đồng bộ theo X.28. Do các đầu cuối không đồng bộ thực sự thông minh, cần thiết kế điều khiển gói, các chức năng trong mạng như (APD: ghép/ tách gói) phải đảm nhiệm việc này. 10 DT E DTE DTE DTE DTE DTE DCE DCE DCE DCE DCE DCE MUX MUX DSE DSE DSE Bộ tập trung [...]... Gii iu ch QAM Chng II 24 THIT B MODEM 2.1 Nguyờn tc lm vic ca thit b Modem Modem l thit b truyn tin quan trng Nh nú m cỏc thụng tin trong mỏy tớnh c truyn dn i xa, ho nhp vo mng truyn tin truyn thng, to thnh mt cu trỳc thng nht ca cụng ngh thụng tin hin i cú th s dng Modem, chỳng ta bt u t nguyờn tc lm vic ca nú Khi khi ng, Modem ch Command Mode Ta cú th t cu hỡnh cho Modem bng cỏch s dng cỏc lnh AT... hin thụng tin gia 2 PC 2.2.2 Cỏc giao thc truyn file Th tc phi chun: Khi truyn mt file d liu, cú th truyn ln lt tng byte cho n khi gp ký t EOF (End Of Transmission) Th tc ny b qua cụng on kim tra phỏt hin li nờn ch s dng truyn cỏc thụng tin khụng ũi hi cao lm v tin cy õy l mt th tc khụng c chun nh tng tin cy, cú th thc hin phỏt lp li file s liu vi mt s ln nht nh u thu tin hnh x lý chn bn tin ớt... vic phỏt li l tha, khi kờnh quỏ xu thỡ cha tin cy 27 V nguyờn tc cú th s dng mó sa sai phỏt hin v sa li, nhng vic thờm nhiu phn t kim tra vo chui tin s lm gim hiu sut kờnh truyn Thc t ngi ta thng t chc thụng tin thnh cỏc gúi (Packet) cú cỏc byte kim tra, cho phộp phỏt hin li trong cỏc gúi tin yờu cu truyn li gúi tin ú Cỏc th tc da theo nguyờn tc va m bo tin cy cn thit, va m bo hiu sut kờnh Yờu... t quỏ trỡnh gii mó mỏy thu Cỏc bit tin c a n nhỏnh trờn, cỏc bit kim tra c a n nhỏnh di ca b gii mó Ta xột ti thi im bit tin i, trc bit tin i ta cú bit kim tra i m v i e cựng thi gian ú bit tin m cng c a n b gii mó, mỏy thu s thc hin im; ie, trờn s im 1 v hai 14 kt qu ny c so sỏnh tng ng vi bit kim tra im v ie m mỏy thu ó thu c nhỏnh di Kt qu vic so sỏnh nu bit tin i khụng cú li thỡ ti im 3 v im... nh hng rt ln n tin cy trong truyn s liu Do ú nghiờn cu vn li trong truyn s liu l cn thit khc phc li thỡ mỏy thu phi phỏt hin c li yờu cu u phỏt, phỏt li ni dung tin tc ó b li ú, hoc nhn ra li v tin hnh sa li ngay ti u thu Mun thc hin c vn ny u phỏt phi thc hin mó hoỏ chng li T mó sau b mó hoỏ phi cha ng ni dung l: Thụng tin bỏo cho mỏy thu bit t mó cú li hay khụng cú li v thụng tin bỏo cho mỏy... giao thc ca Modem 2.2.1 Cỏc giao thc iu khin dũng d liu (Flow Control Protocol) 25 Giao thc ny cũn c gi l giao thc bt tay (Handshaking) Flow Control cho phộp t ON hoc OFF dũng thụng tin gia cỏc thit b truyn Giao din gia DTE v DCE l cng RS232, giao din gia DCE v kờnh thụng tin l cng Modem Phn ln cỏc mỏy tớnh v DTE cú kh nng Flow Control, trng hp khụng cú thỡ giao thc ny phi b cm trờn cng Modem v cn phi... nhn ra li, da vo thụng tin ny m mỏy thu t sa c li Nhng ni dung thụng tin ú mỏy phỏt s gi i tip theo sau cỏc bit tin hoc trn ln cựng vi cỏc bớt tin, quỏ trỡnh lm nh vy u phỏt gi l quỏ trỡnh mó hoỏ chng li hay cũn gi l mó sa sai u thu cn c vo cỏc t mó nhn c m cú th phỏt hin li v cú th sa c li, quỏ trỡnh ny gi l gii mó Mó sa sai cú hai loi c bn l mó khi (Block Code) v mó chp (Convoltinal Code) Sau õy chỳng... khụng hon thin hon thin hn ngi ta thc hin thờm bit kim tra c ngang v dc Cỏc bit mang tin Bit kim tra ngang Cỏc bit mang tin Bit kim tra ngang Cỏc bit mang tin Bit kim tra ngang Bit kim tra ngang Cỏc bit mang tin Bit kim tra ngang Cỏc bit kim tra hng dc Hỡnh 1.11 Cu trỳc khi mó Nu xy ra mt bit li no ú trong khi tin thỡ s vi phm ca bớt kim tra ngang v dc xy ra Khi ú chỳng ta cú to X v Y ca bớt li... ARQ) Bn cht ca th tc ny l cỏc gúi tin b li hoc khụng cú xỏc nhn t phớa thu s c t ng truyn li + Giao thc ARQ truyn v i (Send and Wait ARQ) : Sau khi truyn xong mt khi tin, nu phớa thu nhn ỳng s bỏo v bờn phỏt tớn hiu nhn ỳng ACK (Acknowledge) sau ú tip tc truyn gúi tin mi, trng hp gúi tin cú li thỡ tớn hiu bỏo li l NAK (Negative Acknowledge), bờn phỏt s t ng phỏt li gúi tin ú cho ti khi no bờn thu nhn... NAK 2 2 Truyn li ACK 3 3 Hỡnh 2.1 S khi th tc ARQ 28 + Giao thc ARQ truyn liờn tc Bờn phỏt truyn liờn tc ton b cỏc gúi tin, bờn thu c tin hnh kim tra v bỏo v cỏc thụng tin ACK hoc NAK nhng kốm theo NAK l s th t ca gúi tin b li Sau khi truyn xong ton b d liu bờn phỏt truyn li cỏc gúi tin b li ú Cỏc gúi d liu c hỡnh thnh t cỏc trng iu khin v trng d liu, di õy l cu trỳc in hỡnh ca gúi d liu: SOH PACKED