Bài giảng: Kỹ thuêtj truyền số liệu, Mai Văn Hà

Author: MAI Văn Hà TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - BÀI GIẢNG MÔN HỌC KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NỘI DUNG Chƣơng : TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG Chƣơng : MẠNG THÔNG TIN Chƣơng : KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Chƣơng : GHÉP VÀ TÁCH KÊNH Chƣơng : CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI Chƣơng : MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà Basic Data Communications Concepts TERMINAL AND HOST COMPUTER PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà PARITY AND BYTES PARITY - an extra bit added to the byte to check for errors 11010110 DATA + PARITY BYTE - in data communications, a group of bits, usually 8, though sometimes more, or less, depending on the character code PARALLEL DATA TRANSMISSION PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà SERIAL DATA TRANSMISSION ASYNCHRONOUS DATA TRANSMISSION PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà SYNCHRONOUS DATA TRANSMISSION TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.1 Khái quát chung : Hình : Mạch truyền liệu từ A đến B PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.1 Khái quát chung : + Tất thông tin dạng ký hiệu + Thông tin phát nhận qua thiết bị đầu cuối xử lý liệu ETTD (Equipement Terminal de Traitement de Données) ta gọi thiết bị đầu cuối (terminal) - Máy xử lý:thông thường nguồn phận thu liệu - Bộ kiểm tra liên lạc : tổ hợp phận thực chức liên lạc Phần thực bảo vệ chống sai số tạo ký tự phục vụ cho đối thoại hai thiết bị đầu cuối + Ngoài có thiết bị đầu cuối mạch liệu (ETCD) thiết bị có nhiệm vụ đáp ứng tín hiệu điện cung cấp từ thiết bị đầu cuối để truyền TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.2 Mã hóa thông tin : 1.2.1 Mã bảng chữ : + Mỗi thông tin tương ứng với dạng nhị phân, tất dạng mà mã cung cấp không sử dụng hết người ta gọi mã dư Sự mã hóa thao tác để thực tương thích + Khi chuyển từ loại mã sang loại mã khác cho thông tin đó, gọi thao tác chuyển mã + Độ dài mã phụ thuộc vào giá trị số cột nhị phân ký tự mà ta muốn biểu diễn Ví dụ : Với hai phần tử nhị phân ta nhận tổ hợp (00, 01, 10, 11) + Từ mã chuỗi bit mã hoá dạng nhị phân cho đơn vị thông tin ký tự PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.2 Mã hóa thông tin : 1.2.1 Mã bảng chữ : + Tập hợp đơn vị thông tin mã hoá theo qui luật xác định tạo mã + Trên thực tế thông tin cần truyền mã hóa tập hợp phần tử gọi ký tự (hay tổ hợp phần tử)ù gồm có:  Chữ số hệ đếm 10  Chữ bảng chữ (52)  Một số ký hiệu thao tác cần thực (+, *, ?, / $ )  Một tập hợp ký tự điều khiển + Tập hợp ký tự cần biểu diễn: {C1, Ci, .CN } tạo thành bảng chữ TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.2 Mã hóa thông tin : 1.2.2 Các loại mã thông thường: a Mã Morse : PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.2 Mã hóa thông tin : 1.2.2 Các loại mã thông thường: b Mã Baudot : + Mã Baudot sử dụng hệ thống truyền tin telex Mã sử dụng bit để mã hoá thông tin (32 tổ hợp) + Nếu dùng để biểu diễn chữ số (26 chữ cái, 10 số) không đủ người ta dùng ký tự để thay đổi sang trạng thái : chữ số + Sau ký tự "chữ" tất mã biểu diễn chữ sau ký tự "số" mã biểu diễn số + Như với (bit) ta có 30 x = 60 tổ hợp TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.2 Mã hóa thông tin : 1.2.2 Các loại mã thông thường: b Mã Baudot : PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.2 Mã hóa thông tin : 1.2.2 Các loại mã thông thường: c Mã BCD (Decimal Codé Binaire) : + Trong mã BCD người ta dùng cột để biểu diễn mã cột để kiểm tra + Tất ký tự có cột đương nhiên có số chẳn lẻ cột có giá trị "1" theo quy định ta tìm sai mã + Tất ký tự mã có dạng sau: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.2 Mã hóa thông tin : 1.2.2 Các loại mã thông thường: d Mã ASCII : + Sự không đầy đủ loại mã cột làm cho người ta nghó đến loại mã giàu biểu diễn ký tự cần thiết : ký tự điều khiển chữ lớn, chữ nhỏ chẳng hạn + Mã ASCII qui định độ dài từ mã bit biểu diễn 128 ký tự sau thành bit + Các ký tự có giá trị mã lớn 128 thập phân gọi ký tự Ascii mở rộng Tất nhiên gồm thêm cột để kiểm tra chẳn lẻ PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Author: MAI Văn Hà ASCII CODE ASCII CODE(CONTINUED) PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Author: MAI Văn Hà Role of Data Flow Layers Application Presentation EXAMPLES Session • Reliable or unreliable delivery • Error correction before retransmit TCP UDP SPX Network Provide logical addressing which routers use for path determination IP IPX Data Link • Combines bits into bytes and bytes into frames • Access to media using MAC address • Error detection not correction 802.3 / 802.2 HDLC Physical • Move bits between devices • Specifies voltage, wire speed and pin-out cables Transport EIA/TIA-232 V.35 BÀI TẬP VỀ ĐỘ SUY HAO, BĂNG THÔNG GiỚI HẠN, TẠP ÂM CỦA TÍN HIỆU VÀ CƠ CHẾ KiỂM SOÁT LỖI PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 185 Author: MAI Văn Hà SUY HAO VÀ MÉO TÍN HIỆU Tín hiệu truyền môi trường chịu ảnh hưởng của:  Suy hao (Attenuation)  Băng thông bị giới hạn (Limited bandwidth)  Méo trễ (Delay distortion),  Tạp âm (Noise) SUY HAO  Suy hao suy giảm lượng tín hiệu qua môi trường, tính biểu thức: A = 10log10(P1/P2) (dB)   (1) Do đó, để đảm bảo tính tin cậy liệu đầu thu cần làm giảm suy hao cách giới hạn độ dài môi trường Có thể sử dụng khuếch đại (repeater - lặp) để làm tăng độ dài cáp Độ lợi (gain - G) lặp tính bằng: G = 10log10(P2/P1) (dB) (2) Trong đó: P1 (watts) công suất đầu phát P2 (watts) công suất đầu thu PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 186 Author: MAI Văn Hà SUY HAO (TT)  Ví dụ: Một kênh truyền DTE gồm ba phần: + Phần 1: mức suy hao 16 dB + Phần 2: lặp có hệ số khuếch đại 20 dB + Phần 3: mức suy hao 10 dB Giả sử công suất phát 400 mW, xác định công suất thu SUY HAO (TT) 400 mW A1=16 dB A2=10 dB Đầu phát G=20 dB PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com Đầu thu https://fb.com/tailieudientucntt 187 Author: MAI Văn Hà SUY HAO (TT)  Giải: p dụng công thức (1) cho phần 3; công thức (2) cho phần kênh ta có: Phần 1: 16 = 10lg(400/P2) ↔ P2 = 10.0475 mW Phaàn 2: 20 = 10lg(P2/10.0475) ↔ P2 = 1004.75 mW Phaàn 3: 10 = 10lg(1004.75/P2) ↔ P2 = 100.475 mW  Cách khác: Tổng suy hao tăng ích kênh là: A = 16 – 20 + 10 = dB Vaäy: = 10lg(400/P2) P2 = 100.475 mW BĂNG THÔNG BỊ GIỚI HẠN  Ví dụ: Một tín hiệu có tốc độ 500 bps phát qua kênh Xác định băng thông cần thiết nhỏ trường hợp: a) Chỉ truyền qua tần số b) Truyền qua tần số hài bậc b) Truyền qua tần số hài bậc 3, Giả sử chuỗi thu trường hợp xấu  Giải: Ở tình xấu nhất, tín hiệu 500 bps có tần số 250 Hz vậy: Hài bậc 750 Hz, hài bậc 1250 Hz Vậy băng thông yâu cầu nhỏ cho trường hợp là: a) đến 250 Hz b) đến 750 Hz c) đến 1250 Hz PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 188 Author: MAI Văn Hà BĂNG THÔNG BỊ GIỚI HẠN  Theo định lý Nyquist, tốc độ truyền dẫn thông tin cực đại kênh không tạp âm, C, cho biểu thức: C = 2W log2M Trong W băng thông kênh (Hz) M số mức tín hiệu   Gọi Tb chu kỳ bit, R tốc độ bit Tb = 1/R Gọi Ts chu kỳ phần tử tín hiệu R = (log2M)/Ts = m/ Ts bps m = log2M số bít chứa phần tử tín hiệu  Vậy, Tb = 1/R = Ts /m BĂNG THÔNG BỊ GIỚI HẠN  Nếu gọi B hiệu băng thông, B = R/W ta được: B = R/W = m/(WTs) = 1/(WTb) b/s/Hz b/s/Hz Như vậy, băng thông hẹp lại phải làm tăng hiệu băng thông muốn giữ nguyên tốc độ bit (ví dụ: sử dụng điều chế nhiều mức) PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 189 Author: MAI Văn Hà BĂNG THÔNG BỊ GIỚI HẠN  Ví dụ: Một tín hiệu tryuền qua mạng PSTN với sơ đồ điều chế trạng thái Giả sử băng thông mạng PSTN 3000 Hz Xác định C B sơ đồ điều chế Giải: M=8, W = 3000 Hz C = 2W log2M = x 3000 x log28 = x 3000 x = 18 000 bps B = 1/(WTb) = C/W = 18 000 / 000 = b/s/Hz  Trong thực tế có tạp âm nên giá trị bé  TẠP ÂM - Trên đường truyền có tạp âm Một thông số bàn để đánh giá chất lượng tín hiệu S/N (SNR): SNR = 10log10 (S/N) theo dB Trong S, N công suất tín hiệu công suất tạp âm   Khi SNR lớn tức tín hiệu có chất lượng tốt ngược lại Tốc độ truyền dẫn thông tin cực đại kênh (thông lượng kênh - C) có quan hệ với SNR xác định theo định lý Shannon – Hatley: C = W log2{1+(S/N)} bps Trong đó: S công suất trung bình tín hiệu N công suất tạp âm ngẫu nhiên – tính theo Watts PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 190 Author: MAI Văn Hà TẠP ÂM Ví dụ: Một kênh PSTN có W = 3000 Hz S/N = 20dB, xác định C kênh Giải: Ta có: Thay số: Do đó: SNR = 10log10 (S/N) theo dB 20 = 10log10(S/N) S/N = 100 Vaäy:     C = 3000 log2{1+100} = 19 963 bps NHIỄ U XUNG TẠP ÂM NHIỆT Nhiễu xung gây xung điện, chuyển mạch, máy móc hoạt động, phóng điện Các độ điện tần số cao gây nhiễu so với tần số thấp Tạp âm nhiệt hạt mang điện (e-) chuyển động nhiệt gây Tạp âm nhiệt khuếch đại với mức tín hiệu thấp PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 191 Author: MAI Văn Hà  TẠP ÂM Nhiễu trắng loại tạp âm ngẫu nhiên ảnh hưởng dải rộng trục tần số Định luật Shannon-Hartley xác định tốc độ thông tin cực đại lý thuyết C = W log2{1+(S/N)} bps  TẠP ÂM  Năng lượng bit tín hiệu có công suất S là: E = ST b b  Mật độ công suất tạp âm nhiệt cho bởi: N0 = kT [watts/Hz] Trong đó: k số Boltzmann (1.38 x 10-23 Joules/K) T nhiệt độ tính theo độ Kelvin (K)  Vậy: Eb N0  Tính theo dB: PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com Eb N0 S/R N0 S/R kT = 10 log10 (S/R) – 10 log10 (kT) https://fb.com/tailieudientucntt 192 Author: MAI Văn Hà TẠP ÂM  Như mức công suất tín hiệu S phải tăng lên T R tăng lên để có tỉ số Eb/N0 chấp nhận – tức BER cực tiểu  Mặt khác: N = WN0  Vì vậy:  Eb N0 = S W N R Tính theo dB: Eb = 10log10 (S/N) + 10log10 (W) – 10log10 (R) N0 TẠP ÂM    Với BER cho trước, kỹ thuật điều chế khác cần giá trị Eb/N0 khác Ví dụ, BER = 10-6: - Điều chế khóa dịch tần số FSK cần Eb/N0 = 13 dB, - Điều chế khóa dịch biên độ ASK cần Eb/N0 = 13 dB, - Điều chế khóa dịch pha PSK cần Eb/N0 = 10 dB Vậy với kênh có băng thông cho trước, để có tốc độ bit nhau, tỷ số S/N thu cực tiểu khác tùy thuộc vào loại điều chế PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 193 Author: MAI Văn Hà TẠP ÂM Ví dụ: Một kênh PSTN có W = 3000 Hz S/N trung bình đầu thu = 12 dB, xác định R cực đại hiệu băng thông B với giả thiết giá trị Eb/N0: a) 13 dB, b) 10 dB Giải: Ta có: B = R/W 10log10 (R) = (S/N) dB + 10log10 (W) – Eb N0 (dB) a) 10log10 (R) = 12 + 10log10 3000 – 13 = 33.77 Do đó: R = 2382.32 bps B = 0.79 b) 10log10 (R) = 12 + 34.77 – 10 = 36.77 Do đó: R = 4753.35 bps B = 1.58 CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 194 Author: MAI Văn Hà CƠ CHẾ KIỂM SỐT LỖI Bài : Có message có kích thước 1Mb(106) cần truyền từ A sang B qua (hops) cổng chặng Liên kết hops có độ dài 25km Tốc độ phát liệu 100Kb/s a> Tính thời gian để message nhận hết B thiết bị kết nối trung gian Repeater b> Cũng câu a thiết bị kết nối Router c> Như câu a chia gói tin ban đầu thành 10 gói có kích thước d> Tính câu b chia message thành 10 gói e> Giả sử đóng gói gói với thơng tin điều khiển 50 bit Tính lại câu d (Tốc độ truyền v=2.5*108 m/s) CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 195 Author: MAI Văn Hà CƠ CHẾ KIỂM SỐT LỖI Bài : Việc truyền thơng máy tính A B mạng mơ tả sau (liên kết A va B full-duplex) A gửi gói cho B, B nhận gói gửi báo nhận lại cho A Sau nhận báo nhận cho gói đầu tiên, A tiếp tục gửi gói cho B nhận báo nhận từ B A lại gửi gói (báo nhận cho gói) Giả sử thời gian truyền 1ms, tốc độ phát liệu 10 Mb/s a> Tính thời điểm A bắt đầu gửi gói thứ (bỏ qua thời gian xử lý kích thước ACK khơng đáng kể, kích thước gói tin 1Mb) b> Tính thời điểm A gửi hết gói 1000 CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI Bài : Giải : a> Thời điểm phát gói =Thời điểm ACK đến A Ttotal=1 tphát + * ttruyền = 1/10+ 2ms=102ms b> Ttotal = tphát +2 ttruyền + 999 ttphát + ttruyền PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 196 Author: MAI Văn Hà CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI Bài : Hai trạm A B cách hop (dùng Router) Kích thước message 1Mb, khả kết nối 10Mbps a> Tính thời gian M nhận hết B (thời gian truyền =0.2s) b> Chia M thành 10 gói, thời gian truyền đầu =2 thời gian phát gói, độ dài kết nối sau 3/2 kết nối đâu Cho nhận xét tính lại thời gian c> Khi kết nối sau đưa lên đầu (b) CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI Bài : Có tệp tài liệu kích thước 1Mb (106 bit) nén gửi lên đường truyền Có phương pháp nén, phương pháp nén 40% 1s, phương pháp nén 60% 2s Hỏi khả kênh để thời gian truyền tệp ban đầu với phương pháp nén Giải : Gọi d khả truyền Khi nén theo phương pháp 40% dung lượng message cịn lại là: 0,6 Mb Khi nén theo pp 60% dung lượng message : 0,4 Mb Để thời gian truyền : 0,6/d +1 = 0,4/d +2 => d=0,2 Mbps PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 197 Author: MAI Văn Hà CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI Bài : Truyền tiếng nói : Nếu truyền tiếng nói giới hạn băng tần 4KHz phù hợp với băng thông đường điện thoại Khi đổi sang tín hiệu số (PCM) băng thơng u cầu truyền với dung lượng ? Giải : Phù hợp với định lý lấy mẫu với fmax=4000Hz cần 4000*2=8000 lần lấy mẫu giây Ta dùng mã PCM với n=8 ta có 256 giá trị biểu diễn Khi bit cần truyền : 8000*8bit=64Kbps CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI Bài : Mạng nội chia xẻ kết nối Internet thơng qua Proxy RTT (hành trình quay vịng) máy tính Proxy RTT1=10ms, RTT Proxy Internet RTT2=100ms Các máy tạo 100 u cầu/giây, kích thước gói yêu cầu 100 Kb a> Tính thời gian trung bình u cầu b> Tính lượng liệu lấy Internet giây Bài : Message ban đầu có nội dung 11010101 Message đóng gói thành khung, cho phép sửa lỗi truyền Bên nhận nhận khung 10001100101001 Hỏi có lỗi q trình truyền Có sửa khơng? Giải thích PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 198 Author: MAI Văn Hà CƠ CHẾ KIỂM SOÁT LỖI Bài : Trong hệ thống máy vi tính, hình biểu diễn 40 dịng dịng có 80 ký tự Mỗi ký tự mã hoá bits Như tồn hình có 25.6Kbits liệu Để truyền liệu qua đường 9.6Kbps cần 2.6 giây Tuy nhiên trường hợp đặc biệt cần truyền tồn hình Nếu liệu phần hình tốc độ bao nhiêu? Bài : Trên hình có khoảng triệu điểm ảnh điểm thường dùng bytes để biểu thị (trong trường hợp ảnh màu) Điều có nghĩa cần truyền 24Mbit Dùng đường nối 64Kbps phải truyền phút Nếu dùng đường nối có tốc độ 155Mbps tốn giây? PDF by MAI Thăng Long CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 199 ... thường dùng cho thường đóa parabol + Ăng-ten cố định hướng chùm tia đến đường dẫn nhìn thấy đến ăng-ten thu + Ăng-ten vi ba gắn độ cao để phạm vi hoạt động ăng-ten không bị vật cản PDF by MAI Thăng... hành (Two-wire open lines)  Cáp xoắn đôi (Twisted-pair lines)  Cáp đồng trục  Cáp sợi quang  Sóng vô tuyến  Hệ thống viba mặt đất  Hệ thống vi ba vệ tinh  Hệ thống vô tuyến tế bào  -Hệ thống... chuyển ký tự dạng song song sang dạng nối tiếp ta có: … di-1, di, di+1 … + Khi ký tự là: … Ci-1 Ci Ci+1 … TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG 1.3 Tín hiệu - Đường truyền 1.3.4 Nguyên tắc truyền đường dây : a