Khi một tín hiệu đƣợc truyền tải đi, cần có một phƣơng pháp để bên nhận phân biệt giới hạn giữa các bít dữ liệu nối tiếp nhau, gọi là phƣơng thức đồng bộ hóa.. Nhƣ hình minh họa dƣới [r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: MẠNG TRUYỀN THƠNG TRONG Ơ TƠ
SỐ TÍN CHỈ: 02
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
(2)1 MỤC LỤC
MỤC LỤC
TÍN CHỈ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN Ô TÔ
1.1 Sơ đồ tổng quát
1.2 Ƣu điểm MPX
1.3 Định nghĩa MPX Error! Bookmark not defined. 1.4 Đặc điểm MPX Error! Bookmark not defined. 1.5 Nguyên tắc truyền thông MPX Error! Bookmark not defined. 1.6 Các loại giao thức truyền thông sử dụng ô tô
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA TRUYỀN THÔNG
2.1 Các khái niệm
2.2 Chế độ truyền tải 12
2.3 Cấu trúc mạng 14
2.4 Truy nhập bus 18
2.5 Bảo toàn liệu 22
2.6 Mã hóa bít 25
2.7 Kỹ thuật truyền dẫn 29
TÍN CHỈ 40
CHƢƠNG CÁC GIAO THỨC CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN ÔTÔ 40 3.1 Giao thức BEAN 40
3.2 Giao thức AVC-LAN 45
3.3 Giao thức CAN 51
3.4 Giao thức LIN 58
CHƢƠNG PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN 62
4.1 Hƣớng dẫn đọc phân tích số sơ đồ mạng tiêu biểu 62
4.2 Thực hành lập trình CAN điều khiển điện thân xe ……… 62
(3)2
CHƢƠNG 1
: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN Ô TÔ
1.1 KHÁI NIỆM VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG
Sự phổ biến giải pháp tự động hố sử dụng hệ thống truyền thơng số kết tổng hợp tiến kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật máy tính, kỹ thuật thông tin đ-ơng nhiên kỹ thuật tự động hố Mạng truyền thơng cơng nghiệp nói chung mạng truyền thơng ơtơ nói riêng khái niệm chung hệ thống mạng truyền thơng số, truyền bít nối tiếp, đ-ợc sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp, thiết bị nhiều hệ thống với Các hệ thống truyền thông phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, cấu chấp hành d-ới cấp tr-ờng máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty
Mạng truyền thông thực chất dạng đặc biệt mạng máy tính, so sánh với mạng máy tính thơng th-ờng điểm giống khác nh- sau:
* Kỹ thuật truyền thông số hay truyền liệu đặc tr-ng chung hai lĩnh vực * Trong nhiều tr-ờng hợp, mạng máy tính sử dụng tơ đ-ợc coi phần mơ hình phân cấp mạng cơng nghiệp
* Yêu cầu tính thời gian thực, độ tin cậy khả t-ơng thích tô mạng truyền thông cao so với mạng máy tính thơng th-ờng, mạng máy tính th-ờng địi hỏi cao độ bảo mật
* Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau, ví dụ nhỏ nh- mạng LAN cho nhóm vài máy tính, lớn nh- mạng Internet Trong nhiều tr-ờng hợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền liệu mạng viễn thơng Trong đó, hệ thống mạng truyền thơng tơ th-ờng có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động t-ơng đối hẹp
(4)3
1.2.VAI TRÒ CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin vấn đề giải pháp tự động hoá Một nhiều điều khiển cần đ-ợc ghép nối với cảm biến cấu chấp hành, Giữa điều khiển hệ thống điều khiển phân tán cần trao đổi thông tin với để phối hợp thực điều khiển trình ghép nối giao tiếp với điều khiển để theo dõi, giám sát tồn q trình hoạt động hệ thống điều khiển
Vậy, mạng truyền thơng ơtơ có vai trị quan trọng nh- lĩnh vực đo l-ờng, điều khiển tự động hóa hệ thống? Sử dụng mạng truyền thông ôtô, đặc biệt
là bus tr-ờng để thay cách nối điểm - điểm cổ điển thiết bị mang lại hàng loạt
những lợi ích nh- sau:
* Đơn giản hoá cấu trúc liên kết thiết bị: Một số l-ợng lớn thiết bị thuộc chủng loại khác đ-ợc ghép nối với thông qua ®-êng truyÒn nhÊt
* Tiết kiệm dây nối công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng nhiều Một số l-ợng lớn cáp truyền đ-ợc thay đ-ờng nhất, giảm chi phí đáng kể cho ngun vật liệu cơng lắp đặt
* Nâng cao độ tin cậy độ xác thơng tin: Khi dùng ph-ơng pháp truyền tín hiệu t-ơng tự cổ điển, tác động nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà thiết bị khơng có cách nhận biết Nhờ kỹ thuật truyền thông số, thông tin truyền khó bị sai lệch hơn, mà thiết bị nối mạng cịn có thêm khả tự phát lỗi chẩn đốn lỗi có Hơn nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại t-ơng tự - số số – t-ơng tự nâng cao độ xác thơng tin
* Nâng cao độ linh hoạt, tính mở hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hoá quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng thiết bị nhiều hãng khác Việc thay thiết bị, nâng cấp mở rộng phạm vi chức hệ thống dễ dàng nhiều Khả t-ơng tác thành phần (phần cứng phần mềm) đ-ợc nâng cao nhờ giao diện chuẩn
(5)4
thể có khả cảnh giới lẫn Việc cấu hình hệ thống lập trình, tham số hố, chỉnh định thiết bị đ-a vào vận hành thực từ xa qua trạm kỹ thuật trung tâm
* Mở nhiều chức khả øng dơng míi cđa hƯ thèng: Sư dơng m¹ng trun thông cho phép áp dụng kiến trúc điều khiển nh- điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với thiết bị tr-ờng, điều khiển giám sát chẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin hệ thống điều khiển giám sát thông tin
Có thể nói, mạng truyền thơng cơng nghiệp nói chung mạng truyền thơng ơtơ nói riêng làm thay đổi hẳn t- thiết kế tích hợp hệ thống -u giải pháp dùng mạng truyền thông nằm ph-ơng diện kỹ thuật, mà cịn khía cạnh hiệu kinh tế Chính vậy, ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp, nh- điều khiển q trình, tự động hóa xí nghiệp, tự động hố tồ nhà, điều khiển giao thơng, v.v Trong điều khiển trình, hệ thống bus tr-ờng dần thay mạch dòng t-ơng tự (current loop) 4-20mA Trong hệ thống tự động hố xí nghiệp tự động hóa tồ nhà, số l-ợng lớn phần tử trung gian đ-ợc bỏ qua nhờ hệ bus ghép nối trực tiếp thiết bị cảm biến chấp hành Nói tóm lại, sử dụng mạng truyền thơng khơng thể thiếu đ-ợc việc tích hợp hệ thống tự động hóa đại
1.3 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT
Hình 1.1 Minh họa số lƣợng ECU sử dụng ô tô
(6)5 Hình 1.2 Mạng không dây hệ thống giao thông đại
(7)6 Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát mạng truyền thông xe Lexus
1.4 CÁC LOẠI GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG TRÊN ÔTÔ B¶ng 1.1 Các loại giao thức truyền thơng hay sử dụng ô tô
Protocol BEAN
(TOYOTA Original) CAN (ISO Standard) LIN (ISO Standard) AVC-LAN (TOYOTA Original)
Application Body Electrical Power Train Body Electrical Audio
Communication
Speed 10 kbps
500 kbps (HS)
250 kbps (MS) 9.6 kbps 17.8 kbps
Data Length – 11 Byte
(Variable)
1 – Byte (Variable)
0 – Byte
(0, 2, 4, 8) – 32 Byte (Variable)
Communication
Wire AV Signal Wire Twisted-pair wire AV Signal Wire Twisted-pair wire
Drive Type Single Wire Voltage
Drive Differential Voltage Drive Single Wire Voltage Drive Differential Voltage Drive Communication Direction One-way and Two-way Communications Two-way Communication Two-way Communication Two-way Communication
Access System CSMA/CD
(Multi Master) CSMA/CR (Multi Master) Master/Slave (Single Master) Master/Slave (Single Master)
Topology Bus (Daisy Chain) Bus Star Star
Sleep/Wake-up Available N.A Available N.A
Error Detection CRC CRC N.A Parity Check
(8)7 + Truyền liệu chiều tốc độ thấp cơng tắc cửa sổ điện ECU thân xe Đây việc giao tiếp chiều đến ECU định trƣớc hệ thống truyền tín hiệu chiều (tốc độ truyền kbps)
+ BEAN (Body Electronics Area Network - Mạng điện tử thân xe): Hệ thống có tốc độ truyền liệu 10kbps
+ AVC-LAN (Audio Visual Communication-Local area Network): Hệ thống đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu cho hệ thống âm thanh, nghe nhìn, hệ thống dẫn đƣờng, định vị toàn cầu,… (tốc độ truyền liệu 17kbps)
+ UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitting- Truyền/Nhận liệu nối tiếp không đồng bộ): Hệ thống đƣợc dùng việc truyền tín hiệu ECU có liên quan đến việc điều khiển xe: ECU động ECU điều khiển trƣợt, ECU động ECU xe HV (xe dùng động lai),…(tốc độ truyền liệu 9600 - 19200 bps)
+ LIN (Local Interconnect Network- mạng cục xe): Hệ thống sử dụng để truyền liệu ECU thân xe (tốc độ truyền liệu 20kps)
+ CAN (Controller Area Network): Dùng để truyền tín hiệu ECU xe (có tốc độ truyền: CAN tốc độ thấp-125kbps CAN tốc độ cao- 1Mbps)
(9)8 CHƢƠNG 2:
CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA TRUYỀN THÔNG
2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
2.1.1 Thơng tin, liệu tín hiệu
2.1.1.1 Thơng tinThông tin khái niệm sở quan trọng khoa học kỹ thụât, giống nh- vật chất l-ợng Các đầu vào nh- đầu hƯ thèng kü tht chØ cã thĨ lµ vËt chÊt, l-ợng thông tin, nh- mô tả hình 2.1
Mét hƯ thèng xư lý th«ng tin hệ thống truyền thông hệ thống kỹ thuật quan tâm tới đầu vào đầu thông tin Tuy nhiên, đa số hệ thống kỹ thụât khác th-ờng có đầu vào đầu hỗn hợp (vật chất, l-ợng thông tin)
Hình 2.1 Vai trò th«ng tin hƯ thèng kü tht
Thơng tin th-ớc đo mức nhận thức, hiểu biết vấn đề, kiện hệ thống Ví dụ, thơng tin cho biết cách xác hay t-ơng đối nhiệt độ ngồi trời hay mực n-ớc bể chứa Thơng tin giúp phân biệt mặt vấn đề, trạng thái vật Nói cách khác, thơng tin loại trừ tính chất bất định Trong vật chất l-ợng tảng vật lý hoá học, thơng tin chủ thể tin học công nghệ thông tin
Thông tin sở cho giao tiếp Thông qua việc giao tiếp mà đối tác có thêm hiểu biết lẫn vấn đề, kiện hệ thống
2.1.1.2 Dữ liệu
Thông tin đại l-ợng trừu t-ợng, cần đ-ợc biểu diễn d-ới hình thức
khác Khả biểu diễn thông tin đa dạng, ví dụ qua chữ viết, hình ảnh, cử chỉ, vv Dạng biểu diễn thông tin phụ thuộc vào mục đích, tính chất ứng dụng Đặc biệt thơng tin mơ tả, hay nói cách khác ‘số lượng hóa” liệu để lưu trữ xử lý máy tính Trong tr-ờng hợp đó, ta nói thơng tin đ-ợc số hoá sử dụng hệ đếm nhị phân, hay mã hố nhị phân Nói ngữ cảnh cấu trúc điện, liệu phần thơng tin hữu ích đ-ợc biểu diễn dãy bit [1.0]
(10)9
cách mô tả Ta so sánh quan hệ liệu thông tin với quan hệ toán học số ý nghÜa sư dơng cđa sè
Theo nghÜa thø hai, liệu đ-ợc hiểu phần biểu diễn thông tin hữu dụng (thông tin nguồn) điện Tuy nhiên, vào ngữ cảnh cụ thể mà ta không nhầm lẫn hai cách sử dụng thuật ngữ
L-ợng thông tin
Thông tin thƣớc đo mức độ nhận thức, hiểu biết vấn đề, kiện
hệ thống Thông tin sở cho giao tiếp, thông qua giao tiếp đối tác hiểu biết lẫn vấn đề, kiện hệ thống
Thơng tin xố bỏ tính bất định, ví dụ khẳng định kiện có xảy hay khơng, câu trả lời hay sai Mức độ xóa bỏ tính bất định – hay nói cách khác, giá trị hiểu biết nguồn thông tin mang lại - đ-ợc gọi l-ợng thơng tin Chính liệu dạng biểu diễn thơng tin xử lý đ-ợc máy tính, nên l-ợng thơng tin đ-ợc đ-ợc đo đơn vị liệu (bit = binary digit) Trong tr-ờng hợp thông tin khẳng định /sai, rõ ràng cần bit để ghi mã 0, hay nói cách khác l-ợng thơng tin bit Với ví dụ khác, để biểu diễn hay phân biệt màu số 16 màu ta cần bit, 256 màu ta cần bit Để biểu diễn hay phân biệt chữ bảng ký tự có 256 chữ ký hiệu cần bit Một thông báo cần gửi “Hello”
gåm cã ký tù sÏ cÇn 40 bit Ta nãi r»ng, l-ợng thông tin bit, bit, 40 bit… Ta cã
kbit = 1024 bit, 1Mbit = 1024 kbit vµ 1Gbit = 1024 Mbit
2.1.1.3 Tín hiệu
Là đại lƣợng vật lý mang thông tin/dữ liệu (chứa đựng thơng tin nó) đƣợc truyền dẫn
Tín hiệu đƣợc đặc trƣng tham số vật lý: Biên độ, pha, tần số, đƣợc phân chia thành dạng sau:
+ Tín hiệu tƣơng tự: Tham số thơng tin có giá trị khoảng đó
+ Tín hiệu rời rạc: Tham số thơng tin có số giá trị (rời rạc) định
+ Tín hiệu liên tục: Tín hiệu có ý nghĩa thời điểm khoảng thời gian quan tâm (hàm liên tục biến thời gian khoảng xác định)
(11)10 Dạng tín hiệu: tuơng tự, liên tục
Tham số mang thông tin: biên độ
Dạng tín hiệu: tuơng tự, gián đoạn Tham số mang thông tin: biên độ xung
Dạng tín hiệu: rời rạc, liên tục Tham số mang thơng tin: biên độ
Dạng tín hiệu: rời rạc (số), gián đoạn Tham số mang thông tin: tần số xung Hình 2.2 Một số dạng tín hiệu thông dụng
2.1.2 Truyền thông, truyền liệu truyền tín hiệu
2.1.2.1 Giao tiếp truyền thông:Giao tiếp hay truyền thông q trình trao đổi thơng tin hai chủ thể với nhau, đƣợc gọi đối tác giao tiếp, theo phƣơng pháp đƣợc quy định trƣớc Đối tác điều khiển đối tác quan sát trạng thái đối tác
Đối tác ngƣời hệ thống kỹ thuật (Phần cứng, phần mềm) với hệ thống kỹ thuật hai khái niệm giao tiếp truyền thông đƣợc sử dụng với nghĩa tƣơng đƣơng
Truyền liệu phƣơng pháp truyền thông máy tính (mạng máy tính) Để truyền liệu hệ truyền thông phải thực q trình mã hóa giải mã tín hiệu
2.1.2.2 Mã hóa giải mã
(12)11
- Mã hóa: trình biến đổi nguồn thơng tin (dữ liệu) cần trao đổi sang chuỗi tín hiệu
thích hợp để truyền dẫn Q trình gồm hai bƣớc mã hóa nguồn mã hóa đƣờng truyền
+ Mã hóa nguồn: Dữ liệu nguồn (ban đầu) đƣợc bổ sung thông tin phụ trợ cần thiết cho việc truyền dẫn nhƣ địa bên gửi bên nhận, kiểu liệu, thông tin kiểm lỗi… nhƣ v ậy lƣợng thơng tin chứa đựng tín hiệu nhiều lƣợng thông tin thực cần truyền tải + Mã hóa đƣờng truyền: Là q trình tạo tín hiệu tƣơng ứng với bit gói liệu hay điện theo phƣơng pháp định để phù hợp với đƣờng truyền kỹ thuật truyền dẫn Trong mạng truyền thông công nghiệp mã hóa đƣờng truyền đồng nghĩa với việc mã hóa bít, tín hiệu khâu mã hóa bít tạo chính tín hiệu đƣợc truyền dẫn
Khi tín hiệu đƣợc truyền tải đi, cần có phƣơng pháp để bên nhận phân biệt giới hạn bít liệu nối tiếp nhau, gọi phƣơng thức đồng hóa Nhƣ hình minh họa dƣới
Hình 2.4 Ví dụ mã hóa bít
- Giải mã: Là q trình chuyển đổi tín hiệu nhận đƣợc thành dãy bít tƣơng ứng sau đó
xử lý, loại bỏ thông tin bổ sung để tái tạo thông tin gốc
2.1.2.3 Điều chế điều biến tín hiệu
Điều chế: trình tạo tín hiệu trực tiếp mang tham số thông tin, thể qua
biên độ, tần số pha, đó tham số thơng tin lấy giá trị
Điều biến: q trình dùng tín hiệu mang thơng tin để điều khiển, biến đổi tham số
thích hợp tín hiệu thứ (tín hiệu mang)
2.1.2.4 Tốc độ truyền tốc độ bít
- Tốc độ Baud: Là số lần tín hiệu thay đổi giá trị tham số thông tin (nhƣ biên độ)
một giây có đơn vị baud
Đối với nhiều phƣơng pháp mã hóa bit, tín hiệu không bắt buộc phải thay đổi trạng thái nhịp, tốc độ baud khơng hồn tồn xác Vì ngƣời ta sử dụng khái niệm tốc độ truyền hay tốc độ bit
- Tốc độ truyền hay tốc độ bit: đƣợc tính số bit liệu truyền giây,
đƣợc tính bit/s bps
(13)12
2.1.2.5 Tính thời gian thực
Tính thời gian thực đặc trƣng quan trọng hệ thống tự động hóa Một hệ thống có tính thời gian thực khơng thiết phải có phản ứng thật nhanh, mà quan trọng phải có phản ứng kịp thời với tác động bên
2.2.CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI
Chế độ truyền tải phƣơng thức bit liệu đƣợc chuyền gi ữa đối tác truyền thông Các chế độ truyền tải:
- Truyền bit song song truyền bit nối tiếp - Truyền đồng không đồng
- Truyền chiều (simplex), hai chiều đồng thời (full-duplex), hai chiều dán đoạn (halp-duplex)
- Truyền tải dải sở, truyền tải dải mang truyền tải dải rộng
2.2.1 Truyền bit song song truyền bit nối tiếp
2.2.1.1 Truyền bit song song
- Truyền đồng thời nhiều bit (8 bit, 16 bit 32 bit)
- Khoảng cách truyền ngắn
- Đƣợc dùng phổ biến bus nội máy tính nhƣ: bus liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển
Hình 2.5 Truyền bit song song 2.2.1 Truyền bit nối tiếp
Từng bít đƣợc truyền qua đƣờng truyền Do tốc độ bị hạn chế nhƣng bù lại việc thực lại đơn giản, truyền đƣợc xa Do đó tất mạng truyền thơng
đều sử dụng phƣơng thức truyền Hình 2.6 Truyền bít nối tiếp
(14)13 Mặt khác cần phải lƣu ý thiết bị kỹ thuật dùng để xử lý thông tin mạng dù tồn dạng hay dạng khác chất máy tính có vi xử lý hệ thống bus nội song song Vì để dùng phƣơng pháp truyền nối tiếp ta cần phải chuyển đổi bus song song nối tiếp nhƣ hình 2.7
2.2.2 Truyền đồng không đồng
Sự phân biệt truyền đồng không đồng liên quan tới phƣơng thức truyền bit nối tiếp Nội dung đƣợc đề cập việc đồng hóa bên nhận bên gửi liệu, nói cách khác làm để bên nhận biết tín hiệu đƣờng truyền mang liệu gửi không
2.2.2.1 Chế độ đồng
Các đối tác truyền thông làm viêc theo nhịp, tức với tần số độ lệch pha cố định Trong đó bên gửi bên nhận cần hoạt động đồng trao đổi liệu Để đồng đƣợc có giải pháp sau:
- Một trạm có vai trị tạo nhịp dùng đƣờng dây riêng mang nhịp đồng cho trạm khác
- Dùng phƣơng pháp mã hóa bit thích hợp để bên nhận tái tạo nhịp đồng từ tín hiệu mang liệu
- Bổ xung vào gói liệu dãy bit mang thơng tin đồng hóa vào phần đầu gói liệu
2.2.2.2 Chế độ không đồng
Bên gửi bên nhận không làm việc theo nhịp chung Dữ liệu trao đổi thƣờng đƣợc chia thành nhóm đến bit, gọi ký tự Các ký tự đƣợc chuyển vào thời điểm không đồng đều, cần thêm hai bit để đánh dấu khởi đầu kết thúc cho ký tự việc đồng hóa đƣợc thực với ký tự
2.2.3 Truyền chiều truyền hai chiều
2.2.3.1 Chế độ truyền chiềuThông tin đƣợc truyền theo chiều, trạm đóng vai trị bên phát bên nhận thơng tin suốt q trình giao tiếp Chế độ không đƣợc ứng dụng công nghiệp
2.2.3.2 Chế độ truyền hai chiều gián đoạn
Một trạm tham gia gửi nhận thông tin, nhƣng không lúc, nhờ thông tin đƣợc trao đổi theo hai chiều luân phiên đƣờng truyền vật lý
2.2.3.3 Chế độ truyền hai chiều toàn phần
(15)14
2.2.4 Truyền tải dải sở, dải mang dải rộng
2.2.4.1 Truyền tải dải sở
Một tín hiệu mang nguồn thơng tin biểu diễn tổng nhiều giao động có tần số khác nằm phạm vi hẹp, đƣợc gọi dải tần sở hay dải hẹp
Tín hiệu đƣợc truyền tín hiệu đƣợc tạo sau mã hóa bít, nên có tần số cố định nằm khoảng hẹp đó Tùy thuộc vào phƣơng pháp mã hóa bít
Với phƣơng pháp truyền tải này, đƣờng truyền mang kênh thông tin nhất, thành viên mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đƣờng truyền vậy, tốc độ truyền tải bị hạn chế, nhƣng nó dễ thực độ tin cậy cao nên đƣợc dùng chủ yếu mạng truyền thông công nghiệp
2.2.4.2 Truyền tải dải mang
Trong số trƣờng hợp dải tần sở không tƣơng thích môi trƣờng làm việc chịu ảnh hƣởng thiết bị điện tử khác, đó ngƣời ta sử dụng tín hiệu khác gọi tín hiệu mang, có tần số nằm dải tần thích hợp gọi dải mang Dải tần thƣờng lớn nhiều so với tần số nhịp liệu cần truyền tải dùng để điều chế tần số, biên độ pha tín hiệu mang Sau đó bên nhận thực q trình giải điều chế để hồi phục thơng tin nguồn
Phƣơng pháp áp dụng cho kênh truyền tin nhất, giống nhƣ truyền tải dải sở
2.2.4.3 Truyền tải dải rộng
Một tín hiệu chứa đựng nhiều nguồn thông tin khác cách kết hợp nhiều thông số thông tin cách xếp chồng từ nhiều tín hiệu thành phần có tần số khác mang nguồn thông tin khác
Sau nhiều nguồn thơng tin khác đã đƣợc mã hóa bít, tín hiệu đƣợc tạo dùng để điều biến tín hiệu khác, thƣờng có tần số lớn nhiều, gọi tín hiệu mang Các tín hiệu mang đã đƣợc điều biến có tần số khác nhau, nên pha trộn, xếp chồng thành tín hiệu có phổ tần trải rộng Tín hiệu cuối lại đƣợc dùng để điều chế tín hiệu mang khác Tín hiệu thu đƣợc khâu đƣợc truyền Đây chính kỹ thuật dồn kênh phân tần truyền tải thông tin, nhằm mục đích sử dụng hiệu đƣờng truyền phía bên nhận thực việc giải điều biến phân kênh, khơi phục tín hiệu mang nguồn thông tin khác
Do giá thành thực tính thời gian nên phƣơng pháp hầu nhƣ không đƣợc dùng mạng truyền thông công nghiệp
2.3 CẤU TRÚC MẠNG
2.3.1 Khái niệm
(16)15 Ở đối tác trạm truyền thơng đƣợc liên kết với qua môi trƣờng vật lý
Các kiểu liên kết:
- Liên kết điểm- điểm (point to point): Là mối liên kết có hai đối tác tham gia - Liên kết điểm- nhiều điểm (multi - drop): Trong mối liên kết có nhiều đối tác tham
gia, nhƣng có đối tác cố định (trạm chủ) có khả phát đối tác lại (trạm tớ) thu nhận thơng tin lúc Cịn việc giao chiều ngƣợc lại đƣợc thực theo kiểu điểm – điểm
- Liên kết nhiều điểm (multipoint): Trong mối liên kết có nhiều đối tác tham gia trao đổi thơng tin qua lại tự theo hƣớng Bất đối tác có quyền phát trạm nghe đƣợc sử dụng cáp để nối mạng đối tác
Khả liên kết nhiều điểm đặc trƣng mạng truyền thông công nghiệp
2.3.2 Topology
Topology đƣợc hiểu cách xếp, tổ chức mặt vật lý mạng, nhƣng có thể cách xếp logic nút mạng, cách định nghĩa tổ chức logic mối liên kết nút mạng
2.3.2.1 Cấu trúc bus
- Đặc điểm cấu trúc bus việc sử dụng chung đƣờng dẫn cho tất trạm tiết kiệm đƣợc cáp dẫn
- Phân loại: gồm loại + Daisy-chain
+ Trunk-line/drop-line + Mạch vịng khơng tích cực
Daisy-chain (dãy bệ)
Mỗi trạm đƣợc nối mạng trực tiếp giao lộ hai đoạn dây dẫn, không qua đoạn dây nối phụ
(17)16
Trunk-line/drop-line
Mỗi trạm đƣợc nối qua đƣờng nhánh (drop-line) để đến đƣờng trục (Trunk-line). Mạch vịng khơng tích cực
Đƣờng truyền đƣợc khép kín trạm có vai trò ngang Ƣu điểm:
- Mỗi nút đồng thời khuếch đại, số trạm mạng tăng lên lớn trạm có khả vừa nhận vừa phát tín hiệu lúc Bởi thành viên ngăn cách mạch vịng làm hai phần tín hiệu đƣợc truyền theo chiều - Biện pháp tránh xung đột đƣờng truyền đƣợc thực đơn giản
Với kiểu mạch vịng khơng có điều khiển trung tâm, trạm bình đẳng nhƣ nhận phát tín hiệu Việc kiểm sốt đƣờng dẫn trạm tự phân chia
Với kiểu có điều khiển trung tâm, trạm chủ đảm nhiệm vai trị kiểm sốt việc truy nhập đƣờng dẫn
Cấu trúc mạch vòng thực chất dựa liên kết điểm – điểm nên thích hợp việc sử dụng phƣơng tiện truyền dẫn đại nhƣ cáp quang…
Cấu trúc hình
Cấu trúc hình cấu trúc mạng có trạm trung tâm quan trọng tất nút khác Nút điều khiển hoạt động truyền thơng tồn mạng thành viên khác đƣợc kết nối gián tiếp qua trạm trung tâm Do đó trạm trung tâm bị hỏng
thì làm tê liệt tồn hệ thớng Hình 2.9 Cấu trúc hình Cấu trúc ít đƣợc sử dụng mạng truyền thông công nghiệp
2.3.3 Kiến trúc giao thức
Để giao tiếp đƣợc với đối tác phải sử dụng chung ngôn ngữ kỹ thuật truyền thông, bên cung cấp dịch vụ nhƣ bên sử dụng dịch vụ phải tuân thủ theo quy tắc, thủ tục cho việc giao tiếp, gọi giao thức
Một quy chuẩn giao thức gồm thành phần sau:
- Cú pháp (syntax): Quy định cấu trúc điện, gói liệu dùng trao đổi, đó có phần thơng tin hữu ích (dữ liệu) thông tin bổ trợ nhƣ: địa chỉ, thông tin điều khiển, thông tin kiểm lỗi…
- Ngữ nghĩa (semantic): Quy định ý nghĩa cụ thể tầng phần điện, nhƣ phƣơng pháp định địa chỉ, phƣơng pháp bảo toàn liệu, xử lý lỗi…
- Định thời (Timing): Quy định trình tự, thủ tục giao tiếp, chế độ truyền (đồng hay không đồng bộ), tốc độ truyền thông…
(18)17 - Giao thức cấp cao gần với ngƣời thực thƣờng đƣợc xử lý phần mềm
- Giao thức cấp thấp gần với phần cứng đƣợc thực trực tiếp mạch điện tử Các giao thức cấp thấp thƣờng đƣợc dùng HDLC (High level Data – Link Control) UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)
Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter):
Giao thức UART mạch điện tử đƣợc sử dụng rộng rãi cho việc truyền bit nối tiếp
cũng nhƣ chuyển đổi song song/nối tiếp đƣờng truyền bus máy tính Khung truyền có dạng nhƣ sau:
- Bít khởi đầu (start bit): bit bít kết thúc (stop bit) Các bit đƣợc truyền theo thứ tự từ bit thấp tới bit cao, giá trị bit chẵn lẻ P phụ thuộc vào cách chọn:
+ Nếu chọn parity chẵn, p = tổng số bit chẵn + Nếu chọn parity lẻ, p = tổng số bit lẻ
Đây phƣơng thức truyền không đồng bộ, đó bên nhận bên gửi phải tự chỉnh nhịp để đồng với đối tác
2.3.4 Mơ hình lớp
Để thực dịch vụ truyền thông, điện đƣợc xử lý qua nhiều lớp sở giao thức quy định, gọi xử lý giao thức theo mơ hình lớp Mỗi lớp có thể thuộc chức phần cứng phần mềm Càng lớp cao phần mềm đóng vai trò quan trọng, việc xử lý giao thức lớp dƣới thƣờng đƣợc vi mạch điện tử trực tiếp thực
(19)18 Hình 2.10 minh họa q trình thơng tin đƣợc gửi từ bên gửi, qua lớp từ xuống dƣới, số thông tin bổ trợ lại đƣợc gắn thêm vào phần liệu lớp đƣa xuống, gọi
đầu giao thức Bên cạnh đó thông tin cần đƣợc truyền có thể đƣợc chia thành nhiều
điện có đánh số thứ tự, điện tổng hợp nhiều nguồn thơng tin khác Hoặc ta dùng khái niệm “đóng gói liệu” hay tạo khung để thao tác
Quá trình ngƣợc lại diễn bên nhận thông tin Các phần header đƣợc lớp tƣơng ứng đọc, phân tích tách trƣớc gửi tiếp lên lớp Các điện mang nguồn thông tin đƣợc tổng hợp lại Hoặc điện mang nhiều nguồn thông tin khác đƣợc phân chia tƣơng ứng Đến lớp thông tin nguồn đƣợc tái tạo
2.4.TRUY NHẬP BUS
2.4.1 Phân loại
Phân loại truy nhập bus thành nhóm phƣơng pháp tiền định nhóm phƣơng pháp ngẫu nhiên Với phƣơng pháp tiền định, trình tự truy nhập bus đƣợc xác định rõ ràng Việc truy nhập bus đƣợc kiểm soát chặt chẽ theo cách tập trung trạm chủ (Master/Slave – chủ/ tớ) theo quy định trƣớc thời gian (phƣơng pháp TDMA) phân tán thành viên (phƣơng pháp token passing) Nếu hoạt động truyền thông đƣợc hạn chế khoảng thời gian độ dài liệu định, thời gian đáp ứng tối đa nhƣ chu kỳ bus tính tốn đƣợc hệ thống đƣợc gọi có tính thời gian thực
Hình 2.11 Phân loại phƣơng pháp truy nhập bus
(20)19
2.4.2 Chủ tới ( Master/Slave)
Trong phƣơng pháp chủ/tớ, trạm chủ (master) có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy nhập bus cho trạm tớ (slave) Các trạm tớ đóng vai trò bị động, có quyền truy nhập bus gửi tín hiệu yêu cầu Trạm chủ dùng phƣơng pháp hỏi (polling) theo chu kỳ để kiểm sốt tồn hoạt động giao tiếp hệ thống Nhờ vậy, trạm tớ gửi liệu thu thập từ trình kỹ thuật tới trạm chủ nhƣ nhận thông tin từ trạm chủ
Hình 2.12 Phƣơng pháp chủ tớ
Trong số hệ thống, chí hệ thống khơng có quyền giao tiếp trực tiếp với nhau, cần trao đổi bắt buộc phải qua trạm chủ Trình tự đƣợc tham gia giao tiếp, hay trình tự đƣợc hỏi trạm tớ ngƣời sử dụng quy định trƣớc (tiền định) cơng cụ tạo lập cấu hình Trong trƣờng hợp có trạm chủ thời gian cần cho trạm chủ hoàn thành việc hỏi vòng chính thời gian tối thiểu chu kỳ bus Do vậy, chu kỳ bus tính toán đƣợc cách tƣơng đối chắn Đây chính yếu tố thể tính thời gian thực hệ thống
Phƣơng pháp chủ tớ có ƣu điểm việc kết nối trạm tớ đơn giản, đỡ tốn gần nhƣ toàn “trí tuệ” tập trung trạm chủ Một trạm chủ thƣờng lại thiết bị điều khiển, việc tích hợp thêm chức xử lý truyền thơng điều khơng khó
Nhƣợc điểm phƣơng pháp hiệu suất truyền thông thấp liệu phải qua khâu trung gian trạm chủ
Một nhƣợc điểm phƣơng pháp độ tin cậy hệ thống truyền thơng dựa hồn tồn vào trạm chủ Do đó, trạm chủ có lỗi tồn hệ thống truyền thông bị tê liệt