Các hệ thống TDMA phân chia phổ tần vô tuyến thành các khe thời gian, và trong mỗi khe chỉ có một ngời sử dụng đợc phép phát và thu. Hình 4.2 cho thấy mỗi ngời sử dụng chiếm một khe thời gian lặp đi lặp lại, nên một kênh có thể đợc xem nh một khe thời gian riêng biệt mà sẽ xuất hiện lại trong mỗi khung, trong đó một khung bao gồm N lớn khe thời gian.
Nguyên lý hoạt động của đa truy nhập phân chia theo thời gian đợc trình bầy trên hình 4.2 theo phơng pháp này mỗi máy phát (node) có một khe thời gian nhất định, một khi khe thời gian đến, máy phát truyền với tất cả băng thông trong khoảng thời gian của khe này. thông thờng khoảng thời gian của mỗi khe là ngắn và đợc chọn sao cho xác xuất xảy ra lỗi là thấp nhất có thể. Khoảng thời gian của frame đợc xác định bởi khoảng thời gian của mỗi khe và số khe hỗ trợ.
SV Nguyễn hữu hiếu 47
Tần số Kênh n
Kênh 0 Kênh 1
Thời gian Hình 4.1: Đa truy nhập phân chia theo tần số
Khe thời gian Thời gian của một
frame Thời gian của một frame
Kênh báo hiệu
Các bit
đuôi đồng bộCác bit Dữ liệu Các bit bảo vệ Hình 4.2: Cấu trúc khung của TDMA
Thông thờng TDMA đợc dùng khi có một trạm đảm nhiệm tất cả các hoạt động truyền xảy ra. Mỗi đầu cuối di động, trong vùng phủ sóng của của một trạm cơ bản đợc phân phối một khe thời gian nhất định hay thông thờng hơn là cá một khe thời gian riêng (báo hiệu) đợc cung cấp nhằm cho phép mỗi thiết bị gửi yêu cầu cấp khe thời gian vào trạm cơ bản bất cứ khi nào nó có số liệu muốn truyền. Hoạt động truyền từ trạm cơ bản đến các thiết bị di động diễn ra theo chế độ quảng bá (broadcast mode) bằng cách dùng một khe thời gian đặc biệt với địa chỉ của đích đợc đặt ngay ở đầu của frame đợc truyền hoặc hoạt động truyền diễn ra trên một khe thời gian xác định đợc thiết lập bằng cách dùng kênh báo hiệu. Chế độ hoạt động này cũng đợc gọi là Aloha phân khe và theo yêu cầu. Còn có một chế độ hoạt động khác, trong việc sử dụng mỗi khe thời gian có thể đợc điều khiển bởi một khe con làm nhiệm vụ báo hiệu riêng bên trong.
Nh trình bày trên hình 4.2, có một băng bảo đảm và một kênh tự đồng bộ tại đầu củ mỗi khe thời gian. Băng bảo đảm cho các khoảng thời gian trẽ lan truyền khác nhau giữa các đầu cuối di động phân tán và trạm cơ bản, trong khi tuần tự đồng bộ cho phép máy thu di động và trạm cố định bắt nhịp đợc với máy phát trớc khi tiếp nhận nội dung của frame.
TDMA có u điểm là khả năng bổ xung số lợng các khe thời gian khác nhau trên một khung cho những ngời sử dụng khác nhau. Nh vậy, độ rộng băng tần có thể đợc cung cấp theo nhu cầu cho những ngời sử dụng khác nhau bằng cách móc nối hoặc ấn định tại các khe thời gian dựa trên quyền u tiên.
Số lợng kênh mà một hệ thống TDMA có thể cung cấp là: N=m(Btot –2Bbảo vệ)/Bc
Trong đó, m là số ngời sử dụng TDMA tối đa trên mỗi kênh
4.1.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)
Trong các hệ thống CDMA (Code Division Multiple Access), mỗi thời gian bit đợc chia nhỏ thành m khoảng ngắn gọi là chip. Lý tởng là có 64 hay 128 chip một bit. Mỗi trạm đợc gán một mã m-bit duy nhất gọi là dãy bit (chip sequence). Để truyền một bit1, một trạm chuyển dãy bit của mình. Muốn truyền một bit 0, nó gửi bù 1 của dãy chip. Không có khuôn nào khác. Vậy giả sử với m=8, nếu trạm A đợc gán dãy chip 00011011,
nó gửi một bit 1 bằng cách gửi tổ hợp bit 00011011 và gửi bit 0 bằng tổ hợp bit 11100100.
Tăng lợng thông tin đợc gửi từ b bit/giây thành mb chip/giây chỉ thực hiện đợc nếu băng thông tăng theo hệ số m, làm CDMA thành một dạng truyền thông phổ trải rộng.
CDMA đặc biệt đợc dùng với các hệ thống radio trải phổ. Trong đa truy nhập phân chia theo mã dùng kỹ thuật nhẩy tần thì các sóng mang khác nhau của các trạm khác nhau trong mạng có thể đợc truyền dẫn theo các phơng thức hành trình khác nhau. tại máy thu chỉ có phơng thức hành trình trùng với hành trình của sóng mang đợc tạo ra bởi bộ tổng hợp tần số mới đợc giải điều chế.
Mọi ngời sử dụng trong hệ thống CDMA, sử dụng cùng tần số sóng mang và có thể phát đồng thời. Mỗi ngời sử dụng có từ mã giả ngẫu nhiên riêng mà gần nh trực giao với tất cả các từ mã khác. Máy thu thực hiện một thao tác tơng quan theo thời gian để lựa chọn từ mã mông muốn cụ thể. Tất cả các trạm khác dờng nh là nhiễu do không có sự t- ơng quan. Đối với việc lựa chọn tín hiệu bản tin, máy thu cần biết từ mã đợc sử dụng bởi máy phát. Mỗi ngời sử dụng hoạt động độc lập mà không cần biết tần số hoặc khe thời gian của ngời sử dụng khác.
Trong CDMA, công suất của nhiều ngời sử dụng tại máy thu xác định mức nhiễu đằng sau sự không tơng quan. Nếu công suất của mỗi ngời sử dụng trong một ô không đ- ợc điều khiển để cho chúng xuất hiện không bằng nhau tại máy thu trạm gốc, thì xảy ra vấn đề gần- xa. Vấn đề gần-xa xảy ra khi các máy phát thue bao ở gần cung cấp quá công suất cho máy thu trạm gốc và lấy các tín hiệu thu đợc ra khỏi các thuê bao.
4.2 các phơng pháp truy nhập ngẫu nhiên
Các phơng pháp truy nhập gán cố định có hiệu quả đối với các nguồn tài nguyên với các luồng thông tin đều đặn (ví dụ, truyền một file dữ liệu hoặc truyền dẫn fax). Tuy nhiên, khi thông tin đợc phát theo cụm, các phơng pháp truy nhập gán cố định gây lãng phí nguồn tài nguyên truyền thông. Các phơng pháp truy nhập ngẫu nhiên cung cấp các phơng thức linh hoạt và hiệu quả để quản lý một sự truy nhập kênh để gửi các bản tin ngắn. các phơng pháp truy nhập ngẫu nhiên cho phép mỗi ngời sử dụng truy nhập vào mạng bất cứ khi nào có thông tin để gửi. Do sự tự do này mà dẫn đến việc tranh chấp giữa những ngời truy nhập vào mạng. Sự tranh cháp này có thể gây ra các xung đột và có thể cần phải gửi lại thông tin. Thông thờng ta sử dụng ba phơng pháp truy nhập ngẫu nhiên là ALOHA thuần tuý, ALOHA phân khe, và đa truy nhập cảm ứng sóng mang CSMA/CD, CSMA/CA.
4.2.1 ALOHA thuần tuý
Trong hệ thống ALOHA, mỗi ngời sử dụng gửi khung dữ liệu bất cứ khi nào có dữ liệu để gửi. Một ngời sử dụng gửi dữ liệu theo các gói. Sau khi gửi một gói, ngời sử dụng đợi một khoảng thời gian bằng độ trẽ khứ hồi của tín hiệu báo nhận (ACK_Acknowledgm ent) của gói từ phía thu. Nếu không nhận đợc tín hiệu báo nhận, gói đợc xem nh bị mất trong xung đột, và nó đợc phát lại với một độ trễ đợc lựa chọn ngẫu nhiên để tránh các xung đột lặp lại.
Khi hai khung cố gắng chiếm kênh trong cùng lúc, sẽ có một va trạm và cả hai đều bị rối. Nếu bit đầu của một khung phủ trên đúng bit cuối của một khung gần hết, cả hai
khung sẽ bị huỷ toàn bộ, và phải đợc truyền lại. Checksum sẽ không phân biệt giữa một khung mất mát toàn bộ với khung gần mất. Hình 4.3 minh hoạ việc phát các gói trong một hệ thống ALOHA thuần tuý.
Hiệu suất cảu các kỹ thuật tranh chấp có thể đợc đánh giá theo thông lợng (T) đợc tính bằng số bản tin trung bình đợc phát thành công trên một đơn vị thời gian, và độ trễ trung bình (D) đợc đánh giá theo một cụm bản tin chuẩn.
Để xác định thông lợng, trớc hết ta xác định kgoảng thời gian không đợc bảo vệ, Vp đợc định nghĩa là khoảng thời gian mà các gói dẽ bị xung đột bởi các truyền dẫn từ những ngời sử dụng khác nhau. Hình 4.4 cho thấy kgoảng thời gian không đợc bảo vệ đối với các gói sử dụng ALOHA thuần tuý.
Gói A sẽ gây xung đột nếu các đầu cuối khác phát các gói trong khoảng chu kỳ từ t1 đến t1+2τ.
Giả hiết tất cả các gói đợc gửi bởi mỗi ngời sử dụng có chiều dài gói cố định và tốc độ dữ liệu của kênh cố định, và tất cả những ngời sử dụng khác có thể phát các gói mới tại các khoảng thời gian ngẫu nhiên. hơn nữa, giả thiết rằng các truyền dẫn gói xảy ra với một sự phân bố Posson có tốc độ trung bình sóng λ gói/giây. Nếu truyền τ là khoảng thời gian của gói, thì độ chiếm dụng dy lu lợng R của kênh truyền là:
R=λτ
R là lu lợng kênh đợc chuẩn hoá và là một đại lợng quan hệ về tình hình sử dụng kênh: Nếu R<1, thì các gói đợc phát bởi những ngời sử dụng vựot quá tốc độ truyền dẫn tối đa của một kênh. Nh vậy, đẻ đạt đợc thông lợng mong muốn trong khoảng 0<R<1. Theo các điều kiện tải binhg thờng. Thông thờng T giống nh toàn bộ tải đợc đa ra, L. Tải L là tổng của tất cả của các gói mới đợc phát và đợc phát lại mà phải chịu các xng đột trong các truyền dẫn trớc. Thông thờng đợc chuẩn hoá luôn ≤ 1 và có thể đợc nh hệ số thời gian của một kênh hữu ích.
Thông lợng đợc chuẩn hoá là toàn bộ số lần tải đợc đa ra mà xác xuất truyền dẫn thành công.
T=RPr[không xung đột]=λ Pr[không xung đột] Người sử dụng A B C D E Thời gian
Hình 4.3: Trong ALOHA thuần tuý, các khung được truyền tại những khoảng thời gian tuỳ ý
Trong đó, Pr[không xung đột] là xác xuất một ngời sử dụng tạo ra một truyền dẫn gói thành công. Xác xuất mà n gói đợc phát trong khoảng thời gian một gói đợc đa ra đợc phân bố Posson và đợc tính:
r
P (n)=Rne−R/n!
Giả thiết một gói đợc phát thành công nếu không có gói nào đợc phát trong khoảng thời gian gói đợc đa ra. Xác xuất mà 0 gói đợc phát (tức là không xung đột) trong khoảng thời gian này là:
r
P (0)=e−R
Dựa trên loại truyền dẫn, các giao thức tranh cgấp đợc phân chia thành truy nhập ngẫu nhiên, truy nhập theo thứ tự và truy nhập lại. Trong truy nhập ngẫu nhiên, không có sự phối hợp giữa ngời sử dụng và các bản tin đợc phát từ ngời sử dụng theo nhu cầu. Truy nhập theo thứ tự đợc dựa trên một truy nhập mạng phối hợp, và những ngời sử dụngửi phát bản tin trong các khe thời gian đợc phân bổ hoặc trong các khoảng thời gian. Truy nhập lại là sự phối hợp giữa truy nhập ngẫu nhiên và truy nhập theo thứ tự.
Đối với các giao thức ALOHA, chu kỳ không đợc bảo vệ là khoảng thời gian của hai gói. Nh vậy, xác xuất không có xung đột trong khoảng thời gian 2τ đợc tính bằng cách đánh giá: ! ) 2 ( ) ( 2 n e R n P R n r −
= tại nhiễu=0. Có thể đánh giá giá trị của biểu thức trên để xác định số gói trung bình đợc truy nhập trong khoảng 2τ. Xác xuất không có xung đột dẽ thấy là e−2R. Thông lợng của giao thức ALOHA đợc tìm thấy sử dụng biểu thức: T=Re−2R
4.2.2 ALOHA phân khe
Trong ALOHA phân khe, thời gian đợc chia thành các khe thời gian bằng nhau. mỗi khe thời gian này bằng thời gian truyền dẫn của mỗi gói. Những ngời sử dụng đợc đồng bộ theo các khe thời gian, sao cho bất cứ khi nào một ngời sử dụng có một gói để gửi, gói đợc giữ lại và đợc gửi ở khe thời gian tiếp theo. Số khe mà mỗi máy phát đợi trớc khi phát
SV Nguyễn hữu hiếu 51
Gói B Gói C Gói A Thời gian một gói (τ) Máy phát 1 Máy phát 2
Khoảng thời gian không được bảo vệ (2τ)
t1 t1+2τ
Thời gian
Gói A xung đột với các gói B và C
lại cũng xác định các đặc tính trễ của lu lợng. Chu kỳ không đợc bảo vệ đối với ALOHA phân khe chỉ là khoảng thời gian của gói. Xác xuất không có các gói F, sẽ đợc phát trong chu kỳ khiếm khuyết là e−R. Thông lợng đối với trờng hợp ALOHA phân khe là: T=Re−R
4.2.3 Đa truy nhập cảm ứng sóng mang (CSMA)
Phơng pháp đa truy nhập cảm ứng sóng mang (CSMA-Carrier Sense Multiple Access) đợc sử dụng rộng rãi cho cả LAN nối dây và không dây. Các đặc tính cơ bản của giao thức CSMA là mỗi đầu cuối trên mạng giám sát trạng thái của kênh trớc khi phát thông tin trên kênh. nếu kênh rỗi (không sóng mang nào đợc phát hiện), trạm phát một gói. Trong các giao thức CSMA, độ trễ phát hiện và độ trễ truyền lan (α) là hai thông số quan trọng. Độ trễ phát hiện là một hàm của phần cứng máy thu, và là thời gian cần thiết để một đầu cuối nhận biết kênh rỗi hay không. Độ trễ truyền lan là một đại lợng quan hệ thể hiện một gói đợc truyền nhanh nh thế nào từ một trạm gốc tới một đầu cuối di động. Với một thời gian phát hiện nhỏ, một đầu cuối phát hiện một kênh rỗi rất nhanh, và độ trễ truyền lan nhỏ nghĩa là một gói đợc phát qua kênh trong một khoảng thời gian nhỏ sop với khoảng thời gian của gói.
Độ trễ truyền lan quan trọng do chỉ sau khi ngời sử dụng bắt đầu gửi một gói, một ngời sử dụng khác có thể sẵn sàng gửi và có thể nhận biết kênh tại cùng thời điểm. Nếu gói đang phát không tới đợc ngời sử dụng mà ngời này đã sẵn sàng để gửi, ngời sử dụng sau sẽ nhận biết một kênh rỗi và cũng sẽ gửi gói của họ, kết quả lẩy ra xung đột giữa hai gói. Độ trễ truyền lan ảnh hởng đến hiệu xuất của giao thức CSMA. Nếu tp là thời gian truyền lan tính theo giây, Rb là tốc độ bit của kênh , và là số bit kỳ vọng trong một gói dữ liệu, thì độ trễ truyền lan (trong các đơn vị truyền dẫn gói) có thể đợc thể hiện nh sau:
Dp=tpRp/m Có hai giao thức CSMA đợc mô tả dới dây.
1) Phơng pháp đa truy nhập cảm ứng sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Cách thức truy nhập CSMA/CD đợc dùng rộng rãi đối với các LAN nối dây. Trong các mạng mạng LAN không dây, CSMA cũng cho phép một trạm node tạm dừng khi có một node khác đang sử dụng môi truyền sóng radio hay hồng ngoại. Tuy nhiên, với sóng radio và hồng ngoại thì không thể truyền và nhận một cách đồng thời và do đó sự phát hiện đụng độ ở dạng cơ bản là không thể dùng đợc ở đây. tuy vậy, một chức năng phát hiện đụng độ khác đã đợc đa ra để dùng với LAN không dây đợc gọi là sự phát hiện đụng độ.
Trong phơng pháp này, khi một trạm đã có một frame để truyền, trớc hết nó phát ra một tuần tự nhị phân giả ngẫu nhiên ngắn đợc gọi là comb và đợc gắn vào phía trớc của mẫu ở đầu frame. Sau đó trạm này tiến hành hoạt động cảm ứng sóng mang theo lối thông thờng và giả sử môi trờng hoàn toàn “tĩnh lặng”, nó truyền tuần tự comb này. Đối với bit nhị phân 1 trong tuần tự, trạm truyền một tín hiệu trong một khoảng thời gian ngắn nhng đối với một bit nhị phân 0 thì trạm lại chuyển sang chế độ thu.
SV Nguyễn hữu hiếu 52
A B C 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 A hoàn tất tranh chấp và tiếp tục truyền frame B cảm nhận một tín hiệu (từ A và C) và ngưng truyền 1 1 0 0 0 C cảm nhận tín hiệu (từ A và B) và ngưng truyền 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 frame B và C phát tuần tự ngẫu nhiên mới và khởi động lại quá trình tranh chấp Tuần tự ngẫu
Nếu một trạm phát hiện hoạt động truyền tín hiệu trong khoảng thời gian nó đang ở