Các hệ thống TDMA phân chia phổ tần vô tuyến thành các khe thời gian, và trong mỗi khe chỉ có một ng−ời sử dụng đ−ợc phép phát và thu. Hình 4.2 cho thấy mỗi ng−ời sử dụng chiếm một khe thời gian lặp đi lặp lại, nên một kênh có thể đ−ợc 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 đ−ợc trình bầy trên hình 4.2 theo ph−ơng 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 th−ờng khoảng thời gian của mỗi khe là ngắn và đ−ợc chọn sao cho xác xuất xảy ra lỗi là thấp nhất có thể. Khoảng thời gian của frame đ−ợc xác định bởi khoảng thời gian của mỗi khe và số khe hỗ trợ.
Thông th−ờng TDMA đ−ợc 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 đ−ợc phân phối một khe thời gian nhất định hay thông th−ờng hơn là cá một khe thời gian riêng (báo hiệu) đ−ợc 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 đ−ợc đặt ngay ở đầu của frame đ−ợc truyền hoặc hoạt động truyền diễn ra trên một khe thời gian xác định đ−ợc thiết lập bằng cách dùng kênh báo hiệu. Chế độ hoạt động này cũng đ−ợc 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 đ−ợc 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 đ−ợc với máy phát tr−ớc khi tiếp nhận nội dung của frame.
TDMA có −u điểm là khả năng bổ xung số l−ợng các khe thời gian khác nhau trên một khung cho những ng−ời sử dụng khác nhau. Nh− vậy, độ rộng băng tần có thể đ−ợc cung cấp theo nhu cầu cho những ng−ời sử dụng khác nhau bằng cách móc nối hoặc ấn định tại các khe thời gian dựa trên
Khe thời gian Thời gian của một frame
Thời gian của một frame
Kênh báo hiệu
Các bit đuôi
Các bit đồng bộ
Dữ liệu Các bit bảo vệ
Hình 4.2: Cấu trúc khung của TDMA
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 51
quyền −u tiên.
Số l−ợng kênh mà một hệ thống TDMA có thể cung cấp là: N=m(Btot –2Bbảo vệ)/Bc Trong đó, m là số ng−ời 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 đ−ợc chia nhỏ thành m khoảng ngắn gọi là chip. Lý t−ởng là có 64 hay 128 chip một bit. Mỗi trạm đ−ợc gán một md m-bit duy nhất gọi là ddy bit (chip sequence). Để truyền một bit1, một trạm chuyển ddy bit của mình. Muốn truyền một bit 0, nó gửi bù 1 của ddy chip. Không có khuôn nào khác. Vậy giả sử với m=8, nếu trạm A đ−ợc gán ddy chip 00011011, nó gửi một bit 1 bằng cách gửi tổ hợp bit 00011011 và gửi bit 0 bằng tổ hợp bit 11100100.
Tăng l−ợng thông tin đ−ợc gửi từ b bit/giây thành mb chip/giây chỉ thực hiện đ−ợc nếu băng thông tăng theo hệ số m, làm CDMA thành một dạng truyền thông phổ trải rộng.
CDMA đặc biệt đ−ợc dùng với các hệ thống radio trải phổ. Trong đa truy nhập phân chia theo md dùng kỹ thuật nhẩy tần thì các sóng mang khác nhau của các trạm khác nhau trong mạng có thể đ−ợc truyền dẫn theo các ph−ơng thức hành trình khác nhau. tại máy thu chỉ có ph−ơng thức hành trình trùng với hành trình của sóng mang đ−ợc tạo ra bởi bộ tổng hợp tần số mới đ−ợc giải điều chế.
Mọi ng−ời sử dụng trong hệ thống CDMA, sử dụng cùng tần số sóng mang và có thể phát đồng thời. Mỗi ng−ời sử dụng có từ md giả ngẫu nhiên riêng mà gần nh− trực giao với tất cả các từ md khác. Máy thu thực hiện một thao tác t−ơng quan theo thời gian để lựa chọn từ md mông muốn cụ thể. Tất cả các trạm khác d−ờng nh− là nhiễu do không có sự t−ơng quan. Đối với việc lựa chọn tín hiệu bản tin, máy thu cần biết từ md đ−ợc sử dụng bởi máy phát. Mỗi ng−ời sử dụng hoạt động độc lập mà không cần biết tần số hoặc khe thời gian của ng−ời sử dụng khác.
Trong CDMA, công suất của nhiều ng−ời sử dụng tại máy thu xác định mức nhiễu đằng sau sự không t−ơng quan. Nếu công suất của mỗi ng−ời 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 đ−ợc ra khỏi các thuê bao.
4.2 các ph−ơng pháp truy nhập ngẫu nhiên
Các ph−ơng 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 đ−ợc phát theo cụm, các ph−ơng pháp truy nhập gán cố định gây ldng phí nguồn tài nguyên truyền thông. Các ph−ơng pháp truy nhập ngẫu nhiên cung cấp các ph−ơng thức linh hoạt và hiệu quả để quản lý một sự truy nhập kênh để gửi các bản tin ngắn. các ph−ơng pháp truy nhập ngẫu nhiên cho phép mỗi ng−ời 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 ng−ời 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 th−ờng ta sử dụng ba ph−ơng pháp truy nhập ngẫu nhiên là ALOHA thuần tuý, ALOHA phân khe, và đa truy nhập cảm ứng sóng mang CSMA/CD, CSMA/CA.
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 52
4.2.1 ALOHA thuần tuý
Trong hệ thống ALOHA, mỗi ng−ời sử dụng gửi khung dữ liệu bất cứ khi nào có dữ liệu để gửi. Một ng−ời sử dụng gửi dữ liệu theo các gói. Sau khi gửi một gói, ng−ời sử dụng đợi một khoảng thời gian bằng độ trẽ khứ hồi của tín hiệu báo nhận (ACK_Acknowledgment) của gói từ phía thu. Nếu không nhận đ−ợc tín hiệu báo nhận, gói đ−ợc xem nh− bị mất trong xung đột, và nó đ−ợc phát lại với một độ trễ đ−ợc 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 đ−ợc 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 đ−ợc đánh giá theo thông l−ợng (T) đ−ợc tính bằng số bản tin trung bình đ−ợc phát thành công trên một đơn vị thời gian, và độ trễ trung bình (D) đ−ợc đánh giá theo một cụm bản tin chuẩn.
Để xác định thông l−ợng, tr−ớc hết ta xác định kgoảng thời gian không đ−ợc bảo vệ, Vp đ−ợc định nghĩa là khoảng thời gian mà các gói dẽ bị xung đột bởi các truyền dẫn từ những ng−ời sử dụng khác nhau. Hình 4.4 cho thấy kgoảng thời gian không đ−ợc 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 đ−ợc gửi bởi mỗi ng−ời sử dụng có chiều dài gói cố định và tốc độ dữ liệu của kênh cố định, và tất cả những ng−ời 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 l−u l−ợng R của kênh truyền là:
R=λτ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
R là l−u l−ợng kênh đ−ợc chuẩn hoá và là một đại l−ợng quan hệ về tình hình sử dụng kênh: Nếu R<1, thì các gói đ−ợc phát bởi những ng−ời sử dụng vựot quá tốc độ truyền dẫn tối đa của một kênh. Nh− vậy, đẻ đạt đ−ợc thông l−ợng mong muốn trong khoảng 0<R<1. Theo các điều kiện tải binhg th−ờng. Thông th−ờng T giống nh− toàn bộ tải đ−ợc đ−a ra, L. Tải L là tổng của tất cả của
Ng−ời sử dụng A B C D E Thời gian
Hình 4.3: Trong ALOHA thuần tuý, các khung đ−ợc truyền tại những khoảng thời gian tuỳ ý
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 53
các gói mới đ−ợc phát và đ−ợc phát lại mà phải chịu các xng đột trong các truyền dẫn tr−ớc. Thông th−ờng đ−ợc chuẩn hoá luôn ≤ 1 và có thể đ−ợc nh− hệ số thời gian của một kênh hữu ích.
Thông l−ợng đ−ợc chuẩn hoá là toàn bộ số lần tải đ−ợc đ−a ra mà xác xuất truyền dẫn thành công.
T=RPr[không xung đột]=λ Pr[không xung đột]
Trong đó, Pr[không xung đột] là xác xuất một ng−ời sử dụng tạo ra một truyền dẫn gói thành công. Xác xuất mà n gói đ−ợc phát trong khoảng thời gian một gói đ−ợc đ−a ra đ−ợc phân bố Posson và đ−ợc tính:
r
P (n)=Rne−R/n!
Giả thiết một gói đ−ợc phát thành công nếu không có gói nào đ−ợc phát trong khoảng thời gian gói đ−ợc đ−a ra. Xác xuất mà 0 gói đ−ợc phát (tức là không xung đột) trong khoảng thời gian này là:
r
P (0)= R
e−
Dựa trên loại truyền dẫn, các giao thức tranh cgấp đ−ợc 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 ng−ời sử dụng và các bản tin đ−ợc phát từ ng−ời sử dụng theo nhu cầu. Truy nhập theo thứ tự đ−ợc dựa trên một truy nhập mạng phối hợp, và những ng−ời sử dụngửi phát bản tin trong các khe thời gian đ−ợc 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 đ−ợc bảo vệ là khoảng thời gian của hai gói. Nh− vậy, xác xuất không có xung đột trong khoảng thời gian 2τ đ−ợc 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 đ−ợc truy nhập trong khoảng 2τ. Xác xuất không có xung đột dẽ thấy là R
e−2 . Thông l−ợng của giao thức ALOHA đ−ợc tìm thấy sử dụng biểu thức: T=R R
e−2 Gói B Gói C Gói A Thời gian một gói (τ) Máy phát Máy phát
Khoảng thời gian không đ−ợc bảo vệ
t1 t1+2τ
Thời
Gói A xung đột với các gói B và
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 54
4.2.2 ALOHA phân khe
Trong ALOHA phân khe, thời gian đ−ợc chia thành các khe thời gian bằng nhau. mỗi khe thời gian này bằng thời gian truyền dẫn của mỗi gói. Những ng−ời sử dụng đ−ợc đồng bộ theo các khe thời gian, sao cho bất cứ khi nào một ng−ời sử dụng có một gói để gửi, gói đ−ợc giữ lại và đ−ợc gửi ở khe thời gian tiếp theo. Số khe mà mỗi máy phát đợi tr−ớc khi phát lại cũng xác định các đặc tính trễ của l−u l−ợng. Chu kỳ không đ−ợc bảo vệ đối với ALOHA phân khe chỉ là khoảng thời gian của gói. Xác xuất không có các gói F, sẽ đ−ợc phát trong chu kỳ khiếm khuyết là R
e− . Thông l−ợng đối với tr−ờng hợp ALOHA phân khe là: T=R R
e−
4.2.3 Đa truy nhập cảm ứng sóng mang (CSMA) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ph−ơng pháp đa truy nhập cảm ứng sóng mang (CSMA-Carrier Sense Multiple Access) đ−ợc sử dụng rộng rdi 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 tr−ớc khi phát thông tin trên kênh. nếu kênh rỗi (không sóng mang nào đ−ợc 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 l−ợng quan hệ thể hiện một gói đ−ợc 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 đ−ợc 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 ng−ời sử dụng bắt đầu gửi một gói, một ng−ời sử dụng khác có thể sẵn sàng gửi và có thể nhận biết kênh tại cùng thời điểm. Nếu gói đang phát không tới đ−ợc ng−ời sử dụng mà ng−ời này đd sẵn sàng để gửi, ng−ời 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 h−ởng 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 đ−ợc thể hiện nh− sau:
Dp=tpRp/m Có hai giao thức CSMA đ−ợc mô tả d−ới dây.
1) Ph−ơng 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 đ−ợc dùng rộng rdi 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 đ−ợc ở đây. tuy vậy, một chức năng phát hiện đụng độ khác đd đ−ợc đ−a ra để dùng với LAN không dây đ−ợc gọi là sự phát hiện đụng độ.
Trong ph−ơng pháp này, khi một trạm đd có một frame để truyền, tr−ớc hết nó phát ra một tuần tự nhị phân giả ngẫu nhiên ngắn đ−ợc gọi là comb và đ−ợc gắn vào phía tr−ớc của mẫu ở đầu frame. Sau đó trạm này tiến hành hoạt động cảm ứng sóng mang theo lối thông th−ờng và giả sử môi tr−ờng 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 nh−ng đối với một bit nhị phân 0 thì trạm lại chuyển sang chế độ thu.
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 55
Nếu một trạm phát hiện hoạt động truyền tín hiệu trong khoảng thời gian nó đang ở chế độ thu, thì nó ngừng tranh chấp kênh và đợi cho đến khi trạm đang truyền khác đd truyền xong. Nguyên lý hoạt động đ−ợc trình bày trên hình 4.5
Trong ví dụ này, ba trạm A,B và C đang tranh chấp kênh và md giả ngẫu nhiên đ−ợc phát đi bởi mỗi trạm nh− hình 4.5 Vì tất cả bit đầu tiên trong tuần tự này là 1 nên tất cả các trạm không có