TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN
BÀI GIẢNG
ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
Nguyễn Thị Huế
Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp
1
7/3/2019
NỘI DUNG MÔN HỌC
1
Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo và điều khiển công nghiệp
Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp
2
Các bộ điều khiển khả trình
3
Các thiết bị giám sát trong công nghiệp
4
Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp
5
6 Các giao thức công nghiệp tiêu biểu Một số hệ thống công nghiệp thực tế
7
7/3/2019
2
Tài liệu tham khảo
Giáo trình “Màng thông tin công nghiệp” Hoàng Minh Sơn, nhà
xuất bản Khoa học và Kĩ thuật
Giáo trình “Hệ thống thông tin công nghiệp’ Phạm Thượng Hàn
(chủ biên) Nhà xuất bản giáo dục
Giáo trình “Cảm biến công nghiệp”
Bài giảng “ Đo và điều khiển công nghiệp” Đào Đức Thịnh, bộ
môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp.
3
7/3/2019
….
NỘI DUNG CHƯƠNG 5
5 Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp
1. Các chế độ truyền thông tin
3. Cấu trúc mạng
2. Mã hóa đường truyền
4. Kiến trúc giao thức
6. Môi trường truyền dẫn và các chuẩn vật lý
5. Điều khiển truy cập đường truyền
4
7/3/2019
7. Bảo toàn dữ liệu
5.1 Các chế độ truyền thông tin
Thông tin, dữ liệu và tín hiệu
Các loại tín hiệu
Tốc độ truyền và tốc độ bít
Tính năng thời gian thực
Các khái niệm cơ bản
Truyền thông nối tiếp và truyền song song
Truyền động bộ và không đồng bộ
Truyền đơn công, bán song công và song công
5
7/3/2019
Các chế độ truyền dẫn
Các khái niệm cơ bản
Tín hiệu là diễn biến của 1 đại lượng vật lí chứa đựng tham số
thông tin, dữ liệu và có thể truyền dẫn được.
Thông tin có thể hiểu là sự loại trừ tính bất định.
Dữ liệu chính là phần thông tin hữu ích được biểu diễn bằng dãy
các bit [1,0].
Lượng thông tin là giá trị về sự hiểu biết một nguồn thông tin mang
lại
Tín hiệu đo trong công nghiệp là loại tín hiệu mang các đặc tính thông tin, nó chứa đựng thông tin về giá trị của chúng. Như vậy tín hiệu mang bản chất và trạng thái của một hiện tượng vật lí.
6
7/3/2019
Thông tin dữ liệu và tín hiệu
Các khái niệm cơ bản
X
Các loại tín hiệu
Tín hiệu tiền định
Tín hiệu gần tiền định
t
Tín hiệu ngẫu nhiên
Nếu phân chia theo đặc tính tín hiệu
Tín hiệu số
0110101101001
7
7/3/2019
Tín hiệu tương tự,
Các khái niệm cơ bản
Tốc độ truyền và tốc độ bít
Thời gian cần để truyền một bản tin phụ thuộc vào hai yếu tố
là: tốc độ truyền và phương pháp mã hoá tín hiệu.
Tốc độ bít được tính bằng số bít dữ liệu được truyền đi trong
một đơn vị thời gian.
Nếu tần số nhịp được ký hiệu là f và số bít truyền đi là n trong
8
7/3/2019
một nhịp, thì số bít truyền đi trong một giây sẽ là v = f*n.
Các khái niệm cơ bản
Tính năng thời gian thực
Để đảm bảo tính năng thời gian thực, mạng máy tính công nghiệp phải có các đặc điểm sau đây:
Độ nhanh nhạy: Tốc độ truyền thônh tin hữu ích phải đủ nhanh để đáp
ứng các yêu cầu về trao đổi dữ liệu một cách cụ thể.
Tính tiền định: Tức phải dự đoán trước được về thời gian đáp ứng tiêu
biểu và thời gian phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm
Độ tin cậy kịp thời: Đảm bảo tổng thời gian cần cho việc truyền tải thông tin một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong một phạm vi nhất định.
Tính bền vững: Có khả năng xử lí sự cố một cách thích hợp để không
gây nguy hại cho hệ thống.
Như vậy khả năng thoả mãn về thời gian thực phụ thuộc vào bài toán ứng dụng cụ thể.
9
7/3/2019
Các chế độ truyền dẫn
Truyền trên 8 dây
Computer
Printer
Dữ liệu hữu hiện trên Bus -DAV
song
Đã nhận được dữ liệu DAC
DAV
t t
Truyền song
DAC
Mỗi bit dùng đường riêng, đồng
Dữ liệu hữu hiện trên Bus
Máy in đã nhận được dữ liệu này
Máy tính lưu và xử lý số liệu theo từng từ (có độ dài 8, 16, 32, 64 bit). Dữ liệu sẽ được cấp theo dạng song song mỗi lần một từ. Có 8 (16,32,64) dây dẫn song song nối giữa 2 điểm truyền. Như vậy truyền song song là truyền từng từ (từ có độ dài 8, 16, 32, 64 bit)
10
7/3/2019
một truyền truyền thời.
Các chế độ truyền dẫn
Truyền song song
Phương pháp truyền song song có tốc độ cao nên nó thường được sử dụng khi truyền bên trong các thiết bị hay giữa các linh kiện trên cùng mạch in.
Tuy nhiên khi truyền ở khoảng cách xa thì nó có nhược điểm là tốn dây dẫn và có sự sai khác về mặt thời gian giữa các tín hiệu
Ưu điểm nổi bật của phương pháp truyền này là tốc độ truyền
nhanh nhưng
cho đường dây là quá đắt.
11
7/3/2019
Nhược điểm dễ thấy là đối với các đường truyền dài thì chi phi
Các chế độ truyền dẫn
010011110
Nguồn
Đích
V
1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0
t
Truyền nối tiếp
Trong phương pháp truyền này các bit được truyền đi tuần tự
Ưu điểm dễ thấy của phương pháp này là tiết kiệm dây dẫn đặc biệt khi thực hiện việc truyền thông trên khoảng cách xa,
nối tiếp nhau,
hạn chế.
12
7/3/2019
Nhược điểm dễ thấy của phương pháp này là tốc độ truyền bị
Các chế độ truyền dẫn
Truyền song song và truyền nối tiếp
13
7/3/2019
Máy tính dù tôn tại ở dạng nào chúng đều có các bộ VLX và bus song song xử lý tín hiệu song song, vì vậy để có thể dùng các phương pháp truyện nối tiếp ta cần có các bộ chuyển đổi song song và nối tiếp
Các chế độ truyền dẫn
Truyền đông bộ và không đồng bộ
Truyền không đồng bộ
Ví dụ về định dạng khung dữ liệu với các bít Start và Stop
Parity bit Stop bit
Data bits
Trong chế độ truyền này các trạm thu phát không cùng nhịp Clock việc phát hiện ra nội dung dữ liệu được thực hiện thông qua các bit đánh dấu có trong các byte truyền.
Start bit
14
7/3/2019
Định dạng khung truyền ở chế độ truyền không đồng bộ
Các chế độ truyền dẫn
Truyền không đồng bộ:
Có thời gian nghĩ giữa các khung bản không cố định
Việc truyền bắt đầu bởi 1 Start bit, các bit được truyền với một thông
số định trước
Một đặc điểm quan trọng là thông số của cổng truyền phải giống nhau ở bên phát và bên thu để đảm bảo độ dài của chuỗi bit dữ liệu như nhau
Trong truyền bất đồng bộ, đồng hồ thu chạy một cách bất đồng bộ
với tín hiệu thu
Để thu được tín hiệu thì tín hiệu đồng hồ thu nhanh gấp N lần đồng hồ phát và mỗi bit được dịch vào SIPO sau N chu kì xung đồng hồ.
15
7/3/2019
Các chế độ truyền dẫn
16
7/3/2019
Truyền không đồng bộ:
Các chế độ truyền dẫn
Truyền không đồng bộ:
Nguyên tắc đồng bộ kí tự:
Mạch điều khiển truyền và nhận được lập trình để hoạt động với số bit bằng nhau trong một ký tự kể cả số stop bit, start bit và bit kiểm tra giữa thu và phát.
Sau khi phát hiện và nhận start bit việc đồng bộ kí tực đạt được tại đầu thu rất đơn giản, chỉ việc đếm đúng số bit đã lập trình.
Sau đó sẽ chuyển kí tự nhận được và thanh ghi đệm thu và phát tín hiệu tới thiết bị điều khiển (CPU) rằng đã nhận được một kí tự mới và sẽ đợi cho đến khi nhận được một start bit kế tiếp
17
7/3/2019
Các chế độ truyền dẫn
Truyền không đồng bộ:
Khi một thông điệp gồm một khối các kí tự thường xem như
Nguyên tắc đồng bộ Frame:
một frame thông tin được truyền,
điểm bắt đầu và kết thức của một frame.
Bên cạnh việc đồng bộ kí tự, máy thi phải xác định được
18
7/3/2019
Điều này được gọi là đồng bộ Frame
Các chế độ truyền dẫn
19
7/3/2019
Truyền không đồng bộ
Các chế độ truyền dẫn
Truyền đồng bộ.
Trong chế độ truyền đồng bộ các trạm thu phát tín hiệu hoạt động cùng tần số (chung nhịp clock) và pha, ưu điểm của phương pháp này là tốc độ nhanh
Số liệu được truyền liên tục không có Starr bit, Stop bit
Khung bản tin lớn
Cần có giao thức để điều khiển và ổn định luồng dữ liệu
20
7/3/2019
Tuy nhiên cũng giống như truyền bất đồng bộ chúng ta chỉ chấp nhận phương pháp nào cho phép máy thi đạt được sự đồng bộ bit, đồng bộ kí tực và frame
Các chế độ truyền dẫn
21
7/3/2019
Truyền đồng bộ.
Các chế độ truyền dẫn
22
7/3/2019
Truyền đồng bộ.
Các chế độ truyền dẫn
Truyền đơn công, bán song công và truyền song công
Truyền đơn công:Trong chế độ truyền dẫn này tín hiệu truyền chỉ theo một
hướng
Transmitter
Transmitter
Truyền bán song công: Trong chế độ truyền này tín hiệu có thể được truyền theo hai chiều nhưng tại mỗi thời điểm chỉ được truyền theo một chiều nhất định
Receiver
Receiver
Truyền bán song công Truyền song công: Chế độ truyền này cho phép tín hiệu được truyền đồng
thời theo hai chiều.
Transmitter
Receiver
Transmitter
Receiver
Truyền dẫn song công
23
7/3/2019
5.2 Mã hóa đường truyền
24
7/3/2019
5.2 Mã hóa đường truyền
Các đặc tính của mã hoá đường truyền
Mã hoá NRZ và RZ
Mã hoá AMI
Mã hoá Manchester
Mã hóa AFP (Alternate Flanked Pulse)
Cơ số mã, sự dư thừa và hiệu suất
25
7/3/2019
FSK (Frequency Shift Keying)
Các đặc tính của mã hoá đường truyền
Khái niệm: Mã hoá đường truyền là quá trình mã hoá số liệu (dạng nhị phân 0, 1) sang dạng tín hiệu thích hợp để truyền trong môi trường vật lý.
Các đặc tính chính của mã hoá đường truyền:
Thông tin đồng bộ hoá có trong tín hiệu.
Tần số tín hiệu.
Khả năng nhận biết lỗi
26
7/3/2019
Loại bỏ giá trị lệch một chiều
Các đặc tính của mã hoá đường truyền
Tần số, dải tần tín hiệu:
Tần số và dải tần tín hiệu liên quan tới những tính năng nào
trong hệ thống?
Tần số cao hay tần số thấp thì tốt?
Dải tần hẹp hay dải tần rộng thì tốt?
Tính bền vững với nhiễu, khả năng phát hiện lỗi
Phương pháp mã hóa như thế nào thì bền vững với nhiễu
hơn?
Bền vững hơn với nhiễu thì có lợi gì?
Phương pháp mã hóa như thế nào, tín hiệu dạng gì thì có
27
7/3/2019
khả năng phối hợp nhận biết lỗi
Các đặc tính của mã hoá đường truyền
Triệt tiêu dòng một chiều/khả năng đồng tải nguồn
Dòng một chiều ảnh hưởng gì tới hệ thống?
Khi nào thì tín hiệu trên đường truyền triệt tiêu dòng một chiều?
Khả năng đồng tải nguồn là gì và mang lại lợi ích gì? Khi nào
thực hiện được?
Thông tin đồng bộ nhịp trong tín hiệu:
Phân biệt chế độ truyền đồng bộ và không đồng bộ (cách thức và
ưu nhược điểm)
Làm thế nào để đồng bộ nhịp giữa bên gửi và bên nhận trong chế
độ truyền đồng bộ?
Một tín hiệu có dạng như thế nào thì mang thông tin đồng bộ
nhịp?
28
7/3/2019
Mã hoá NRZ và RZ
Phương pháp mã hoá NRZ (non-return-to-zero) và RZ (return- to-zero) là phương pháp điều chế biên độ xung. Nhưng phương pháp NRZ được sử dung rất phổ biến trong các hệ thống Bus trường.
29
7/3/2019
Với NRZ mức tín hiệu không nhất thiết phải về 0 sau mỗi nhịp
Mã hoá NRZ và RZ
NRZ (Non-Return To Zero)
Bit 0 và 1 được mã hóa với hai mức biên độ tín hiệu khác nhau, mức tín hiệu này không thay đổi trong suốt chu kỳ bit T. Cái tên NRZ được sử dụng, bởi mức tín hiệu không quay trở về không sau mỗi nhịp. Các khả năng thể hiện hai mức có thể là :
Đất và điện áp dương
Điện áp âm và điện áp dương cùng giá trị (tín hiệu lưỡng
Điện áp âm và đất
30
7/3/2019
cực)
Mã hoá NRZ và RZ
NRZ (Non-Return To Zero)
Một trong những ưu điểm của phương pháp NRZ là tín hiệu có tần số thường thấp hơn nhiều so với tần số nhịp bus
Ưu điểm
Phương pháp này không thích hợp cho việc đồng bộ hóa, bởi một dãy bit 0 và 1 liên tục không làm thay đổi mức tín hiệu.
Tín hiệu không được triệt tiêu dòng một chiều, ngay cả khi sử dụng tín hiệu lưỡng cực, nên không có khả năng đồng tải nguồn.
31
7/3/2019
Nhược điểm.
Mã hoá NRZ và RZ
RZ
Với RZ mức tín hiệu nhất thiết phải về 0 sau mỗi nhịp do đó nói chung tần số tín hiệu bằng tần số nhịp Bus, tín hiệu mã RZ không mang thông tin đồng bộ hoá
Ứng dụng của NRZ và RZ: Phổ biến nhất, vd Profibus-DP,
32
7/3/2019
Interbus
Mã hoá AMI
Với AMI (Bipolar Alternate Mark Inversion), giá trị logic 0 được thể hiện bằng điện áp đường dây bằng 0 và bằng 1 với giá trị điện áp là dương hoặc âm.
Dải tần trong phương pháp mã hoá này không yêu cầu rộng như trong phương pháp NRZ tuy nhiên có thể mất đồng bộ khi giải mã chuỗi số nhị phân dài.
33
7/3/2019
Phương pháp này cũng loại bỏ được giá trị lệch một chiều
Mã hoá Manchester
34
7/3/2019
Mã Manchester là phương pháp điều chế pha xung, giá trị logic được thể hiện thông qua các sườn xung. Bit 1 ứng với sườn lên và 0 ứng với sườn xuống của xung ở giữa chu kỳ bit T.
Mã hoá Manchester
Ưu điểm
Tín hiệu có tần số tương đương với tần số nhịp Bus, do đó các xung của nó có thể sử dụng trong việc đồng bộ hoá giữa các bên thu, phát
Việc sử dụng tín hiệu lưỡng cực dòng 1 chiều bị triệt tiêu do đó thích hợp với các ứng dụng cho phép truyền cùng nguồn nuôi.
Mặt khác do sử dụng sườn xung để quy định mức logic nên
phương pháp này tỏ ra chống nhiễu tốt
35
7/3/2019
Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin công nghiệp, ứng dụng trong Etherner, Profibus-PA, Foundation FieldBus
Mã AFP (Alternate Flanked Pulse)
Các tính chất:
Tần số thấp nhất, dải tần hẹp nhất
Khá bền vững với nhiễu, có khả năng phối hợp nhận biết lỗi
Không tồn tại dòng một chiều
Không mang thông tin đồng bộ nhịp
Ứng dụng: AS-Interface
36
7/3/2019
FSK (Frequency Shift Keying)
37
7/3/2019
Đây là phương pháp mã hoá điều chế dịch tần số, hai tần số khác nhau được dùng để mã hoá các trạng thái logic 0 và 1. Thực chất đây là phương pháp điều chế số tín hiệu mang, hay truyền tải dải mang.
FSK (Frequency Shift Keying)
38
7/3/2019
Cơ chế thực hiện
FSK (Frequency Shift Keying)
Ưu điểm
Tín hiệu có dạng sin, các tần số khác nhau có thể bằng hoặc là bội số tần số nhịp bus nên có thể dùng để đồng bộ nhịp
Một ưu điểm khác của phương pháp này là rất bền vững với các tác động của nhiễu. Nhờ tính chất điều hoà của tín hiệu mà dòng một chiều bị triệt tiêu, nên có thể sử dụng đường truyền này để truyền tín hiệu cùng nguồn nuôi
Tín hiệu có tần số tương đối cao, nó có thể gây ra nhiễu mạnh đối với môi trường xung quanh và làm ảnh hưởng tới khả năng tăng tốc độ truyền
39
7/3/2019
Nhược điểm
FSK (Frequency Shift Keying)
40
7/3/2019
Thực tế phương pháp mã hoá này chỉ được ứng dụng trong các mạng có tốc độ truyền tương đối thấp: HART, Powerline Communication
Mã hóa đường truyền
41
7/3/2019
Cơ số mã, sự dư thừa và hiệu suất
Cơ số mã được định nghĩa là số các trạng thái tín hiệu khác nhau được sử dụng. Trong các hệ thống dải cơ sở, nó là số các mức điện áp khác nhau được biểu diễn bởi các kí hiệu. Chẳng hạn, với mã AMI thì cơ số của nó sẽ là 3
Hiệu suất của mã được định nghĩa là hệ số của thông tin trên số kí hiệu sử dụng với thông tin trên số kí hiệu hữu ích. Ta có thể viết hiệu suất như sau:
Với la = log2a lu = log2u
Và sự dư thừa của mã hoá đường truyền được xác định như sau:
42
7/3/2019
5.3 Cấu trúc mạng
Liên kết trong mạng máy tính công nghiệp
Liên kết: là mối liên hệ vật lý hoặc logic giữa hai hay nhiều đối tác truyền thông.
Có thể có các kiểu liên kết sau:
Liên kết điểm - điểm (Point to Point): Mối liên kết này chỉ có 2 đối tác thạm gia, về mặt vật lý hai tạm được nối với nhau bởi một đường truyền. Để thực hiện một mạng truyền tin dựa trên liên kết này sẽ là tập hợp của nhiều đường dây độc lập.
Liên kết điểm - nhiều điểm (multi - drop): Nhiều trạm được nối chung với một trạm chủ (master). Như vậy các đối tác sẽ được nối chung vào một đường dây
Liên kết nhiều điểm - nhiều điểm (multi - point): nhiều đối tác tham gia và thông tin được trao đổi theo nhiều hướng. Cũng tương tự liên kết điểm - nhiều điểm với liên kết này các đối tác cũng được nối trên cùng một đường dây.
Khả năng liên kết nhiều điểm là đặc trưng của mạng trong điều khiển phân tán.
43
7/3/2019
Cấu trúc mạng
Cấu trúc mạng (Topology)
Định nghĩa: Cấu trúc mạng là tổng hợp của các mối liên kết.
Topology hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng nhưng cũng
hiểu là cách sắp xếp logic của các nút mạng.
Các loại cấu trúc mạng
44
7/3/2019
Cấu trúc Bus
Đặc điểm cơ bản của cấu trúc bus là việc sử dụng chung một đường dẫn duy nhất cho tất cả các trạm, vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt.
Cấu trúc dạng bus có ba kiểu cấu hình
Bên cạnh việc tiết kiệm dây dẫn thì tính đơn giản, dễ thực hiện là những ưu điểm chính của cấu trúc bus. Cấu trúc này phổ biến nhất trong những mạng truyền thông công nghiệp.
45
7/3/2019
Cấu trúc mạch vòng (tích cực)
Cấu trúc mạch vòng được thiết kế sao cho các thành viên trong mạng được nối từ điểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch vòng khép kín.
Mỗi thành viên đều tham gia một cách tích cực vào việc kiểm
Khác với cấu trúc đường thẳng, ở đây tín hiệu được truyền đi
soát dòng tín hiệu.
46
7/3/2019
theo một chiều qui định.
Cấu trúc mạch vòng (tích cực)
Master
Có điều khiển trung tâm
Không có điều khiển trung tâm
Ưu điểm cơ bản của mạng theo cấu trúc kiểu này là mỗi nút đồng thời có thể là một bộ khuếch đại, do vậy mạng có cấu trúc mạch vòng có thể thực hiện với khoảng cách và số trạm rất lớn.
Một ưu điểm tiếp theo của cấu trúc mạch vòng là khả năng xác định
vị trí xảy ra sự cố, ví dụ đứt dây hay một trạm ngừng làm việc.
47
7/3/2019
Cấu trúc hình sao
Cấu trúc hình sao là cấu trúc mà có một trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả các nút khác, nút này sẽ điều khiển sự truyền thông của toàn mạng, được gọi là chủ (Master).
Một cấu trúc hình sao điển hình ta hay gặp đó là các bộ chia,
thường dùng vào mục đích mở rộng các cấu trúc khác
*-
truyền thông
48
7/3/2019
Một nhược điểm lớn của cấu trúc hình sao là nếu trạm trung tâm bị hỏng thì trong sự mạng cũng không thể tiếp trạm tục được. Vì vậy trung tâm phải có độ tin cậy rất cao.
Cấu trúc cây
Bộ lặp
Bộ nối tích cực
Bộ nối sao
Bộ nối vòng
thống Môt số hệ cho phép xây dung trúc cây cho cấu một mạng đồng nhất là DeviceNet và AS-i.
49
7/3/2019
Một mạng có cấu trúc cây là sự liên kết của nhiều mạng con có cấu trúc đường thẳng, mạch vòng, hoặc hình sao. Đặc trưng của cấu trúc cây là sự phân cấp đường dẫn
5.5. Điều khiển truy nhập đường truyền
Yêu cầu với các phương pháp truy nhập đường truyền
Các phương pháp truy nhập tiền định
50
7/3/2019
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
Yêu cầu với các phương pháp truy nhập đường truyền
Trong mạng truyền tin có nhiều đối tác tham gia, cần thiết phải có sự điều khiển để sao cho ở mỗi thời diểm chỉ có đối tác được gửi thông tin đi, rõ ràng cần thiết phải có phương pháp thích hợp để phân chia thời gian gửi dữ liệu trên đường truyền.
Việc truy nhập đường truyền liên quan đến các yếu tố sau:
Độ tin cậy khi truyền thông tin
Tính năng thời gian thực
51
7/3/2019
Hiệu suất sử dụng đường truyền.
Các phương pháp truy nhập tiền định
TDMA và FDMA.
TDMA: Time Division Multiplexing Access: phân chia thời gian
FDMA: Frequency Division Multiplexing Access: phân chia tần số
Phương pháp TDMA sẽ dành cho mỗi trạm một thời gian truy nhập đường truyền cố định và các trạm này sẽ được gửi thông tin theo trình tự định sẵn.
Với phương pháp truy nhập phân chia tần số lại định cho mỗi trạm một tần số
52
Các trạm đều có quyền trao đổi thông tin trực tiếp đến các trạm khác.
7/3/2019
Các phương pháp truy nhập tiền định
TDMA và FDMA.
Có thể thấy được ưu điểm của FDMA so với TDMA như sau:
FDMA truy nhập nhanh hơn TDMA bởi người sử dụng có thể
truy cập vào mạng một cách đồng thời.
FDMA được dùng nhiều trong truyền tín hiệu tiếng nói và tín
hiệu hình ảnh.
Cáp đồng trục được sử dụng rất thích hợp với FDMA.
TDMA rẻ hơn, có thể sử dụng với cáp đồng trục, cáp đôi dây
53
7/3/2019
xoắn và cáp quang.
Các phương pháp truy nhập tiền định
Master/ Slave
Với phương pháp truy nhập này, trạm chủ sẽ được quyền phân chia thời gian truy cập đường truyền cho các trạm tớ.
54
7/3/2019
Trạm chủ có thể gửi các yêu cầu tuần tự đến các trạm tớ hoặc có thể chỉ định trạm tớ bất kỳ theo mục đích truy nhập.
Các phương pháp truy nhập tiền định
Master/ Slave
Nhược điểm:
Ưu điểm: Cấu trúc mạng đơn giản,
Độ tin cậy phụ thuộc hoàn toàn vào trạm chủ
55
7/3/2019
Các hoạt động của mạng lại phụ thuộc vào trạm chủ nên đòi hỏi độ tin cậy của trạm chủ là rất cao, mặt khác do thông tin giữa các trạm tớ đều phải thông qua trung gian là trạm chủ đã khiến cho hiệu suất đường truyền trong phương pháp này là không cao.
Các phương pháp truy nhập tiền định
Token Passing
Cấu trúc của một token như hình dưới trong đó DA là địa chỉ đích, SA là địa chỉ nguồn. Start là byte khởi đầu đánh dấu sự bắt đầu của khung token
Một trạm chỉ được quyền truy cập bus và gửi thông tin khi nó đang giữ token.
Sau khi không có nhu cầu gửi thông tin thì trạm giữ token phải gửi tiếp token đến trạm tiếp theo
56
7/3/2019
Việc gửi thẻ bài được thực hiện theo 1 chu trình định sẵn
Các phương pháp truy nhập tiền định
Token Passing
Đối với các mạng có cấu trúc khép kín người ta đưa ra khái
57
7/3/2019
niệm Token ring. Sơ đồ như sau:
Các phương pháp truy nhập tiền định
Token Passing
58
7/3/2019
Trong các mạng có cấu trúc Bus, nếu ứng dụng phương pháp token người ta gọi đó là Token bus, sơ đồ nguyên lý của phương pháp truy cập này được trình bày trên hình sau
Các phương pháp truy nhập tiền định
Token Passing
Một trạm đang giữ Token không những có quyền giữ thông tin đi mà còn có thể kiểm soát thông tin của các trạm khác. Ví dụ như kiểm tra xem có trạm nào lỗi không?
Việc kiểm soát bao gồm các công việc:
Giám sát token
Khởi tạo token
Tách trạm ra khỏi vòng logic
Thêm trạm mới
Các trạm không có token cũng có khả năng giám sát: nếu sau khoảng thời gian nhất định token không được gửi (có nghĩa là trạm token bị lỗi) thì 1 trạm sẽ có chức năng tạo token mới để đảm bảo hoạt động của hệ thống là thông suốt
59
7/3/2019
Các phương pháp truy nhập tiền định
Người ta có thể kết hợp các phương pháp truy cập khác nhau
60
7/3/2019
trong hệ thống
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
Giao thức CSMA (Carrier Sense Multiple Access )
Trong phương pháp này, các trạm đều được truy nhập đường truyền mà không có 1 sự kiểm soát nào Nguyên tắc hoạt động được mô tả như sau:
Mỗi trạm đều cảm nhận đường truyền (carier sense), chỉ khi đường truyền rỗi thì mới được truyền thông tin trên đó.
61
7/3/2019
Tình huồng: Khi một trạm vừa phát xong thông tin lên đường truyền nhưng thông tin chưa đến trạm thứ 2, trạm thứ 2 cho rằng đường truyền rảnh và bắt đầu phát khung như vậy đụng độ sẽ sảy ra.
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
Giao thức CSMA (Carrier Sense Multiple Access )
Vấn đề đặt ra: các trạm có quan tâm theo dõi đụng độ
Khi hai hay nhiều trạm đồng thời gửi dữ liệu lên đường truyền sẽ xảy ra đụng độ hậu quả: mất khung dữ liệu và toàn bộ thời gian từ lúc đụng độ cho đến khi phát xong là lãng phí
62
7/3/2019
không, khi sảy ra đụng độ sẽ làm gì?
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Về cơ bản giống như CSMA: Lắng nghe đường truyền tuy nhiên là CSMA/CD có cải tiến quan trong là phát hiện đụng độ (Collision Detection) tức là khi phát các trạm này vẫn phải cảm nhận xem có xảy ra xung đột không (nghe trong khi nói)
63
7/3/2019
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
64
7/3/2019
Nếu có xung đột, tất cả các máy trạm đã từng gửi ra frame sẽ đừng ngay việc gửi bản tin và gửi ra một tín hiệu nghẽn (jam signal) để đảm bảo tất cả các máy trạm đều nhận ra collision
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
CSMA/CD
Sau khi các thời gian định thời là hết, máy gửi có thể bắt đầu
Sau khi tín hiệu nghẽn là hoàn tất, mỗi máy gửi những frame bị xung đột sẽ khởi động một bộ định thời timer và chờ hết khoản thời gian này sẽ cố gắng truyền lại. Những máy không tạo ra collision sẽ không phải chờ.
65
7/3/2019
một lần nữa với bước 1
Access method: CSMA/CD
New attempt
Waiting according to back-off algorithm
Station is ready to send
Medium occupied
check “Ether”
medium available
Discovered collision
Sending of data and checking the “Ether”
send jam signal
No collision
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Trong trường hợp có xung đột thì các trạm này lập tức không phát nữa, và các trạm nhận thì không nhận được byte kết thúc của khung truyền nên coi như thông báo này bị huỷ bỏ.
67
7/3/2019
Thực tế hoạt động: Để phát hiện xung đột IEEE đưa ra điện áp ngưỡng, nếu chỉ một trạm truyền thì điện áp ngưỡng là một giá trị xác định, nếu thêm một trạn truyền thì điện áp sẽ tăng gấp đôi, bộ phát hiện xung đột nhờ sự thay đổi điện áp của đường truyền mà đưa ra chỉ thị đường truyền bận và phát hiện xung đột
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và linh hoạt
CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Phương pháp này được ứng dụng trong mạng Ethernet IEEE
68
7/3/2019
802.3
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Hạn chế:
Không phù hợp với các hệ thống mạng cấp thấp do tính không
ổn định về thời gian đáp ứng.
Chỉ khi một trạm phát hiện xung đột trước khi gửi xong thì mới có khả năng hủy bức điện (bằng cách không gửi cờ hiệu kết thúc). Nếu gửi xong mới phát hiện xung đột thì một trạm khác có thể đã nhận được và xử lý bức điện với nội dung sai lệch
69
7/3/2019
Hạn chế bởi điều kiện rằng buộc giữa chiều dài dây và tốc độ truyền: Thời gian gửi một bức điện phải lớn hơn hai lần thời gian lan truyền tín hiệu (n/v > 2Ts)
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance)
Phương pháp này cũng giống phương pháp CSMA/CD, nhưng chúng sử dụng phương pháp mã hoá bit thích hợp để khi xảy ra xung đột 1 tín hiệu này sẽ lấn át tín hiệu kiểm tra.
Phương pháp này ra đời đã cải thiện được tính năng thời gian
70
7/3/2019
thực của phương pháp CSMA/ CD
Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance)
Quy định mức ưu tiên: Sử dụng mức ưu tiên cho các trạm và gắn mã ưu tiên (001, 010, ...) và sau cớ hiệu (start) của mỗi bức điện. Bức điện nào có mức ưu tiên cao hơn thì sẽ lấn át các bức điện khác.
Nhờ phương pháp sử dụng mức ưu tiên mà cải thiện được
Tăng hiệu xuất sử dụng đường truyền
71
7/3/2019
tính thời gian thực của hệ thống.
5.6. Môi trường truyền dẫn tín hiệu và các chuẩn vật lý
Các đặc tính của môi trường truyền dẫn
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây hở (Open- Two Cable)
Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)
Cáp đồng trục (Coaxial Cable)
Đường truyền vô tuyến
Cáp quang
72
7/3/2019
Các chuẩn vật lý
Các đặc tính của môi trường truyền dẫn
Để truyền dữ liệu nhị phân qua một đường dây, các bít nhịn
phân phải được mã hóa thành các tín hiệu điện.
Ví dụ
Bên phát chuyển bít nhị phân 1 bằng cách đặt lên đường dây biên độ điện thế +V, truyền bít 0 đặt -V, Bên thu sẽ dịch tín hiệu +V thành 1, -V thành 0.
73
7/3/2019
Môi trường truyền dẫn là môi trường để tín hiệu thông tin truyền qua. Nó có ảnh hưởng lớn tới tốc độ truyền dẫn, chất lượng đường truyền, nhiễu, méo dạng bởi môi trường truyền, đôi thi ko tách được tín hiệu
Các đặc tính của môi trường truyền dẫn
74
7/3/2019
Các đặc tính của môi trường truyền dẫn
Độ suy giảm tín hiệu chịu ảnh hưởng nhiều nhất bởi
Tốc độ truyền dẫn
Loại môi trường truyền dẫn
Khoảng cách giữa hai tiết bị
75
7/3/2019
Vì sự suy giảm và méo dang trong các môi trường truyền dẫn vật lý khác nhau là khác nhau, nên các tiêu chuẩn quốc tế đã được định nghĩa cho các giao tiếp điện giữa hai chủng loại thiết bị truyền dữ liệu
Các đặc tính của môi trường truyền dẫn
Dung lượng truyền của môi trường truyền dẫn được tính theo
Uk = Tk*Fk*Hk
công thức sau:
ở đó: Tk - Thời gian trong đó có mặt tín hiệu truyền đi
công suất nhiễu Pnh trong kênh Người ta còn gọi Uk là khả năng truyền của môi trường truyền
dẫn
76
7/3/2019
Fk - Khoảng tần số làm việc của kênh Hk - Đặc tính chỉ rõ sự tăng công suất tín hiệu Pth so với
Các đặc tính của môi trường truyền dẫn
Tốc độ truyền thông tin:
V=I/T
ở đó: I - Lượng thông tin truyền
77
7/3/2019
T - Thời gian truyền lượng thông tin I
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp quang:
Sợi thủy tinh
Sợi chất dẻo
Cáp Điện:
g n ă
Cáp đồng trục
t
Đôi dây xoắn
Cáp trơn
g n ợ ư
Vô tuyến:
l t
Vi sóng (microwave)
ấ h C
Sóng truyền hình (TV)
Sóng truyền thanh (radio AM, FM)
Tia hồng ngoại (UV)
78
7/3/2019
Các loại môi trường truyền dẫn
79
7/3/2019
Dải tần hoạt động của các môi trường truyền dẫn
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây hở (Open- Two Cable)
cách li với nhau bằng khoảng không
80
7/3/2019
Là loại môi trường truyền dẫn đơn giản, hai dây dẫn được
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây hở (Open- Two Cable)
Loại này có thể nối các thiết bị với chiều dài không lớn lắm, không quá 50m và tốc độ truyền không quá 19.2 Kbis/s. Đường dây này được ứng dụng trong truyền số liệu giữa các DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Communication Equipment).
81
7/3/2019
Tín hiệu trên đường dây thường là mức hoặc cường độ dòng điện đựa vào tham chiếu thế với đất (truyền dẫn ko cân bằng) tức là đặt điện thế lên một dây, dây còn lại là đất
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây hở (Open- Two Cable)
Nhược điểm của loại dây này là chịu tác động của nhiễu xuyên âm (nhiễu xuyên âm: loại nhiễu xuất hiện khi 2 hoặc nhiều đường tín hiệu bị nhiễu sang nhau gây ra hiện tượng tín hiệu của đường truyền này lại trở thành nhiễu của đường truyền kia và ngược lại)
82
7/3/2019
Cấu trúc hở khiến nó nhạy cảm với nhiễu gây ra bởi các nguồn bức xạ, đó cũng chính là lí do khiến cho môi trường truyền dẫn này hạn chế về tốc độ và chiều dài dây dẫn
Các loại môi trường truyền dẫn
83
7/3/2019
Cáp đôi dây hở (Open- Two Cable)
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)
84
7/3/2019
Đây là môi trường truyền dẫn có tính lịch sử trong truyền số liệu và hiện này nó vẫn là môi trường truyền dẫn được dùng rất phổ biến.
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)
85
7/3/2019
Trong một cáp có một hoặc nhiều cặp dây xoắn vào nhau. Một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây được quấn cách li ôm vào nhau do cấu trúc như thế mà trường điện từ của hai dây sẽ trung hoà lẫn nhau, mặt khác dây tín hiệu và dây đất xoắn vào nhau giúp cho tín hiệu giao thoa được cả hai dây thu nhận, không làm ảnh hưởng lên tín hiệu vi sai. Chính vì vậy mà nhiễu ra môi trường xung quanh và nhiễu xuyên âm giảm thiểu đáng kể.
Các loại môi trường truyền dẫn
86
7/3/2019
Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)
Đường dây xoắn đôi thích hợp với thiết bị điều khiển đường dây và mạch thu riêng, sử dụng tốc độ 1 Mbps cho khoảng cách dưới 100m và tốc độ thấp hơn cho khoảng cách đến 15Km và tốc độ bit thấp hơn cho khoảng cách dài hơn.
87
7/3/2019
Điển hình của cáp đôi dây xoắn là việc ứng dụng trong các hệ thống truyền thông sử dụng chuẩn RS485 với tốc độ truyền thông thường là 64Kb/s và 96Kb/s
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)
Hạn chế chính của cáp xoắn đôi gây ra bởi hiệu ứng bề mặt
Có 2 loại cáp xoắn đôi:
Cáp xoắn đôi không bọc kim (UTP - Unshielded Twisted Pair) dùng rộng rãi trong mạng điện thoại và trong nhiều ứng dụng truyền số liệu;
88
7/3/2019
Cáp xoắn đôi bọc kim (STP - Shielded Twisted Pair), có một màn chắn để bảo vệ giảm ảnh hưởng của tín hiệu giao thoa
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đồng trục (Coaxial Cable)
Khi tốc độ bit (cũng là tần số) của tín hiệu truyền dẫn tăng lên thì luồng chảy của dòng điện trong dây chỉ ở trên bề mặt, do vậy sử dụng ít hơn tiết diện sẵn có, dẫn đến sự tăng điện trở của dây đối với tín hiệu cao tần, làm tăng suy hao.
do hiệu ứng bức xạ điện trong dây chỉ ở trên bề mặt
Ngoài ra, ở tần số cao, năng suất tín hiệu bị mất mát nhiều hơn
89
7/3/2019
Cáp đồng trục làm giảm tối thiểu hai hiệu ứng trên
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đồng trục (Coaxial Cable)
Chất dẫn điện ở giữa là màn chắn hữu hiệu với tín hiệu nhiễu bên ngoài. Sự tổn hao tín hiệu rất nhỏ gây ra do bức xạ điện từ và hiệu ứng bề mặt. Cáp đồng trục có thể sử dụng với nhiều kiểu tín hiệu khác nhau, tốc độ điển hình là 10Mbps.
90
7/3/2019
Cáp có chất dẫn điện ở chính giữa trục và bao quanh trục cũng là chất dẫn điện. Khoảng giữa hai lớp chất dẫn điện thường được làm đầy bởi chất cách điện rắn hoặc cấu trúc tổ ong.
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp đồng trục (Coaxial Cable)
Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi, chế độ hoạt động có thể sử dụng dải cơ sở (BaseBand) hoặc dải rộng (BroadBand). Với BaseBand toàn bộ hiệu suất đường truyền được dành cho một kênh truyền thông duy nhất trong khi đó BroadBand thì sử dụng cho 2 hoặc nhiều kênh cùng phân chia dải thông của đường truyền
Phương thức truyền dải cơ sở có thể truyền được cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Khoảng cách truyền từ 1Km đến 3Km tốc độ: 1Mb/s đến 10Mb/s
Với giải rộng khoảng cách từ 10Km đến 50Km, tốc độ có thể lên đến
350kb/s
91
7/3/2019
Các loại môi trường truyền dẫn
Cáp quang
Bản chất sóng ánh sáng
Ánh sáng cường độ lớn không phải bao gồm những lượng tử năng lượng lớn mà gồm rất nhiều lượng tử lan truyền. Bản chất của sóng ánh sáng có cả tính chất sóng và tính chất hạt. Tốc độ lan truyền của sóng ánh sáng là 3.108m/s trong chân không
Các đặc trưng cơ bản
Dải phổ bức xạ quang học. Đặc trưng cơ bản của các nguồn bức xạ điện từ là dải phổ bức xạ quang học hay dải bước sóng tương ứng:
92
7/3/2019
Các loại môi trường truyền dẫn
Các đặc trưng cơ bản
Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng
Nguyên lý phản xạ
Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần
93
7/3/2019
Khi n1>n2 và > th
Các loại môi trường truyền dẫn
94
7/3/2019
Cấu tạo sợi quang
Các loại môi trường truyền dẫn
Cấu tạo sợi quang
Thông tin truyền đi ở dưới dạng một chùm ánh sáng dao động trong sợi thuỷ tinh. Sóng ánh sáng có băng thông rất lớn so với sóng điện, làm cho cáp sợi quang có thể đạt được tốc độ truyền hàng trăm Mbps.
Thông tin truyền đi ở dưới dạng một chùm ánh sáng dao động
95
7/3/2019
trong sợi thuỷ tinh.
Các loại môi trường truyền dẫn
Cấu tạo sợi quang
Một cáp quang bao gồm một sợi thủy tinh cho tín hiệu được truyền, được bao bọc bởi lớp bao phủ để ngăn ánh sáng bên ngoài
Bản thân sợi quang gồm hai phần: lõi thủy tinh và lớp phủ thủy
tinh có hệ số khúc xạ thấp
Ánh sáng lan truyền trong lõi thủy tinh phụ thuộc loại và bề
rộng của vật liệu lõi sử dụng
96
7/3/2019
Tín hiệu ở đầu phát đi nhờ bộ chuyển đổi điện quang (thường là diode phát quang hay lazer), và ở đầu thu nhờ bộ chuyển đổi quang điện (các bộ photodiode cảm quang hay photo transistor)
Các loại môi trường truyền dẫn
tạo Cấu sợi quang
97
7/3/2019
Có ba cách truyền
Các loại môi trường truyền dẫn
Ưu điểm:
Hữu ích trong việc truyền tìn hiệu tốc độ thấp trong môi trường nhiều nhiễu nặng như điện cao thế, chuyển mạch
Sóng ánh sáng miễn dịch với nhiễu điện từ và xuyên âm
khó mắc xen kẽ (câu trộm) về mặt vật lý
98
7/3/2019
Ngoài ra dùng trong các nơi có nhu cầu bảo mật cao vì rất
Các loại môi trường truyền dẫn
Đồ thị sau chỉ ra sự liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách
99
7/3/2019
truyền của cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục và cáp quang
Các loại môi trường truyền dẫn
Đường truyền vô tuyến Vệ tinh
Số liệu còn có thể được truyền bằng cách dùng sóng vô tuyến qua
không gian như hệ thống vệ tinh.
Số liệu được điều chế bởi một chùm sóng cực ngắn hình nón, phát từ mặt đất lên vệ tinh. Chùm tia này được thu và truyền đến đích đã định bằng cách dùng 1 antenna định hướng và bộ chuyển tiếp.
Một vệ tinh đơn có nhiều bộ chuyển tiếp như vậy, mỗi bộ tiếp nhận một dải tần số riêng. Một kênh vệ tinh điển hình có băng thông lớn (500MHz) và có thể cung cấp hàng trăm kênh số liệu tốc độ cao bằng cách dùng kỹ thuật ghép kênh.
100
7/3/2019
Các loại môi trường truyền dẫn
Đường truyền vô tuyến
Sóng cực ngắn trên mặt đất (viba)
Đường truyền sóng cực ngắn được sử dụng rộng rãi khi việc xây dựng một môi trường hữu tuyến là không thực tế, hoặc quá đắt, ví dụ qua sông hồ, sa mạc.
Sóng cực ngắn truyền qua không khí nên có thể bị gián đoạn
bởi các vật cản do con người va điều kiện thời tiết có hại.
101
7/3/2019
Cũng như vệ tinh, chùm tia sóng cực ngắn truyền qua không gian nên không hiệu quả. Truyền dẫn bằng sóng cực ngắn có thể cho phép khoảng cách đến 50km.
Các loại môi trường truyền dẫn
Đường truyền vô tuyến
Sóng vô tuyến tần thấp
Sóng vô tuyến tần thấp được sử dụng ở những nơi có liên kết cố định qua một khoảng cách vừa phải bằng cách dùng máy phát và thu ở mặt đất.
Nếu ứng dụng yêu cầu khu vực bao phủ rộng lớn, cần phải sử dụng nhiều trạm gốc. Khu vực bao phủ của mối trạm gốc bị giới hạn do giới hạn công suất phát, vì vậy mỗi trạm gốc chỉ cung cấp vừa đủ kênh phục vụ cho toàn bộ tải trong khu vực đó
Mỗi trạm gốc hoạt động sử dụng một dải tần khác với trạm lân cận. Tuy nhiên, vì phủ sóng của mỗi trạm gốc bị giới hạn nên có thể sử dụng lại dải tần của các vùng khác trong mạng.
Các trạm gốc được kết nối đến mạng cố định. Thông thường, tốc dộ truyền
số liệu giữa các máy tính trong một tế bào là 10Kbps
102
7/3/2019
Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền
Suy hao tín hiệu
Khi một tín hiệu lan truyền theo dây dẫn thì biên độ của nó sẽ bị giảm xuống và người ta gọi là sự suy hao của tín hiệu
Thông thường mức độ suy giảm cho phép được quy định trên chiều dài cáp dẫn để đảm bảo rằng hệ thống nhận có thể phát hiện và dịch được tín hiệu ở máy thu
103
7/3/2019
Nếu trường hợp cáp quá dài cần có một hay nhiều bộ khuếch đại (hay còn gọi là repeater) được thêm vào từng khoảng dọc theo cáp
Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền
Sự suy hao
Sự suy giảm tín hiệu gia tăng theo một hàm của tần số, trong khi đó tín hiệu lại bao gồm một vài tần, vì vậy tín hiệu sẽ biến dang do các thành phần suy hao khác nhau. Để khắc phục bô khuếch đại phải được thiết kế sao cho khuếch đại các tín hiệu có tần số khác nhau với hệ số khuếch đại khác nhau
Sự suy hảo và khuếch đại được đánh giá và đo lường bằng
đơn vị decibels (dB)
P1: Công suất tín hiệu đầu đường dây P2: Công suất tín hiệu cuối đường dây
104
7/3/2019
dB= 10 log (P1/P2)
Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền
Bất kì một kênh hay đường truyền dẫn nào: cáp đôi đây hở, cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang, radio đều có một băng thông xác định liên hệ với nó, băng thông chỉ ra thành phần tần số nào của tín hiệu sẽ được truyền qua mà không bị suy giảm quá nhiều
Băng thông B=fmax-fmin Công thức Nyquist xác định tốc độ tối đa của kênh trong trường
hợp không nhiễu với băng thông của kênh như sau:
MTR = 2 B log2M (bps)
B: băng thông kênh tính bằng Hz M- Số mức trên một phần tử tín hiệu MTR (Max Transfer Rate)- tính bằng bps
105
7/3/2019
Băng thông của đường truyền
Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền
Biến dạng xung do trễ
truyền thay đổi theo tần số
Tốc độ lan truyền của một tín hiệu dọc theo một đường
Khi truyền một tín hiệu số nó phân tích thành một loạt các thành phần có tần số khác nhau, các thành phần tần số khác nhau tạp nên nó sẽ đến máu thu với tốc độ trễ pha khác nhau dẫn đến biên dạng do trễ pha khác nhau, dẫn đến biến dạng do trễ của tín hiệu tại máy thu
Sự biến dạng sẽ gia tăng khi tốc độ bít tăng.
106
7/3/2019
Méo do trễ gây khó khăn cho việc lấy mẫu tín hiệu
Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền
Can nhiệt (tạp âm-noise)
hiệu và tạp âm – người ta gọi là SNR – đo bằng dB
Một thông số quan trong của đường truyền là tỷ số giữa tín
SNR= 10 log2(S/N) S: công suất tín hiệu tính bằng W N: công suất tạp âm tính bằng W
Nếu SNR vàng lớn thì chất lượng tín hiệu càng cao
xác định theo công thức Shannon-Harley
Tốc độ tối đa của kênh có liên hệ chặt chẽ cới tủ số SNR và
107
7/3/2019
MTR = B 10 log2(1+S/N)
Các thành phần mạng trong hệ thống
Control Network.
nó
108
Dưới đây là sơ đồ về mạng ControlNet và các thành phần của
Các thành phần mạng trong hệ thống
Nodes: Nodes đựoc định nghĩa là bất cứ những thiết bị nào được kết nối tới hệ thống cáp mạng ControlNet và nó cần có 1 địa chỉ mạng
Taps là thành phần kết nối mỗi 1 node trên mạng tới hệ thống
Hệ thống cáp mạng của mạng điều khiển (controlNet) bao gồm những thành phần sau:
109
cáp thống qua bộ cáp nhánh (dài 1m) - Drop cable (1 m).
Các thành phần mạng trong hệ thống
Trunk cable: Là 1 dạng bus, hoặc phần trung tâm của hệ thống cáp mạng ControlNet. Nó được cấu thành từ nhiều thành phần của cáp. Có những loại cáp khác nhau cho nhưng môi trường khác nhau mà người dùng có thể lựa chọn cho hệ thống của mình.
Cable Connectors: Là cáp nối, dùng để gắn thân cáp (trunk cable) với taps. Cáp được nối thông qua 1 đầu nối BNC. ABB cũng đưa ra những đầu nối cáp (với những đầu nối có sẵn) để người dùng lựa chọn.
110
Terminators: Một giá trị điện trở 75-ohm trên 1 thiết bị đầu cuối phải được cài đăt trên tap tại mỗi điểm cuối của 1 đoạn mạng (segment).
Các thành phần mạng trong hệ thống
111
Segments: Một segment là 1 tập hợp của những thân cáp (trunk cable) và taps, được giới hạn bởi 2 thiêt bị đầu cuối (terminators).Tổng độ dài của 1 đoạn mạng (segment) phụ thuộc vào số taps trong đoạn mạng đó
Các thành phần mạng trong hệ thống
112
7/3/2019
Các thành phần mạng trong hệ thống
Repeater
113
7/3/2019
Là một thiết bị ở lớp 1 (Physical Layer) trong mô hình OSI. Repeater có vai trò khuếch đại tín hiệu vật lý ở đầu vào và cung cấp năng lượng cho tín hiệu ở đầu ra để có thể đến được những chặng đường tiếp theo trong mạng. Điện tín, điện thoại, truyền thông tin qua sợi quang… và các nhu cầu truyền tín hiệu đi xa đều cần sử dụng Repeater.
Các thành phần mạng trong hệ thống
Repeater:
Khi thêm 1 repeater trong hệ thống cáp mạng và ta tạo 1 đoạn mạng mới. Một giới hạn giống nhau về số taps và độ dài cáp được áp dụng cho đoạn mạng (segment) mới này giống như những đoạn mạng không có những repeaters
114
Một Repeater được sử dụng để tăng số của nodes, mở rộng tổng chiều dài của đoạn mạng (segment) hoặc tạo cầu hình sao hoặc cây. Số lượng của repeaters phụ thuộc vào giao thức mạng.
Các thành phần mạng trong hệ thống
Hub được coi là một Repeater có nhiều cổng. Một Hub có từ 4
Khi cấu hình mạng là hình sao (Star topology), Hub đóng vai trò là trung tâm của mạng. Với một Hub, khi thông tin vào từ một cổng và sẽ được đưa đến tất cả các cổng khác
Hub có 2 loại là Active Hub và Smart Hub.
115
7/3/2019
đến 24 cổng và có thể còn nhiều hơn.
Các thành phần mạng trong hệ thống
Bridge là thiết bị mạng thuộc lớp 2 của mô hình OSI (Data Link Layer). Bridge được sử dụng để ghép nối 2 mạng để tạo thành một mạng lớn duy nhất.
Bridge quan sát các gói tin (packet) trên mọi mạng. Khi thấy một gói tin từ một máy tính thuộc mạng này chuyển tới một máy tính trên mạng khác, Bridge sẽ sao chép và gửi gói tin này tới mạng đích.
Ưu điểm của Bridge là hoạt động trong suốt, các máy tính thuộc các mạng khác nhau vẫn có thể gửi các thông tin với nhau đơn giản mà không cần biết có sự “can thiệp” của Bridge
116
7/3/2019
Các thành phần mạng trong hệ thống
Switch đôi khi được mô tả như là một Bridge có nhiều cổng. Trong khi một Bridge chỉ có 2 cổng để liên kết được 2 segment mạng với nhau, thì Switch lại có khả năng kết nối được nhiều segment lại với nhau tuỳ thuộc vào số cổng (port) trên Switch.
117
7/3/2019
Cũng giống như Bridge, Switch cũng “học” thông tin của mạng thông qua các gói tin (packet) mà nó nhận được từ các máy trong mạng. Switch sử dụng các thông tin này để xây dựng lên bảng Switch, bảng này cung cấp thông tin giúp các gói thông tin đến đúng địa chỉ.
Các thành phần mạng trong hệ thống
118
Với những ứng dụng lớn thì ta có thể tách mạng điều khiển ra thành các vùng mạng và các vùng mạng được nối với nhau bằng những Router
Các thành phần mạng trong hệ thống
Router là thiết bị mạng lớp 3 của mô hình OSI (Network Layer). Router kết nối hai hay nhiều mạng với nhau. Các máy tính trên mạng phải “nhận thức” được sự tham gia của một router,
119
7/3/2019
Ưu điểm của Router: Về mặt vật lý, Router có thể kết nối với các loại mạng khác lại với nhau, từ những Ethernet cục bộ tốc độ cao cho đến đường dây điện thoại đường dài có tốc độ chậm.
Các thành phần mạng trong hệ thống
Gateway cho phép nối ghép hai loại giao thức với nhau. Ví dụ: mạng của bạn sử dụng giao thức IP và mạng của ai đó sử dụng giao thức IPX, Novell, DECnet, SNA… hoặc một giao thức nào đó thì Gateway sẽ chuyển đổi từ loại giao thức này sang loại khác.
120
7/3/2019
Qua Gateway, các máy tính trong các mạng sử dụng các giao thức khác nhau có thể dễ dàng “nói chuyện” được với nhau. Gateway không chỉ phân biệt các giao thức mà còn còn có thể phân biệt ứng dụng như cách bạn chuyển thư điện tử từ mạng này sang mạng khác, chuyển đổi một phiên làm việc từ xa…
Các chuẩn vật lý
Có 7 tổ chức tham gia quy định các chuẩn thông tin công
nghiệp là:
CCITT: Comite Consultatif International Telegraphique et
Telephonique
ISO: International Organisation for Standards
IEC: International Electrotechnical Commission
ANSI: American National Standards Institure
IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers
EIA: Electronic Industries Association
121
7/3/2019
TIA: Telecommunication Industries Association
Các chuẩn vật lý
Association (Electronic Industry EIA/TIA
Một số chuẩn thông dụng như RS232, RS422, RS485, Trước đây người ta dùng RS (Recommended Standard) hiện nay thay / bằng Telecommunication Industry Association) nhưng do thói quen người ta vẫn gọi chúng là các chuẩn RS.
122
7/3/2019
Phối ghép chuẩn RS232, RS422, RS485 là các chuẩn về điện (mức điện thế), cơ khí (kích thước, số lượng tiếp xúc ổ cắm), chức năng (tên gọi và các chân tiếp xúc).
Các chuẩn vật lý
Các phương thức truyền dẫn tín hiệu
Hai phương thức truyền số liệu cơ bản sử dụng trong các hệ
thống truyền thông công nghiệp đó là:
Phương thức chênh lệch đối xứng (Balanced transmission
mode)
Phương thức chênh lệch không đối xứng (Unbalanced
123
7/3/2019
transmission mode).
Các chuẩn vật lý
Truyền dẫn không đối xứng:
trạng thái logic (0, 1) của một tín hiệu số
Sử dụng điện áp của một dây dẫn so với đất để thể hiện các
Ưu điểm: Chỉ cần đường dây dất chung cho nhiều trong tín hiệu kênh trường hợp cần thiết nhờ cậy tích kiệm được day dẫn
124
7/3/2019
Nhược điểm dễ nhiễu
Các chuẩn vật lý
Truyền dẫn đối xứng:
Truyền dẫn chênh lệch đối xứng sử dụng điện áp giữa hai dây dẫn (dây A và dây B) để biểu diễn trạng tháo logic (0 và 1) của tín hiệu không phụ thuộc vào đất.
Ưu điểm:
Khi có nhiễu thì sẽ làm tăng hoặc giảm điện áp của cả hai dây nên tín hiệu ít bị sai lệch
Sự khác nhau về điện áp đất giữa các thiết bị không ảnh hưởng
Dùng cáp xoắn
125
7/3/2019
Các chuẩn vật lý
RS232
Ra đời vào năm 1969 bởi hiệp hội EIA và Bell Laboratory
126
7/3/2019
Được dùng chủ yếu trong các giao tiếp điểm- điểm giữa các thiết bị đầu cuối (DTE) và các thiết bị truyền dữ liệu (DCE)
RS232
RS232 sử dụng phương thức truyền số liệu không đối xứng.
Điện áp dao động trong khoảng -25V -> + 25V.
Với thiết bị nhận quy định mức logic 1 ứng với khoảng điện áp -15V đến -3V logic Mức
"0" ứng với khoảng điện áp từ 3V đến 15V.
127
7/3/2019
Khoảng điện áp từ -3V + 3V không được định nghĩa, đây là khoảng chuyển tiếp giữa các mức logic.
RS232
Kết nối giữa DTE và DCE có 3 loại giắc cắm DB-9, DB-25,
128
7/3/2019
ALT-A (26 chân)
RS232
Chế độ làm việc
thông cần tối thiểu 3 dây (hình a).
Chuẩn RS232 là truyền song công (full-duplex). Việc truyền
Hình B là ghép nối trực tiếp giữa hai thiết bị thực hiện chế độ
129
7/3/2019
bắt tay
RS232
Khoảng cách truyền cho phép (15m), tốc độ tối đa 19,2kBps
thiết bị truyền thông với nhau
Giao diện thông tin point to point hạn chế khi kết nối một vài
Truyền không động bộ, cấu trúc khung truyền gồm : 1 bít start,
Gần đâu sự tiến bộ trong vi mạch đã góp phần nâng cao tốc độ của cổng RS232 lên nhiều lần, có thể lên đến tốc độ 115,2kbps
130
7/3/2019
7-8 bít dữ liệu, 1-0 bít parity, 1-1,5-2 bít stop
RS422
Phương thức truyền: sai lệch đối xứng giữa hai dây A và B
Khoảng cách truyền 1200m không cần bộ lặp
Có thể dùng phương pháp truyền đơn công (simplex) hoặc bán song công (half – duplex). Nếu truyền song công thì ta phải dùng hai đôi dây
Tốc độ truyền tối đa là 10Mb/s.
Có thể kết nối điểm - điểm hoặc điểm – nhiều điểm
Chỉ cho phép 1 trạm truy nhập điều khiển đường truyền
(Master)
131
7/3/2019
Cho phép 10 trạm tớ tham gia trong cấu hình mạng
RS422
Quy định về mức logic trong RS422
khoảng để chuyển trạng thái các mức logic.
132
7/3/2019
Mức điện áp từ -2V - +2V không được định nghĩa nó là
RS422
Ở chế độ Hafl– duplex sử dụng 3 dây, ở chế độ full – duplex sử
Kết nối trong RS422 (1 Master – 10 Slaves)
133
dụng 5 dây
7/3/2019
RS485
Phương thức truyền số liệu trong RS485 là phương thức
truyền sai lệch đối xứng
Chuẩn RS485 cho phép kết nối nhiều điểm trên cùng đường
Bus.
134
7/3/2019
Khoảng cách truyền của RS485 là 1200m với tốc độ dữ liệu cực đại là 10Mb/s. Chúng cho phép tới 32 trạm thu phát trên cùng đường truyền
RS485
Mức điện áp từ -1.5V - +1.5V không được định nghĩa nó là
khoảng để chuyển trạng thái các mức logic.
135
7/3/2019
Khoảng điện áp cho phép từ -6V - +6V.
RS485
136
7/3/2019
Cấu hình phổ biến nhất là sử dụng hai dây cho việc truyền tín hiệu. Chế độ làm việc là bán song công (half – duplex), các trạm bình đẳng trong quyền truy nhập đường truyền
RS485
RS485 có thể kết nối theo kiểu 4 dây, một trạm chủ đóng vai trò master điều khiển toàn bộ giao tiếp giữa các trạm kể cả việc điều khiển truy nhập đường truyền.
137
7/3/2019
Chế độ truyền là song công (full – duplex)
RS485
Trở đầu cuối.
138
7/3/2019
Trở đầu cuối dùng cho RS485 có thể từ 100 đến 120 Ohm
MBP
MBP (Manchester Codes, Bus Powered) Là một kĩ thuật truyền dẫn đưa ra trong chuẩn IEC 1158-2
Ứng dụng trong môi trường yêu cầu an toàn cháy nổ như lọc
dầu, hóa chất,....
Cáp truyền dây đôi soắn STP, có khả năng đồng tải nguồn
Mã Manchester, truyền động bộ
Cấu trúc mạng, thoẳng, cây, sao hoặc phối hợp
Tốc độ truyền cố định 31,25kbps
139
7/3/2019
Truyền chênh lệch đối xứng, mức tín hiệu chênh lệch 0.75 – 1V
MBP
Số trạm tối đa là 32/đoạn, 126/toàn mạng, tối đa 4 bộ lặp
Trở đầu cuối 100 Ohm
Khoảng cách truyền tối đa 1900m/đoạn, 9500m/toàn mạng
140
7/3/2019
Ứng dụng trong Foundation Fieldbus, Profibus PA
5.7 Bảo toàn dữ liệu
Đặt vấn đề
Các phương pháp phát hiện và sửa lỗi
Một số khái niệm liên quan
Giải pháp phần cứng
141
7/3/2019
Giải pháp phần mềm
Đặt vấn đề
Trong bất cứ mạng máy tính công nghiệp nào cũng không tránh khỏi các tác động làm sai lệch tín hiệu của nhiễu -> Việc bảo toàn dữ liệu là một trong những vấn đề quan trong trong bất cứ một hệ thống truyền thông nào
Nhiễu có thể được gây ra bởi các nguyên nhân sau:
Lỗi tiền định: gây ra bởi các hiện tượng biết trước như: suy giảm tín hiệu, méo sườn, do các tần số vô tuyền ảnh hưởng vào,…
Ồn nhiệt: gây ra khi truyền trong môi trường vật lý
âm (talkcross), ...
142
7/3/2019
Lỗi ngẫu nhiên: như các nhiễu xung điện đóng mở, xuyên
Một số khái niệm liên quan
Tỷ lệ lỗi bit p: là thước đo đặc trưng cho độ nhiễu của kênh truyền dẫn, được tính bằng tỉ lệ giữa số bit lỗi trên tổng số bit truyền đi: p lớn nhất là 0.5
Tỷ lệ lỗi còn lại R: Đặc trưng cho độ tin cậy dữ liệu của hệ thống truyền thông, tính bằng tỷ số giữa bức điện lỗi không phát hiện được trên tổng số bức điện được truyền đi.
Thời gian trung bình giữa hai lần lỗi TMTBF (MTBF = Mean Time
Between Failures): TMTBF = n/(v*R)
143
7/3/2019
Ví dụ: với n= 96 bit, v = 9600bps, R=10^-5 thì TMTBF = 1000s
Một số khái niệm liên quan
Khoảng cách Hamming (HD- Hamming Distance)
Tên gọi theeo một nhà khoa học Mỹ, là thông số đặc trưng cho độ bền vững của một mã dữ liệu, hay nói cách khác là khả năng phát hiện lỗi của phương pháp bảo toàn dữ liệu.
chắn k bit bị lỗi thì HD = k+1
Nếu trong một bức điện chỉ có thể phát hiện một cách chắc
HD = 2 là khoảng cách tối thiểu
144
7/3/2019
Hệ thống đạt độ tin cậy cao thì HD = 6
Một số khái niệm liên quan
Hiệu suất truyền dữ liệu.
m- Số lượng bit dữ liệu trong mỗi bức điện n- Chiều dài bức điện p- Tỷ lệ bit lỗi
Hiệu suất truyền dữ liệu E là một thông số đặc trưng cho việc sử dụng hiệu quả các bức điện phục vụ chức năng bảo toàn dữ liệu, được tính theo công thức sau:
Ví dụ: m=8 bit, n=11 bít, p = 10-3 , Hiệu xuất truyền E= 0.72
145
7/3/2019
m=8 bit, n=24 bít, p = 10-3 , Hiệu xuất truyền E= 0.325
Bảo toàn dữ liệu
Các vấn đề cần xem xét:
Biện phát kiểm soát lỗi liên quan tới kĩ năng, kĩ thuật nào?
Thuật toán xác định lỗi là gì?
Độ tin cậy
Tính đơn giản
Hiệu suất truyền dữ liệu
146
7/3/2019
Tính thời gian thực
Bảo toàn dữ liệu
147
7/3/2019
Cơ chế
Bảo toàn dữ liệu
Các phương pháp phát hiện lỗi thông dụng như:
VRC (vertical redundancy check): kiểm tra tính chẳn hay lẻ
của tổng bit “1” trong đơn vị dữ liệu.
LRC (longitudinal redundancy check): Kiểm tra tính chẳn
hay lẻ của tổng bit “1” trong một khối dữ liệu
Chèn bit (bit stuffing) .
148
7/3/2019
Kiểm tra mã dư vòng (CRC - Cyclic Redundancy Check)
Bảo toàn dữ liệu
Có 2 phương pháp sửa lỗi cơ bản là:
Sửa lỗi có phản hồi: Các giao thức công nghiệp sử dụng phương pháp này, bộ phận khi phát hiện được lỗi từ các dữ liệu nhận sẽ yêu cầu phát lại bản tin.
149
7/3/2019
Sửa lỗi không có phản hồi: được ứng dụng khi truyền số liệu ở các khoảng cách xa với dung lượng lớn. Bộ phát sẽ phát kèm theo dữ liệu là các thông tin về sửa sai lỗi
Phương pháp bít chẵn/ lẻ (Parity Bit- VRC)
Tùy theo cách chọn kiểm tra chẵn hay lẻ mà ta thêm bit 1 hay 0
vào cuối của khung truyền.
Bit Parity chẳn Sử dụng luật số lẻ (để tổng là số chẳn): - Nếu tổng bit là số chẳn thì thêm vào
Bit parity lẻ Sử dụng luật số chẳn (để tổng là số lẻ): - Nếu tổng bit là số lẻ thì thêm vào bit
0
bit 0
- Nếu tổng bit là số lẻ thì thêm vào bit
- Nếu tổng bit là số chẳn thì thêm vào
bit 1
1
Kiểm tra chẵn
Ví dụ: Dãy nguyên bản là: 1001101
Dãy bit gửi đi: 10011010
150
7/3/2019
Phương pháp bít chẵn/ lẻ (Parity Bit- VRC)
Số bít lỗi phát hiện được chắc chắn là 1: khoảng cách
Nói chung phương pháp này đơn giản mà rất hiệu quả tuy nhiên trong từng trường hợp 2 hay nhiều bit bị sai thì không thể kiểm tra được bằng phương pháp này.
151
7/3/2019
Hamming (HD) bằng 2.
Phương pháp kiểm tra tổng khối Kiểm tra chẵn lẻ khối: BCC (Block Check Character); LRC
(Longitudinal Redundancy Check)
Phương pháp kiển tra khối bản tin, các kí tự được coi như
mảng 2 chiều.
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7 Chẵn
.1
1
0
1
1
1
0
1
Việc kiểm tra chẵn lẻ thực hiện theo cả hàng ngang và cột dọc
1
.2
1
0
0
0
1
1
0
1
.3
0
1
0
1
1
0
1
0
.4
0
1
1
1
0
0
0
1
.5
1
0
0
0
0
0
1
0
.6
0
0
0
1
1
1
0
1
7
0
0
1
0
0
1
1
1
Lẻ
0
1
0
1
1
0
1
0
152
7/3/2019
Phương pháp kiểm tra tổng khối
Tạo LRC (quá trình gửi):
các cột)
Sắp xếp các đơn vị dữ liệu thành bảng (gồm các hàng và
Tính VRC chẳn cho từng cột
Kiểm tra LRC (quá trình nhận):
Giá trị VRC theo trật tự là LRC
Sắp xếp các đơn vị dữ liệu thành bảng (gồm các hàng và
Tính VRC cho từng cột
các cột) kể cả VRC đã được tính ở quá trình gửi.
153
7/3/2019
Kiểm tra các giá trị tính và giá trị thu được.
Phương pháp kiểm tra tổng khối
Bit chẵn lẻ được gắn thêm cho mỗi kí tự
chẵn lẻ theo hàng dọc và truyền đi
11100111 11011101 00111001 10101001
11100111 11011101 00111001 10101001 10101010
11100111 11011101 00111001 10101001 10101010
Original Data
LRC
154
7/3/2019
Mỗi khối chọn số lượng kí tự nhất định và thực hiện kiểm tra
Phương pháp kiểm tra tổng khối
Ví dụ: Kiểm tra thông tin của bản tin nhận được sau: biết hàng
và cột kiểm tra chẵn:
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
Có lỗi không? Lỗi ở đâu?
Chẵn
.1
1
0
1
1
1
0
1
1
.2
1
0
0
0
1
1
0
1
.3
0
1
0
1
1
0
1
0
.4
0
1
1
1
0
0
0
1
.5
1
0
0
1
0
0
1
0
.6
0
0
0
1
1
1
0
1
7
0
0
1
0
0
1
1
1
Lẻ
0
1
0
1
1
0
1
0
155
7/3/2019
Phương pháp kiểm tra tổng khối
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
Bức điện bị lỗi ở hàng 5, cột 4 ta có thể sửa được
Chẵn
.1
1
0
1
1
1
0
1
1
.2
1
0
0
0
1
1
0
1
.3
0
1
0
1
1
0
1
0
.4
0
1
1
1
0
0
0
1
.5
1
0
0
1
0
0
1
0
.6
0
0
0
1
1
1
0
1
7
0
0
1
0
0
1
1
1
Lẻ
0
1
0
1
1
0
1
0
Nếu lỗi ở hai hàng hoặc hai cột khác nhau ta cũng sửa được
156
7/3/2019
Phương pháp kiểm tra tổng khối
Tuy nhiên nếu nằm trên cùng hàng hoặc cột thì ta chỉ xác định
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
được lỗi, không sửa được
Chẵn
.1
1
0
1
1
1
0
1
1
.2
1
0
0
0
1
1
0
1
.3
0
1
0
0
1
0
1
0
.4
0
1
1
1
0
0
0
1
.5
1
0
0
1
0
0
1
0
.6
0
0
0
1
1
1
0
1
7
0
0
1
0
0
1
1
1
Lẻ
0
1
0
1
1
0
1
0
157
7/3/2019
Phương pháp kiểm tra tổng khối
Nếu có ba lỗi thì phương pháp chắc chắn phát hiện có lỗi
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
nhưng không xác định được một lỗi hay ba lỗi
Chẵn
.1
1
0
1
1
1
0
1
1
.2
1
0
0
0
1
1
0
1
.3
0
0
0
0
1
0
1
0
.4
0
1
1
1
0
0
0
1
.5
1
0
0
1
0
0
1
0
.6
0
0
0
1
1
1
0
1
.7
0
0
1
0
0
1
1
1
Lẻ
0
1
0
1
1
0
1
0
158
7/3/2019
Phương pháp kiểm tra tổng khối
Nếu 4 bít lỗi cùng nằm ở hai hàng và hai cột thì không phát
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
hiện được
Chẵn
.1
1
0
1
1
1
0
1
1
.2
1
0
0
0
1
1
0
1
.3
0
0
0
0
1
0
1
0
.4
0
1
1
1
0
0
0
1
.5
1
1
0
1
0
0
1
0
.6
0
0
0
1
1
1
0
1
.7
0
0
1
0
0
1
1
1
Lẻ
0
1
0
1
1
0
1
0
Phương pháp này tốt hơn phương pháp chẵn lẻ có HD = 4.
159
7/3/2019
Ví dụ
Tìm VRC và LRC của các chuỗi bit sau dùng parity bit chẵn:
Tính VRC: ← 00111010 11001111 11111111 00000000
← 0011101 1100111 1111111 0000000
Tính LRC:
0011101 1100111 1111111 0000000 ----------- 0000101
160
7/3/2019
Vậy LRC cần tìm : ← 0011101 1100111 1111111 0000000 0000101
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
Nguyên tắc cơ bản:
G là đa thức phát có bậc n, ví dụ x3+x+1 thì n=3 tương tứng
dãy bít (1011)
I là nguồn thông tin, ta thêm và sau n bit 0 để được đa thức P,
ví dụ I là {110101} thì p là {110101000}
Lấy P chia cho G theo quy tắc của phép trừ không nhớ ( 1-1=0,
0 – 0 = 0, 1- 0 = 1, 0 – 1 = 1) có phần dư là R.
Thông thi gửi đi sẽ là D = P + R
161
7/3/2019
Phân thu sẽ là D chia cho G, nếu chia không hết thì bản tin chắc chắn lỗi, nếu chia hết thì xác xuất đúng cao/
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
162
7/3/2019
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
Dãy bit được chuyển đi : D= I và thêm R = 110101111
Giả sử dữ liệu nhận được là D’ = 110101111
Chia đa thức D’ : G
110101111 : 1101 = 111101
163
7/3/2019
Phần dư 0000 -> Xác suất rất cao là không có lỗi
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
x+1
CRC-1
Một số đa thức sinh chuẩn hóa
x4+x+1 CRC-4-ITU
x5+x2+1 CRC-5-USB
x8+x2+x+1 CRC-8-ATM
x15+x14+x10+x8+x7+x4+x3+1 CRC-15-CAN
CRC-15-MODBUS x15+x13+1
x16+x12+x5+1 CRC-16-IBM
+x5+x2+x+1
CRC-32-IEEE802.3 x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7
164
7/3/2019
x64+x4+x3+x+1 CRC-64-ISO
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
chia không nhớ, có thể sử dụng các mạch XOR
165
7/3/2019
CRC nhìn có vẻ phức tạp nhưng thực tế rất đơn giản, các phép
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
Cho chuỗi 10 bit: 1010011110 và đa thức sinh là 1011, tìm
166
7/3/2019
CRC, kiểm tra lại kết quả.
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
Để tìm CRC ta
167
7/3/2019
sử dụng phép chia
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
168
7/3/2019
Kiểm tra CRC
Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)
Bài tập
1. Có dư số là 111, đơn vị dữ liệu là 10110011, và bộ chia là 1001, cho biết đơn vị dữ liệu có lỗi không?
Thông tin truyền đi?
169
7/3/2019
2. Thông tin cần truyền 11100110, Đa thức sinh 11001
Nhồi bit (Bit stuffing)
Nguyên tắc thực hiện:
Bên gửi: Nếu trong dữ liệu có n bit 1 đứng cạnh nhau thì thêm một bit 0 vào ngay sau đó. Như vậy trong dãy bit được chuyển đi không thể xuất hiện n+1 bit 1 liền nhau.
Ví dụ: với n=5
Bên nhận: Nếu phát hiện thấy n bit 1 liên nhau, mà bit tiếp theo là 0 thì sẽ được tách ra, còn nếu bit 1 thì dữ liệu chắc chắn bị lỗi.
Thông tin nguồn I = 0111111
170
7/3/2019
Thông tin gửi đi D = 01111101
5.4. Kiến trúc giao thức OSI
Mô hình tham chiều OSI (Open System Interconnection Reference Model) ra đời năm 1983, do tổ chức chuẩn hóa quốc tế ISO đưa ra trong tiêu chuẩn ISO 7491-1 nhằm hỗ trợ xây dựng các hệ thống truyền thông có tương tác.
Mô hình OSI phân chia chức năng của một giao thức ra thành một chuỗi các tầng cấp. Mỗi một tầng cấp có một đặc tính là nó chỉ sử dụng chức năng của tầng dưới nó, đồng thời chỉ cho phép tầng trên sử dụng các chức năng của mình.
Giao thức có thể được cài đặt trên phần cứng, hoặc phần
171
7/3/2019
mềm, hoặc là tổ hợp của cả hai.
5.4. Kiến trúc giao thức OSI
Mô hình OSI này chỉ được ngành công nghiệp mạng và công
Tính năng chính của nó là quy định về giao diện giữa các tầng cấp, tức qui định đặc tả về phương pháp các tầng liên lạc với nhau.
Hiện nay chỉ có một phần của mô hình OSI được sử dụng.
172
7/3/2019
nghệ thông tin tôn trọng một cách tương đối.
5.4. Kiến trúc giao thức OSI
1: Tầng vật lí (Physical Layer)
2: Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
3: Tầng mạng (Network Layer)
4: Tầng giao vận (Transport Layer)
5: Tầng phiên (Session layer)
6: Tầng trình diễn (Presentation layer)
7: Tầng ứng dụng (Application layer)
173
7/3/2019
Kiến trúc OSI có 7 tầng:
Các nguyên tắc của mô hình OSI
Dựa trên nguyên tắc phân lớp, môi hình OSI được chia thành 7
Mỗi lớp chịu trách nhiệm thực thi một tập các chức năng cụ thể
lớp với những chức năng phân biệt cho từng lớp.
và cung cấp một tập các dịch vụ cụ thể
cung cấp các dịch vụ
Các giao thức xác định cho cả các dịch vụ và các phương thức
Mỗi lớp bao gồm hai phần:
Đặc tính của giao thức: chi tiết các quy luật chi phối, quản lý
Định nghĩa dịch vụ: xác định loại dịch vụ mà lớp đó cung cấp
việc thực thi một dịch vụ cụ thể
174
7/3/2019
Lớp thấp hơn cung cấp dịch vụ cho lớp cao hơn
Chức năng của các lớp trong mô hình OSI
7. Cung cấp phương tiện để người sử dụng truy
nhập vào mạng
6. Chuyển đổi dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền
thông
5. Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông,
thiết lập, duy trì đông bộ, hủy phiển
4. Thực hiện việc truyền thông tin, kiểm soát luồng, lỗi, có thể ghép kênh, cắt hợp dữ liệ
3. Thực hiện việc chọn đường, chuyển tiếp thông
tin với công nghệ chuyển mạch phù hợp
2. Cung cấp phương tiện truyền thông qua đường
vật lý
1. Truyền dòng bít (1, 0) qua cấu trúc vật lý
175
7/3/2019
Kiến trúc giao thức OSI
Tầng vật lý:
Định nghĩa tất cả các đặc tả về điện và vật lý cho các thiết bị. Trong đó bao gồm bố trí của các chân cắm (pin), các hiệu điện thế, và các đặc tả về cáp nối (cable)
176
7/3/2019
Các thiết bị tầng vật lí bao gồm Hub, bộ lặp (repeater), thiết bị tiếp hợp mạng (network adapter) và thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ (Host Bus Adapter) - (HBA dùng trong mạng lưu trữ (Storage Area Network)).
Kiến trúc giao thức OSI
Chức năng và dịch vụ căn bản được thực hiện bởi tầng vật lý bao gồm:
Thiết lập hoặc ngắt mạch kết nối điện (electrical connection) với thông truyền dẫn phương
trường
truyền
tiện
một môi (transmission medium).
Tham gia vào quy trình mà trong đó các tài nguyên truyền thông được chia sẻ hiệu quả giữa nhiều người dùng. Chẳng hạn giải quyết tranh chấp tài nguyên (contention) và điều khiển lưu lượng.
truyền qua kênh
truyền
Điều biến (modulation), hoặc biến đổi giữa biểu diễn dữ liệu số (digital data) của các thiết bị người dùng và các tín hiệu tương thông (communication ứng được channel).
177
7/3/2019
Kiến trúc giao thức OSI
Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phương tiện có tính chức năng và quy trình để truyền dữ liệu giữa các thực thể mạng, phát hiện và có thể sửa chữa các lỗi trong tầng vật lý nếu có.
178
7/3/2019
Trong các mạng cục bộ theo tiêu chuẩn IEEE 802 và một số mạng theo tiêu chuẩn khác (chẳng hạn FDDI) tầng liên kết dữ liệu có thể được chia ra thành 2 tầng con: tầng MAC (Media Access Control - Điều khiển Truy nhập Đường truyền) và tầng LLC (Logical Link Control - Điều khiển Liên kết Lôgic)
Kiến trúc giao thức OSI
Tầng mạng (Network Layer)
Tầng mạng cung cấp các chức năng và qui trình cho việc truyền các chuỗi dữ liệu có độ dài đa dạng, từ một nguồn tới một đích, thông qua một hoặc nhiều mạng.
Các thiết bị trong tầng mạng:
Các thiết bị định tuyến (router) - gửi dữ liệu ra khắp mạng mở
rộng, làm cho liên mạng trở nên khả thi.
Thiết bị chuyển mạch (switch) tầng 3, còn gọi là chuyển mạch
IP).
Hệ thống định vị địa chỉ lôgic (logical addressing scheme) - các
giá trị được chọn bởi kỹ sư mạng.
179
7/3/2019
Kiến trúc giao thức OSI
Tầng giao vận (Transport Layer)
180
7/3/2019
Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại đầu cuối, nhờ đó các tầng trên không phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả. Tầng giao vận kiểm soát độ tin cậy của một kết nối được cho trước
Kiến trúc giao thức OSI
Tầng phiên (Session layer)
181
7/3/2019
Tầng phiên: kiểm soát các (phiên) hội thoại giữa các máy tính, tầng này thiết lập, quản lý và kết thúc các kết nối giữa trình ứng dụng địa phương và trình ứng dụng ở xa
Kiến trúc giao thức OSI
Tầng trình diễn (Presentation layer)
Lớp trình diễn hoạt động như tầng dữ liệu trên mạng. Lớp này trên máy tính truyền dữ liệu làm nhiệm vụ dịch dữ liệu được gửi từ tầng Application sang dạng Fomat chung. Và tại máy tính nhận, lớp này lại chuyển từ Fomat chung sang định dạng của tầng Application
Lớp thể hiện thực hiện các chức năng sau:
Dịch các mã kí tự từ ASCII sang EBCDIC
Chuyển đổi dữ liệu
Nén dữ liệu để giảm lượng dữ liệu truyền trên mạng.
Mã hoá và giải mã dữ liệu để đảm bảo sự bảo mật trên
182
7/3/2019
mạng.
Kiến trúc giao thức OSI
Tầng ứng dụng (Application layer)
Tầng ứng dụng là tầng gần với người sử dụng nhất. Nó cung cấp phương tiện cho người dùng truy nhập các thông tin và dữ liệu trên mạng thông qua chương trình ứng dụng.
chương trình ứng dụng và qua đó với mạng.
183
7/3/2019
Tầng này là giao diện chính để người dùng tương tác với
Giao thức
Modbus
Profibus (FMS, DP, PA)
AS-I
CAN
INTERBUS
DEVICENET
Foundation fieldbus
184
7/3/2019
Ethernet
Yêu cầu cho giao thức
Kiến trúc giao thức
Cơ chế giao tiếp
Cấu trúc mạng và kĩ thuật truyền dẫn
Truy cập bus
Mã hóa
Cấu trúc bức điện
185
7/3/2019
Bảo toàn dữ liệu
