Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 5: Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

ợc 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  Hiệu suất sử dụng đường truyền. 51 7/3/2019 Yêu cầu với các phương pháp truy nhập đường truyền 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 Các trạm đều có quyền trao đổi thông tin trực tiếp đến các trạm khác. 52 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 xoắn và cáp quang. 53 7/3/2019 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. 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. 54 7/3/2019 Các phương pháp truy nhập tiền định Master/ Slave  Ưu điểm: Cấu trúc mạng đơn giản,  Nhược điểm:  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.  Độ tin cậy phụ thuộc hoàn toàn vào trạm chủ Các phương pháp truy nhập tiền định 55 7/3/2019 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 Việc gửi thẻ bài được thực hiện theo 1 chu trình định sẵn 56 7/3/2019 Các phương pháp truy nhập tiền định Token Passing  Đối với các mạng có cấu trúc khép kín người ta đưa ra khái niệm Token ring. Sơ đồ như sau: 57 7/3/2019 Các phương pháp truy nhập tiền định Token Passing  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 58 7/3/2019 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 trong hệ thống Các phương pháp truy nhập tiền định 60 7/3/2019 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.  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 61 7/3/2019 Giao thức CSMA (Carrier Sense Multiple Access )  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  Vấn đề đặt ra: các trạm có quan tâm theo dõi đụng độ không, khi sảy ra đụng độ sẽ làm gì? Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên 62 7/3/2019 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  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 64 7/3/2019 CSMA/CD  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.  Sau khi các thời gian định thời là hết, máy gửi có thể bắt đầu một lần nữa với bước 1 Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên 65 7/3/2019 Access method: CSMA/CD Station is ready to send check “Ether” Sending of data and checking the “Ether” Waiting according to back-off algorithm Medium occupied Discovered collision medium available send jam signal No collision New attempt CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)  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  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 Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)  Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và linh hoạt  Phương pháp này được ứng dụng trong mạng Ethernet IEEE 802.3 Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên 68 7/3/2019 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  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 69 7/3/2019 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 thực của phương pháp CSMA/ CD 70 7/3/2019 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 tính thời gian thực của hệ thống.  Tăng hiệu xuất sử dụng đường truyền 71 7/3/2019 Các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên 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)  Cáp quang  Đường truyền vô tuyến  Các chuẩn vật lý 72 7/3/2019 5.6. Môi trường truyền dẫn tín hiệu và các chuẩn vật lý  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.  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 73 7/3/2019 Các đặc tính của môi trường truyền dẫn Các đặc tính của môi trường truyền dẫn 74 7/3/2019  Độ suy giảm tín hiệu chịu ảnh hưởng nhiều nhất bởi  Loại môi trường truyền dẫn  Tốc độ truyền dẫn  Khoảng cách giữa hai tiết bị  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 75 7/3/2019  Dung lượng truyền của môi trường truyền dẫn được tính theo công thức sau: Uk = Tk*Fk*Hk ở đó: Tk - Thời gian trong đó có mặt tín hiệu truyền đi Fk - Khoảng tần số làm việc của kênh Hk - Đặc tính chỉ rõ sự tăng công suất tín hiệu Pth so với công suất nhiễu Pnh trong kênh  Người ta còn gọi Uk là khả năng truyền của môi trường truyền dẫn Các đặc tính của môi trường truyền dẫn 76 7/3/2019  Tốc độ truyền thông tin: V=I/T ở đó: I - Lượng thông tin truyền T - Thời gian truyền lượng thông tin I 77 7/3/2019 Các đặc tính của môi trường truyền dẫn  Cáp quang:  Sợi thủy tinh  Sợi chất dẻo  Cáp Điện:  Cáp đồng trục  Đôi dây xoắn  Cáp trơn  Vô tuyến:  Vi sóng (microwave)  Sóng truyền hình (TV)  Sóng truyền thanh (radio AM, FM)  Tia hồng ngoại (UV) Các loại môi trường truyền dẫn 78 7/3/2019 C h ấ t lư ợ n g t ă n g  Dải tần hoạt động của các môi trường truyền dẫn Các loại môi trường truyền dẫn 79 7/3/2019  Cáp đôi dây hở (Open- Two Cable)  Là loại môi trường truyền dẫn đơn giản, hai dây dẫn được cách li với nhau bằng khoảng không Các loại môi trường truyền dẫn 80 7/3/2019 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).  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 81 7/3/2019 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)  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 82 7/3/2019 Các loại môi trường truyền dẫn Cáp đôi dây hở (Open- Two Cable) Các loại môi trường truyền dẫn 83 7/3/2019 Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)  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 84 7/3/2019 Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable)  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. 85 7/3/2019 Các loại môi trường truyền dẫn  Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair Cable) Các loại môi trường truyền dẫn 86 7/3/2019 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.  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 87 7/3/2019 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;  Cáp xoắn đôi bọc kim (STP - Shielded Twisted Pair), có một màn chắn để bảo vệ giảm ảnh hưởng của tín hiệu giao thoa 88 7/3/2019 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.  Ngoài ra, ở tần số cao, năng suất tín hiệu bị mất mát nhiều hơn do hiệu ứng bức xạ điện trong dây chỉ ở trên bề mặt  Cáp đồng trục làm giảm tối thiểu hai hiệu ứng trên 89 7/3/2019 Các loại môi trường truyền dẫn Cáp đồng trục (Coaxial Cable)  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.  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 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 )(&)( Hz c fm f c    Các đặc trưng cơ bản  Nguyên lý phản xạ Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng  Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần Khi n1>n2 và  > th 93 7/3/2019 Các loại môi trường truyền dẫn  Cấu tạo sợi quang Các loại môi trường truyền dẫn 94 7/3/2019 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 trong sợi thuỷ tinh. 95 7/3/2019 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  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 96 7/3/2019 Cấu tạo sợi quang  Có ba cách truyền Các loại môi trường truyền dẫn 97 7/3/2019  Ưu điểm:  Sóng ánh sáng miễn dịch với nhiễu điện từ và xuyên âm  Hữu ích trong việc truyền tìn hiệu tốc độ thấp trong môi trường nhiều nhiễu nặng như điện cao thế, chuyển mạch  Ngoài ra dùng trong các nơi có nhu cầu bảo mật cao vì rất khó mắc xen kẽ (câu trộm) về mặt vật lý Các loại môi trường truyền dẫn 98 7/3/2019  Đồ thị sau chỉ ra sự liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục và cáp quang 99 7/3/2019 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. 100 7/3/2019 Các loại môi trường truyền dẫn  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. 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.  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. 101 7/3/2019 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 Các loại môi trường truyền dẫn 102 7/3/2019  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  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 103 7/3/2019  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) dB= 10 log (P1/P2) P1: Công suất tín hiệu đầu đường dây P2: Công suất tín hiệu cuối đường dây Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền 104 7/3/2019  Băng thông của 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 Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền 105 7/3/2019  Biến dạng xung do trễ  Tốc độ lan truyền của một tín hiệu dọc theo một đường truyền thay đổi theo tần số  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.  Méo do trễ gây khó khăn cho việc lấy mẫu tín hiệu Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền 106 7/3/2019  Can nhiệt (tạp âm-noise)  Một thông số quan trong của đường truyền là tỷ số giữa tín hiệu và tạp âm – người ta gọi là SNR – đo bằng dB 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  Tốc độ tối đa của kênh có liên hệ chặt chẽ cới tủ số SNR và xác định theo công thức Shannon-Harley MTR = B 10 log2(1+S/N) Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền 107 7/3/2019 Control Network.  Dưới đây là sơ đồ về mạng ControlNet và các thành phần của nó Các thành phần mạng trong hệ thống 108 Hệ thống cáp mạng của mạng điều khiển (controlNet) bao gồm những thành phần sau:  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 cáp thống qua bộ cáp nhánh (dài 1m) - Drop cable (1 m). Các thành phần mạng trong hệ thống 109  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.  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 110  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 111 Các thành phần mạng trong hệ thống 112 7/3/2019 Repeater  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 113 7/3/2019  Repeater:  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.  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 Các thành phần mạng trong hệ thống 114  Hub được coi là một Repeater có nhiều cổng. Một Hub có từ 4 đến 24 cổng và có thể còn nhiều hơn.  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. Các thành phần mạng trong hệ thống 115 7/3/2019  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. Các thành phần mạng trong hệ thống 116 7/3/2019 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  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.  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 117 7/3/2019  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 118  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,  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 119 7/3/2019  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.  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 thành phần mạng trong hệ thống 120 7/3/2019  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  TIA: Telecommunication Industries Association 121 7/3/2019 Các chuẩn vật lý  Một số chuẩn thông dụng như RS232, RS422, RS485, Trước đây người ta dùng RS (Recommended Standard) hiện nay thay bằng EIA/TIA (Electronic Industry Association / Telecommunication Industry Association) nhưng do thói quen người ta vẫn gọi chúng là các chuẩn RS.  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). 122 7/3/2019 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 transmission mode). 123 7/3/2019 Các chuẩn vật lý Truyền dẫn không đối xứng:  Sử dụng điện áp của một dây dẫn so với đất để thể hiện các trạng thái logic (0, 1) của một tín hiệu số Các chuẩn vật lý 124 7/3/2019  Ưu điểm: Chỉ cần đường dây dất chung cho nhiều kênh tín hiệu trong trường hợp cần thiết nhờ cậy tích kiệm được day dẫn  Nhược điểm dễ nhiễu 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. Các chuẩn vật lý 125 7/3/2019 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 RS232  Ra đời vào năm 1969 bởi hiệp hội EIA và Bell Laboratory  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) 126 7/3/2019 Các chuẩn vật lý  RS232 sử dụng phương thức truyền số liệu không đối xứng. Điện áp dao động trong khoảng -25V -> + 25V. RS232 127 7/3/2019 Với thiết bị nhận quy định mức logic 1 ứng với khoảng điện áp -15V đến -3V  Mức logic "0" ứng với khoảng điện áp từ 3V đến 15V. Khoảng điện áp từ -3V + 3V không được định nghĩa, đây là khoảng chuyển tiếp giữa các mức logic.  Kết nối giữa DTE và DCE có 3 loại giắc cắm DB-9, DB-25, ALT-A (26 chân) 128 7/3/2019 RS232 Chế độ làm việc  Chuẩn RS232 là truyền song công (full-duplex). Việc truyền thông cần tối thiểu 3 dây (hình a).  Hình B là ghép nối trực tiếp giữa hai thiết bị thực hiện chế độ bắt tay RS232 129 7/3/2019  Khoảng cách truyền cho phép (15m), tốc độ tối đa 19,2kBps  Giao diện thông tin point to point hạn chế khi kết nối một vài thiết bị truyền thông với nhau  Truyền không động bộ, cấu trúc khung truyền gồm : 1 bít start, 7-8 bít dữ liệu, 1-0 bít parity, 1-1,5-2 bít stop  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 RS232 130 7/3/2019  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)  Cho phép 10 trạm tớ tham gia trong cấu hình mạng 131 7/3/2019 RS422  Quy định về mức logic trong RS422  Mức điện áp từ -2V - +2V không được định nghĩa nó là khoảng để chuyển trạng thái các mức logic. RS422 132 7/3/2019 Kết nối trong RS422 (1 Master – 10 Slaves) Ở chế độ Hafl– duplex sử dụng 3 dây, ở chế độ full – duplex sử dụng 5 dây 133 7/3/2019 RS422  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.  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 134 7/3/2019 RS485  Mức điện áp từ -1.5V - +1.5V không được định nghĩa nó là khoảng để chuyển trạng thái các mức logic.  Khoảng điện áp cho phép từ -6V - +6V. 135 7/3/2019 RS485  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 136 7/3/2019  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.  Chế độ truyền là song công (full – duplex) RS485 137 7/3/2019  Trở đầu cuối.  Trở đầu cuối dùng cho RS485 có thể từ 100 đến 120 Ohm RS485 138 7/3/2019 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,....  Mã Manchester, truyền động bộ  Cáp truyền dây đôi soắn STP, có khả năng đồng tải nguồn  Cấu trúc mạng, thoẳng, cây, sao hoặc phối hợp  Truyền chênh lệch đối xứng, mức tín hiệu chênh lệch 0.75 – 1V  Tốc độ truyền cố định 31,25kbps MBP 139 7/3/2019  Số trạm tối đa là 32/đoạn, 126/toàn mạng, tối đa 4 bộ lặp  Khoảng cách truyền tối đa 1900m/đoạn, 9500m/toàn mạng  Trở đầu cuối 100 Ohm  Ứng dụng trong Foundation Fieldbus, Profibus PA MBP 140 7/3/2019  Đặt vấn đề  Một số khái niệm liên quan  Các phương pháp phát hiện và sửa lỗi  Giải pháp phần cứng  Giải pháp phần mềm 141 7/3/2019 5.7 Bảo toàn dữ liệu  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  Lỗi ngẫu nhiên: như các nhiễu xung điện đóng mở, xuyên âm (talkcross), ... 142 7/3/2019 Đặt vấn đề  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) Ví dụ: với n= 96 bit, v = 9600bps, R=10^-5 thì TMTBF = 1000s Một số khái niệm liên quan 143 7/3/2019  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.  Nếu trong một bức điện chỉ có thể phát hiện một cách chắc chắn k bit bị lỗi thì HD = k+1  HD = 2 là khoảng cách tối thiểu  Hệ thống đạt độ tin cậy cao thì HD = 6 Một số khái niệm liên quan 144 7/3/2019  Hiệu suất truyền dữ liệu.  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: m- Số lượng bit dữ liệu trong mỗi bức điện n- Chiều dài bức điện p- Tỷ lệ bit lỗi Ví dụ: m=8 bit, n=11 bít, p = 10-3 , Hiệu xuất truyền E= 0.72 m=8 bit, n=24 bít, p = 10-3 , Hiệu xuất truyền E= 0.325 Một số khái niệm liên quan 145 7/3/2019  1 n m p E n    Các vấn đề cần xem xét:  Thuật toán xác định lỗi là gì?  Biện phát kiểm soát lỗi liên quan tới kĩ năng, kĩ thuật nào?  Độ tin cậy  Hiệu suất truyền dữ liệu  Tính đơn giản  Tính thời gian thực Bảo toàn dữ liệu 146 7/3/2019  Cơ chế Bảo toàn dữ liệu 147 7/3/2019  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  Kiểm tra mã dư vòng (CRC - Cyclic Redundancy Check)  Chèn bit (bit stuffing) . 148 7/3/2019 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.  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 Bảo toàn dữ liệu 149 7/3/2019  Tùy theo cách chọn kiểm tra chẵn hay lẻ mà ta thêm bit 1 hay 0 vào cuối của khung truyền.  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) Bit Parity chẳn Bit parity lẻ Sử dụng luật số lẻ (để tổng là số chẳn): - Nếu tổng bit là số chẳn thì thêm vào bit 0 - Nếu tổng bit là số lẻ thì thêm vào bit 1 Sử dụng luật số chẳn (để tổng là số lẻ): - Nếu tổng bit là số lẻ thì thêm vào bit 0 - Nếu tổng bit là số chẳn thì thêm vào bit 1  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.  Số bít lỗi phát hiện được chắc chắn là 1: khoảng cách Hamming (HD) bằng 2. Phương pháp bít chẵn/ lẻ (Parity Bit- VRC) 151 7/3/2019  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.  Việc kiểm tra chẵn lẻ thực hiện theo cả hàng ngang và cột dọc 152 7/3/2019 Phương pháp kiểm tra tổng khối .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 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 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  Tạo LRC (quá trình gửi):  Sắp xếp các đơn vị dữ liệu thành bảng (gồm các hàng và các cột)  Tính VRC chẳn cho từng cột  Giá trị VRC theo trật tự là LRC  Kiểm tra LRC (quá trình nhận):  Sắp xếp các đơn vị dữ liệu thành bảng (gồm các hàng và các cột) kể cả VRC đã được tính ở quá trình gửi.  Tính VRC cho từng cột  Kiểm tra các giá trị tính và giá trị thu được. Phương pháp kiểm tra tổng khối 153 7/3/2019  Bit chẵn lẻ được gắn thêm cho mỗi kí tự  Mỗi khối chọn số lượng kí tự nhất định và thực hiện kiểm tra chẵn lẻ theo hàng dọc và truyền đi Phương pháp kiểm tra tổng khối 154 7/3/2019 11100111 11011101 00111001 10101001 11100111 11011101 00111001 10101001 10101010 11100111 11011101 00111001 10101001 10101010 Original Data LRC  Ví dụ: Kiểm tra thông tin của bản tin nhận được sau: biết hàng và cột kiểm tra chẵn:  Có lỗi không? Lỗi ở đâu? 155 7/3/2019 Phương pháp kiểm tra tổng khối .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 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  Bức điện bị lỗi ở hàng 5, cột 4 ta có thể sửa được  Nếu lỗi ở hai hàng hoặc hai cột khác nhau ta cũng sửa được 156 7/3/2019 Phương pháp kiểm tra tổng khối .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 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  Tuy nhiên nếu nằm trên cùng hàng hoặc cột thì ta chỉ xác định được lỗi, không sửa được 157 7/3/2019 Phương pháp kiểm tra tổng khối .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 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  Nếu có ba lỗi thì phương pháp chắc chắn phát hiện có lỗi nhưng không xác định được một lỗi hay ba lỗi 158 7/3/2019 Phương pháp kiểm tra tổng khối .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 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  Nếu 4 bít lỗi cùng nằm ở hai hàng và hai cột thì không phát hiện được  Phương pháp này tốt hơn phương pháp chẵn lẻ có HD = 4. 159 7/3/2019 Phương pháp kiểm tra tổng khối .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 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  Tìm VRC và LRC của các chuỗi bit sau dùng parity bit chẵn: ← 0011101 1100111 1111111 0000000 Tính VRC: ← 00111010 11001111 11111111 00000000 Tính LRC: 0011101 1100111 1111111 0000000 ----------- 0000101 Vậy LRC cần tìm : ← 0011101 1100111 1111111 0000000 0000101 Ví dụ 160 7/3/2019 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 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/ 161 7/3/2019 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  Phần dư 0000 -> Xác suất rất cao là không có lỗi 163 7/3/2019 Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)  Một số đa thức sinh chuẩn hóa 164 7/3/2019 Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check) CRC-1 x+1 CRC-4-ITU x4+x+1 CRC-5-USB x5+x2+1 CRC-8-ATM x8+x2+x+1 CRC-15-CAN x15+x14+x10+x8+x7+x4+x3+1 CRC-15-MODBUS x15+x13+1 CRC-16-IBM x16+x12+x5+1 CRC-32-IEEE802.3 x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7 +x5+x2+x+1 CRC-64-ISO x64+x4+x3+x+1  CRC nhìn có vẻ phức tạp nhưng thực tế rất đơn giản, các phép chia không nhớ, có thể sử dụng các mạch XOR 165 7/3/2019 Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check)  Cho chuỗi 10 bit: 1010011110 và đa thức sinh là 1011, tìm CRC, kiểm tra lại kết quả. Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check) 166 7/3/2019  Để tìm CRC ta sử dụng phép chia Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check) 167 7/3/2019  Kiểm tra CRC Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check) 168 7/3/2019 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? 2. Thông tin cần truyền 11100110, Đa thức sinh 11001  Thông tin truyền đi? Kiểm soát CRC (Cyclic Redundancy Check) 169 7/3/2019 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.  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.  Ví dụ: với n=5  Thông tin nguồn I = 0111111  Thông tin gửi đi D = 01111101 170 7/3/2019 Nhồi bit (Bit stuffing)  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 mềm, hoặc là tổ hợp của cả hai. 5.4. Kiến trúc giao thức OSI 171 7/3/2019  Mô hình OSI này chỉ được ngành công nghiệp mạng và công nghệ thông tin tôn trọng một cách tương đối.  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. 5.4. Kiến trúc giao thức OSI 172 7/3/2019 Kiến trúc OSI có 7 tầng: 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) 5.4. Kiến trúc giao thức OSI 173 7/3/2019  Dựa trên nguyên tắc phân lớp, môi hình OSI được chia thành 7 lớp với những chức năng phân biệt cho từng lớp.  Mỗi lớp chịu trách nhiệm thực thi một tập các chức năng cụ thể và cung cấp một tập các dịch vụ cụ thể  Các giao thức xác định cho cả các dịch vụ và các phương thức cung cấp các dịch vụ  Mỗi lớp bao gồm hai phần:  Định nghĩa dịch vụ: xác định loại dịch vụ mà lớp đó cung cấp  Đặc tính của giao thức: chi tiết các quy luật chi phối, quản lý việc thực thi một dịch vụ cụ thể  Lớp thấp hơn cung cấp dịch vụ cho lớp cao hơn Các nguyên tắc của mô hình OSI 174 7/3/2019 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 Chức năng của các lớp trong mô hình OSI 175 7/3/2019 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)  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 176 7/3/2019 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 một môi trường truyền dẫn phương tiện truyền thông (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.  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 ứng được truyền qua kênh truyền thông (communication channel). Kiến trúc giao thức OSI 177 7/3/2019 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.  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 178 7/3/2019 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. Kiến trúc giao thức OSI 179 7/3/2019 Tầng giao vận (Transport Layer)  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 180 7/3/2019 Tầng phiên (Session layer)  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 181 7/3/2019 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 mạng. Kiến trúc giao thức OSI 182 7/3/2019 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.  Tầng này là giao diện chính để người dùng tương tác với chương trình ứng dụng và qua đó với mạng. Kiến trúc giao thức OSI 183 7/3/2019  Modbus  AS-I  Profibus (FMS, DP, PA)  CAN  DEVICENET  INTERBUS  Foundation fieldbus  Ethernet Giao thức 184 7/3/2019  Kiến trúc giao thức  Cấu trúc mạng và kĩ thuật truyền dẫn  Cơ chế giao tiếp  Truy cập bus  Cấu trúc bức điện  Mã hóa  Bảo toàn dữ liệu Yêu cầu cho giao thức 185 7/3/2019