Tập bài giảng Truyền số liệu

n thiết bị B 2.75 lần, chúng ta có thể thêm một số bit để đảm bảo tỷ lệ về tốc độ truyền giữa 2 thiết bị là 3. Các bit mở rộng (extra) sẽ được loại bỏ bởi bộ phân kênh. Ghép kênh phân chia theo thời gian không đồng bộ Như chúng ta đã nghiên cứ ở phần trước, kỹ thuật TDM đồng bộ không bảo đảm tận dụng hết khả năng của liên kết (link) được sử dụng. Bởi vì các khe thời gian được gán trước một cách cố định nên mỗi khi có thiết bị kết nối không truyền dẫn thì khe tương ứng của nó sẽ rỗng và do đó có nhiều đường dẫn (path) không sử dụng. Ví dụ, giả sử chúng có 20 máy tính ở đầu ra đã được ghép kênh trên một đường truyền đơn (single line). Sử dụng TDM đồng bộ, tốc độ của mỗi đường như vậy ít nhất cũng phải bằng 20 lần tốc độ của mỗi một đường vào (input line). Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu như chỉ có 10 máy tính được sử dụng cùng lúc? Khi đó, một nửa dung lượng đường truyền sẽ không được sử dụng. TDM không đồng bộ (TDM thống kê) được thiết kế nhằm tránh sự lã phí đã đề cập ở trên. Thuật ngữ “không đồng bộ” có nghĩa một cái gì đó khác trong kỹ thuật ghép kênh nghĩa là nó đề cập đến một lĩnh vực truyền thông khác. Ở đây có nghĩa là linh hoạt và không cố định. Giống như TDM đồng bộ, TDM không đồng bộ cho phép một số các đường vào (input line) có tốc độ truyền thấp ghép kênh thành một đường có tốc độ truyền cao 80 hơn. Không giống như kỹ thuật TDM đồng bộ, trong kỹ thuật TDM không đồng bộ tốc độ truyền tổng thể của các đường vào có thể lớn hơn khả năng của đường truyền (path). Trong hệ thống đồng bộ, nếu có n đường vào, số khe thời gian trong frame là cố định và ít nhất bằng n. Trong hệ thống không đồng bộ, nếu chúng ta có n đường vào, mỗi frame sẽ chứa không quá m khe, m<n (xem hình 3.21.). Theo cách này, TDM không đồng bộ hỗ trợ số đường vào giống như TDM đồng bộ với khả năng liên kết thấp hơn (link). Như vậy, với liên kết như nhau, TDM không đồng bộ hỗ trợ nhiều thiết bị hơn TDM đồng bộ. M U X ` ` ` ` ` 5 đầu vào .. Số đầu vào : 5 Số khe trong mỗi Frame : 3 Frame n Frame 2 Frame 1 Hình 3.21. Không đồng bộ TDM Số khe thời gian trong TDM không đồng bộ (m) dựa trên sự phân tích thống kê số lượng đường vào tham gia truyền dẫn tại thời điểm bất kỳ một cách hợp lý. Thay vì việc gán cố định trước các khe cho các đường vào, mỗi một khe sẽ khả dụng để các đường vào có dữ liệu gửi đi gắn vào. Bộ ghép kênh quét các đường vào và chấp nhận các khối dữ liệu cho đến khi frame đầy, sau đó nó truyền các frame qua liên kết. Nếu không có đủ dữ liệu để điền đầy các khe của frame, frame được truyền đi sẽ chỉ có một phần được lấp đầy, vì vậy khả năng liên kết đầy có thể không thể đạt 100%. Nhưng có thể phân phối các khe thời gian một cách linh hoạt (động), theo cặp với tỷ lệ số khe thời gian/số đường vào thấp hơn, điều này sẽ giảm đi sự lãng phí về khả năng của đường truyền rất lớn. Hình 3.22 minh họa hệ thống có 5 máy tính chia sẻ một liên kết dữ liệu sử dụng kỹ thuật TDM không đồng bộ. trong ví dụ này, kích thước frame có 3 khe. Hình vẽ cũng chỉ ra cách kiểm soát 3 mức truyền dẫn khác nhau. Trong trường hợp thứ nhất, chỉ có 3 trong 5 máy tính có dữ liệu gửi đi. Trong trường hợp thứ hai, có 4 đường gửi dữ liệu, nhiều hơn so với số khe/frame là 1. Trong trường hợp thứ 3 (về mặt thống kê hiếm khi xảy ra), tất cả các đường đều gửi dữ liệu. trong mỗi trường hợp, bộ ghép kênh 81 quét các thiết bị theo thứ tự từ 1 đến 5, đổ dữ liệu vào các khe khi nó gặp dữ liệu cần gửi đi. Trong trường hợp thứ nhất, có 3 đường vào hoạt động tương ứng với 3 khe trong mỗi frame. Đối với frame thứ tư đầu tiên, đầu vào được phân bố đối xứng giữa tất cả các thiết bị truyền thông. Tuy nhiên, ở frame thứ 5, thiết bị 3 và 5 hoàn tất quá trình truyền của nó, nhưng thiết bị 1 vẫn còn 2 ký tự cần truyền đi. Bộ ghép kênh sẽ lấy ký tự A từ thiết bị 1, bỏ qua các thiết bị không truyền dẫn khác và quay trở lại thiết bị 1 để lấy nốt ký tự A cuối cùng. Không có đử dữ liệu để lấp đầy khe cuối cùng trong frame, bộ ghép kênh sẽ truyền frame thứ 5 chỉ có 2 khe có dữ liệu. Hệ thống TDM đồng bộ sẽ cần 6 frame (mỗi frame chứ 5 khe) để truyền tất cả dữ liệu, như vậy tổng số frame cần là 30. Nhưng thực tế chỉ có 14 khe có dữ liệu, do đó bỏ phí không sử dụng đường truyền mất hơn nửa thời gian. Với DTM không đồng bộ, chỉ có 1 khe rỗng trong frame cuối khi truyền, do đó tận dụng được hết khả năng của đường truyền. Hình 3.22. Ví dụ về khung đồng bộ TDM Addressing and Overhead Trường hợp minh họa 2 và 3 ở trên đã chỉ ra nhược điểm chính của kỹ thuật TDM không đồng bộ: làm sao để bộ phân kênh phân biệt được các khe thuộc về đường ra nào? Trong TDM đồng bộ, thiết bị ứng với dữ liệu trong khe thời gian được xác định bởi vị trí của khe thời gian trong frame. Nhưng đối với TDM không đồng bộ, dữ liệu của 1 thiết bị có thể nằm ở các vị trí khác nhau trong các frame khác nhau. Trong khi không có mối quan hệ vị trí cố định, mỗi một khe thời gian phải mang một địa chỉ để báo cho bộ phân kênh biết dữ liệu thuộc về thiết bị nào. Địa chỉ này, chỉ được sử Case 2: Only four lines sending data Case 3: All five lines sending data Case 1: Only three lines sending data 82 dụng một cách cục bộ, do bộ ghép kênh thêm vào và bộ phân kênh sẽ giải mã chúng khi đọc. Trong hình 3.20, các địa chỉ được xác định bởi một con số. Việc thêm các bits đánh địa chỉ cho mỗi một khe thời gian sẽ làm gia tăng overhead của hệ thống không đồng bộ và ảnh hưởng tới hiệu quả truyền dẫn một cách tiềm tàng. Để hạn chế những ảnh hưởng của chúng, các địa chỉ thường chỉ gồm một số nhỏ các bits thậm chí có thể tạo ra ngắn hơn bằng cách chỉ thêm địa chỉ đầy đủ cho phần dữ liệu truyền dẫn đầu tiên, với các phiên bản rút gọn để xác định các phần dữ liệu đến sau đó. Nhu cầu đánh địa chỉ làm cho TDM không đồng bộ kém hiệu quả đối với kỹ thuật dịch chuyển luân phiên cho bit hoặc byte (bit/byte interleaving). Giả sử dịch chuyển luân phiên bit với mỗi bit mang một địa chỉ: một bit dữ biểu diễn dữ liệu, 3 bits biểu diễn địa chỉ. Như vậy mất 4bits để chuyển 1 bit dữ liệu và nếu như liên kết (link) luôn đầy thì cũng chỉ có ¼ khả năng của đường chuyền được sử dụng có hiệu quả. Do đó, TDM không đồng bộ chỉ thực sự có hiệu quả nếu như kích thước của khe thời gian tương đối lớn. 3.2.3. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mã CDM Trong kỹ thuật CDM (Code Division Mutiplexing) tất cả các kênh sẽ sử dụng đồng thời một băng thông và khoảng thời gian, bằng cách sử dụng tập mã trực giao. Mỗi kênh sẽ được gán một mã nhất định. Dữ liệu của các kênh trước khi phát đi sẽ được nhân với một mã trải phổ để giãn phổ tín hiệu ra toàn băng thông, ở phía thu dữ liệu sẽ được khôi phục bằng cách nhân lại với mã trải phổ tương ứng. CDM là một kỹ thuật ghép kênh khá phức tạp đòi hỏi sự đồng bộ mã trải phổ và kỹ thuật điều khiển công suất chính xác. Ghép kênh phân chia theo mã chính là đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Nguyên lý chung của CDMA được thể hiện như hình 3.23. Hình 3.23. Nguyên lý đa truy nhập phân chia theo mã Trong CDMA, nhiều người sử dụng có thể dùng chung tần số và trong cùng thời gian. Để không gây nhiễu cho nhau, mỗi người sử dụng chỉ được phép phát đi một 83 năng lượng bit (Eb) nhất định để đảm bảo tỷ số Eb/ N0 quy định, trong đó Eb là năng lượng bit của tín hiệu cần thu và N0 là mật độ phổ tạp âm tương đương gây ra do các tín hiệu của người sử dụng khác. Để giảm mật độ phổ tạp âm cần phải trải phổ tín hiệu của người sử dụng trước khi phát. Ngoài ra, để máy thu có thể phân biệt được tín hiệu cần thu với các tín hiệu khác, mỗi tín hiệu phát đi phải được cài khẩu ngữ riêng theo một mã nhất định. Có thể so sánh CDMA như là nhiều người trong phòng nói chuyện với nhau từng đôi một theo các ngôn ngữ khác nhau (các mã khác nhau). Nếu nói khẽ (N0 nhỏ) thì họ hoàn toàn không gây nhiễu cho nhau. Hình 3.22 biểu thị N người sử dụng, mỗi người được mã hoá bằng một mã riêng, được ký hiệu từ 1 đến N. Mỗi khối con đặc trưng cho sự chiếm tiềm năng vô tuyến của người sử dụng: tần số, thời gian và E0. Hình 3.23. Sơ đồ bộ phát CDMA Hình 3.24. Sơ đồ bộ thu CDMA Ban đầu, được sử dụng trong quân sự (do tính bảo mật cao và chất lượng tốt). Hiện nay, CDM được sử dụng chủ yếu trong thông tin di động. 84 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 3 Câu 1: Hãy trình bày kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDM. Câu 2 : Trình bày cấu tạo, tham số, đặc điểm của đường truyền cáp song hành. Câu 3: Trình bày cấu tạo, tham số, đặc điểm của đường truyền cáp xoắn. Câu 4: Trình bày cấu tạo và đặc điểm của cáp quang. Câu 5: Trình bày cấu tạo và đặc điểm của cáp xoắn và cáp đồng trục. Câu 6: Việc chia sẻ môi trường và đường truyền cho nhiều thiết bị được gọi? a. Điều chế b. Mã hóa c. Hạng mục đường dây d. Ghép kênh Câu 7: Thiết bị nào cần cho quá trình ghép kênh? a. Đường truyền dữ liệu dung lượng cao b. Truyền song song c. QAM d. Modem Câu 8: Kỹ thuật ghép kênh nào được dùng cho tín hiệu analog? a. FDM b. TDM đồng bộ c. TDM không đồng bộ d. b và c Câu 9: Ghép kênh nào dùng cho ghép kênh số? a. FDM b. TDM đồng bộ c. TDM không đồng bộ 85 d. b và c Câu 5: Băng bảo vệ làm gia tăng băng thông của: a. FDM b. TDM đồng bộ c. TDM không đồng bộ d. WDM Câu 6: Kỹ thuật ghép kênh nào dịch chuyển mỗi tín hiệu đến các tần số sóng mang khác nhau? a. FDM b. TDM đồng bộ c. TDM không đồng bộ d. b và c Câu 7 Một môi trường truyền dẫn đơn giản nhất là a. Đường truyền 2 dây không xoắn b. Đường truyền 2 dây xoắn c. Đường truyền cáp đồng trục d. Đường truyền vệ tinh Câu 8: Các vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc thường thuộc dạng địa tĩnh phát biểu nào sau đây là đúng a. Không cần đồng bộ với sự quay của trái đất b. Cần đồng bộ với sự quay của trái đất c. Quỹ đạo quanh trái đất mất 24 giờ nhằm đồng bộ với sự quay quanh mình của trái đất và do đó vị trí của vệ tinh là đướng yên so với mặt đất d. Qũy đạo quanh trái đất mất 12 giờ Câu 9: Cho biết loại cáp có một lõi kim loại đồng và lớp vỏ bọc làm dây dẫn thứ hai: a. cáp xoắn đôi b. cáp đồng trục c. cáp quang d. cáp đôi xoắn có giáp bọc Câu 10: Trong cáp quang, thì nguồn tín hiệu có dạng: 86 a. ánh sáng b. sóng vô tuyến c. hồng ngoại d. tần số rất thấp Câu 11: Cho biết dạng nào không phải là môi trường có định hướng: a. cáp xoắn đôi b. cáp đồng trục c. cáp quang d. khí quyển Câu 12: Trong môi trường có các thiết bị điện áp cao, thì môi trường truyền tốt nhất là: a. cáp xoắn đôi b. cáp đồng trục c. cáp quang d. khí quyển Câu 13: Cho biết yếu tố quan trọng làm cho cáp đồng trục có tính chống nhiễu tốt hơn so với cáp xoắn đôi: a. lõi dẫn điện b. kích thước cáp c. bề mặt ngoài dẫn điện d. chất cách điện Câu 14: Trong cáp quang thì lõi có mật độ ra sao so với lớp sơn bọc: a. mật độ cao hơn b. mật độ thấp hơn c. cùng mật độ d. một tên khác Câu 15: Lõi của cáp quang được chế tạo từ chất liệu gì: a. thủy tinh hay plastic b. đồng c. lưỡng kim d. chất lỏng Câu 16: 87 Thông tin vô tuyến chia thành các dải sóng dựa trên tiêu chuẩn nào: a. biên độ b. tần số c. chi phí và phần cứng d. môi trường truyền dẫn Câu 17: Một vệ tinh trong quĩ đạo địa tĩnh thì sẽ đi hết một quĩ đạo trong: a. một giờ b. 24 giờ c. một tháng d. một năm Câu 18: Nếu vệ tinh là địa tĩnh, thì cự ly so với trạm mặt đất sẽ là: a. không đổi b. thay đổi theo thời gian trong ngày c. thay đổi theo bán kính của quĩ đạo d. tất cả đều sai Câu 19: Khi một chùm tia đi qua môi trường có hai mật độ thì nếu góc tới lớn hơn góc tới hạn, hiện tượng nào xuất hiện: a. phản xạ b. khúc xạ c. tới d. tới hạn Câu 20: Trong chế độ truyền dẫn cáp quang nào mà chùm tia di chuyển hầu như theo chiều ngang và vùng lõi có mật độ thấp có đường kinh bé hơn so với các chế độ truyền dẫn khác: a. multimode step-index b. multimode graded-index c. multimode single index d. single mode Câu 21: Phương pháp truyền dẫn nào chịu nhiều ảnh hưởng của méo dạng: a. multimode step-index b. multimode graded-index c. multimode single index 88 d. single mode Câu 22: Trong chế độ truyền dẫn nào mà lõi có mật độ thay đổi: a. multimode step-index b. multimode graded-index c. multimode single index d. single mode Câu 23: Khi nói đến môi trường không định hướng, tức là nói đến môi trường: a. dây kim loại b. dây không kim loại c. khí quyển d. tất cả đều sai Câu 24: Cáp quang không giống như cáp điện, vì không bị ảnh hưởng của: a. truyền dẫn tần số cao b. truyền dẫn tần số thấp c. nhiễu điện từ trường d. tất cả đều sai Câu 25: Trong thông tin di động, vùng dịch vụ được chia thành nhiều phần nhỏ, được gọi là: a. cell b. cell office c. MTSO d. điểm chuyển tiếp Câu 26: Ghép kênh liên quan đến a. một đường và một kênh truyền b. một đường và nhiều kênh truyền c. nhiều đường và một kênh d. nhiều đường và nhiều kênh Câu 27: Trong TDM đồng bộ, khi có n nguồn tín hiệu, mỗi frame chứa ít nhất bao nhiêu khe: a. n 89 b. n+1 c. n-1 d. 0 đến n Câu 28: Trong TDM không đồng bộ, nếu có n nguồn tín hiệu, mỗi frame có m slot, m thường ra sao so với n: a. Nhỏ hơn b. nhiều hơn c. bằng d. nhỏ hơn 1 Câu 29: Trong TDM không đồng bộ, tốc độ truyền của đường ghép kênh thường ra sao so với tốc độ truyền của nguồn tín hiệu: a. Thấp hơn b. cao hơn c. bằng d. nhỏ hơn 1 Câu 30: Dạng ghép kênh nào có nhiều đường truyền a. FDM b. TDM không đồng bộ c. TDM đồng bộ d. ghép kênh nghịch 90 CHƯƠNG 4: TRUYỀN DẪN ĐỒNG BỘ VÀ BẤT ĐỒNG BỘ 4.1. Truyền dẫn bất đồng bộ 4.1.1. Khái quát Trong kỹ thuật truyền dẫn, có hai phương pháp phổ biến để đạt được sự đồng bộ như mong muốn. Phương pháp thứ nhất, với cái tên có thể dễ gây nhầm lẫn, đó là kỹ thuật truyền dẫn bất đồng bộ. Mục đích của phương pháp này là tránh vấn đề định thời bằng cách gửi đi dòng bit không quá dài, không bị gián đoạn. Thay vào đó, dữ liệu sẽ được truyền đi dưới dạng từng ký tự với chiều dài từ 5 đến 8 bit và khoảng cách các ký tự là ngẫu nhiên. Sự đồng bộ hay định thời chỉ cần duy trì trong mỗi ký tự. Phía máy thu sẽ đồng bộ lại tại điểm bắt đầu của một ký tự mới. Mỗi ký tự có thể gồm 5 bit đối với mã Baudot, 7 bit nếu là mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) và 8 bit nếu là mã EBCDIC (Extended Binary-Coded Decimal Information Code, mã BCD mở rộng). Hình 4.1 minh họa cho chế độ truyền dẫn bất đồng bộ. Khi không có dữ liệu truyền giữa máy thu và máy phát thì trạng thái đường truyền là rỗi. Định nghĩa trạng thái rỗi của đường truyền tương đương với tín hiệu bit 1. Điểm bắt đầu của mỗi ký tự được báo hiệu bởi start bit với giá trị nhị phân là 0 (có thể là mức điện áp hoặc dòng điện), tiếp đến là từ 5 đến 8 bit mang thông tin của ký tự, ta gọi là các bit dữ liệu. Trong nhiều trường hợp, các bit dữ liệu được theo sau bởi bit kiểm tra chẵn lẻ. Bit này thiết lập bởi máy phát dựa vào tổng số bit 1 trong ký tự, bao gồm cả bit kiểm tra, là chẵn (kiểm tra chẵn) hay là lẻ (kiểm tra lẻ), phụ thuộc vào sự thuận lợi khi sử dụng. Máy thu sử dụng bit này để phát hiện lỗi mà sẽ được trình bày trong chương sau. Phần tử cuối cùng là các stop bit, với giá trị nhị phân là 1. Chiều dài nhỏ nhất cho phần tử stop có thể bằng 1, 1.5 hoặc 2 lần thời gian của một bit thông thường. Không quy định chiều dài tối đa cho phần tử stop. Bởi vì phần tử stop giống với trạng thái đường truyền rỗi nên máy phát sẽ tiếp tục truyền đi phần từ stop cho đến khi nó sẵn sàng gửi một ký tự tiếp theo. Các yêu cầu định thời cho kỹ thuật này không khắt khe. Ví dụ, các ký tự IRA cơ bản là được gửi đi một khối gồm 8 bit, bao gồm cả bit kiểm tra chẵn lẻ. Nếu máy thu nhanh hoặc chậm hơn máy phát 5% thì việc lấy mẫu của bit thứ 8 trong ký tự sẽ bị dời đi 45%, và vẫn sẽ được lấy mẫu đúng. 91 Hình 4.1. Truyền dẫn bất đồng bộ Ví dụ 4.1: Giả sử tốc độ truyền dữ liệu của máy phát là 10 Kbps. Máy thu nhanh hơn máy phát 6%. Hãy cho biết trong trường hợp này có xảy ra lỗi thu không? Giải: Vì tốc độ truyền dữ liệu của máy phát là 10 Kbps, nên thời gian của một bit là 0,1µs. Máy thu nhanh hơn máy phát 6%, tương đương với 6µs/ thời gian bit. Do đó, máy thu lấy mẫu các ký tự nhận được là cứ 94 µs (tính theo đồng hồ máy phát). Và như vậy mẫu cuối cùng sẽ bị lỗi. Hình 4.2 chỉ ra ảnh hưởng của một lỗi định thời đủ lớn để gây ra lỗi khi thực hiện việc nhận dữ liệu. Hình 4.2. Ảnh hưởng của lỗi định thời Chú ý: - Dữ liệu của một ký tự truyền theo thứ tự thời gian là bit có trọng số thấp nhất (LSB) truyền trước và bit có trọng số cao nhất (MSB) truyền sau. Kỹ thuật truyền dẫn bất đồng bộ thường được ứng dụng trong các bộ phát ngẫu nhiên (keyboard) hay các bộ phát dữ liệu tốc độ thấp < 20Kbps. 92 Ví dụ 4.2: Người sử dụng (user) nhập ký tự từ bàn phím vào máy tính. Rõ ràng, với dạng thông tin này, người sử dụng gõ bàn phím theo một tốc độ không xác định vào khoảng thời gian giữ hai ký tự nhập thành công là ngẫu nhiên. Điều này có nghĩa là tín hiệu trên đường dây sẽ ở trạng thái nhàn rỗi (marking) trong một khoảng thời gian dài giữa hai ký tự. Do vậy, với dạng thông tin này buộc máy thu phải đồng bộ trở lại tại thời điểm đầu của mỗi ký tự mới đến. Để thực hiện được điều này thì trước khi truyền mỗi ký tự đều được đóng gói giữa một start bit và một hay nhiều stop bit. Truyền dẫn bất đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi do việc phối ghép các đầu cuối dữ liệu theo phương thức truyền này có giá tương đối rẻ. Phần lớn các máy tính các nhân dùng các interface không đồng bộ do yêu cầu về đồng bộ giữa thiết bị thu được thực hiện trên cơ sở từng ký tự. Sai lệnh do sự không chính xác về định thời giữa bên phát và bên thu bị giới hạn chỉ trong mỗi ký tự. Nói cách khác, một độ chính xác thấp giữa định thời thu và định thời phát vẫn chấp nhận được, nhờ vậy giảm giá thành các thành phần. Trong truyền dẫn bất đồng bộ, đồng hồ thu không được đồng bộ với đồng hồ phát. Để xử lý thu hiệu quả, cần phải có kế hoạch dùng đồng hồ thu để lấy mẫu tín hiệu đến ngay điểm giữa thời bit của dữ liệu. Để đạt được điều này, tín hiệu đồng hồ thu nhanh gấp N lần đồng hồ phát và mỗi bit dịch vào SIPO sau N chu kỳ xung đồng hồ. Sự chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 là dấu hiệu của start bit có ý nghĩa bắt đầu của một ký tự và chúng được dùng để khởi động bộ đếm xung đồng hồ ở máy thu. Mỗi bit bao gồm cả start bit, được lấy mẫu tại khoảng giữa thời bit. Ngay sau khi phát hiện, start bit được lấy mẫu sau N/2 chu kỳ xung đồng hồ, được tiếp tục lấy mẫu sau mỗi N xung đồng hồ tiếp theo cho mỗi bit cho ký tự. Lược đồ tổng quát được trình bày trên hình 4.3 a; các nguyên lý định thời trên hình 4.3 b và 3 ví dụ về tỉ lệ tốc độ xung đồng hồ khác nhau trong phần 4.3 c. 93 94 Hình 4.3. Truyền bất đồng bộ: a) Nguyên lý hoạt động; b) Các nguyên tắc định thời; c) Ví dụ về tốc độ xung đồng hồ khác nhau. Chú ý: Đồng hồ thu chạy không đồng bộ với tín hiệu đến, các vị trí tương đối của hai tín hiệu có thể ở bất kỳ vị trí nào trong một chu kỳ của xung đồng hồ thu, với N càng lớn thì vị trí lấy mẫu có khuynh hướng gần giữa thời bit. Do vậy ở chế độ truyền này tốc độ truyền không thể cao được. 4.1.2. Nguyên tắc đồng bộ bit - Trong kỹ thuật truyền dẫn bất đồng bộ, trước khi truyền các bit dữ liệu thì máy phát gửi đi 1 start bit. - Tại máy thu, khi chưa có dữ liệu thì đường truyền ở trạng thái rỗi, giá trị nhị phân là 1, bộ chia N chưa cho phép hoạt động → chưa có tín hiệu lấy mẫu. - Khi phát hiện được trạng thái chuyển đổi mức điện áp (vị trí bắt đầu của start bit) thì phía thu sẽ chờ sau N/2 chu kỳ xung đồng hồ thu (vị trí giữa của start bit) để lấy mẫu. Sau đó, cứ sau mỗi N chu kỳ xung đồng hồ thì tạo ra một xung lấy mẫu, xung lấy mẫu có đặc điểm là tần số bằng tần số xung đồng hồ phía máy phát. Khi N càng lớn thì xung lấy mẫu càng tiến về điểm giữa của bit. - Sau khi có xung lấy mẫu, tín hiệu sẽ được lấy mẫu và so sánh với mức ngưỡng tối ưu để quyết định bit đã phát là 0 hoặc 1. - Stop bit dùng để thiết lập lại đường truyền trở về trạng thái rỗi sau khi truyền xong một ký tự. Nhờ có stop bit mà 2 ký tự liên tiếp nhau vẫn có thể thực hiện được quá trình đồng bộ bit. Chú ý: Sự đồng bộ càng chính xác khi N càng lớn. 4.1.3. Nguyên tắc đồng bộ ký tự Sau khi đồng bộ bit quá trình đồng bộ ký tự sẽ diễn ra như sau: 95 - Máy phát và máy thu được điều khiển để có cùng số bit trong mỗi chuỗi bit truyền đi (start, data, parity và stop bit) phát và thu bằng nhau. - Sau khi nhận được start bit, phía thu sẽ thực hiện việc đồng bộ ký tự bằng cách đếm số bit đã được lập trình. Sau đó chuyển nội dung ký tự vừa thu được vào bộ đệm và chờ thu ký tự mới - Để quy định chuẩn truyền thông (protocol), người ta thường dùng cách viết tổng hợp các thông số: tốc độ, data bit, parity bit, stop bit. Ví dụ 4.3: 300 7 E 1 hoặc 9600 8 N 1 hoặc 1200 7 O 1 300: chỉ tốc độ, đơn vị là bps 7: chỉ số bit dữ liệu E (event): kiểm tra parity chẵn 1: stop bit N (none): không có chế độ kiểm tra parity O (odd): kiểm tra parity lẻ 4.1.4. Nguyên tắc đồng bộ khung (frame) - Trong việc truyền dữ liệu, thông tin được truyền đi theo các khung. Do đó, để thu được hoàn chỉnh một khung thì phía thu phải xác định được vị trí bắt đầu và kết thúc của khung, điều này được gọi là đồng bộ khung. - Nếu khối dữ liệu truyền là dạng in được (printable character): Máy phát phát đi ký tự bắt đầu khung là STX (Start of Text) và phát đi ký tự kết thúc một khung là ETX (End of Text). Máy thu dựa vào STX và ETX để thu được hoàn chỉnh nội dung một khung dữ liệu. - Nếu khối dữ liệu truyền đi có chứa các ký tự không in được (non-printable character) ví dụ như STX hoặc ETX thì việc đồng bộ khung được thực hiện bằng cách chèn thêm ký tự DLE (Data Link Esc): Bắt đầu khung là DLE + STX. Kết thúc khung là DLE + ETX. - Nếu trong nội dung khối dữ liệu truyền có chứa ký tự DLE thì nó phải truyền một cặp ký tự DLE liên tiếp. Máy thu khi nhận được một cặp ký tự DLE liên tiếp trong nội dung thu thì đồng bộ thành một ký tự DLE. 96 Hình 4.4. Đồng bộ khung Giả sử khi phát: “A B C” thì bên phía thu sẽ thu được: STX A B C ETX Ví dụ 4.4: Một khối dữ liệu được truyền qua một liên kết số liệu nối tiếp. Nếu một đồng hồ có tần số 19,2 kHz tại máy thu, hãy suy ra tỉ lệ tốc độ đồng hồ thích hợp và ước lượng độ lệch trong trường hợp xấu nhất từ trung tâm của thời bit danh định, biểu diễn theo phần trăm của thời bit cho các tốc độ truyền số liệu sau đây: a) 1200bps b) 2400bps c) 9600bps Giải: Có thể dễ dàng suy ra từ hình 4.3(c) ở trên rằng độ lệch trong trường hợp xấu nhất là xấp xỉ một chu kỳ của xung đồng hồ. Do đó: a) Với tốc độ 1200bps thì tỉ lệ RxC cực đại có thể là x16. Độ lệch tối đa là 6,25%. b) Với tốc độ 2400bps thì tỉ lệ RxC cực đại có thể là x8. Độ lệch tối đa là 12,5%. c) Với tốc độ 9600bps thì tỉ lệ RxC cực đại có thể là x2. Độ lệch tối đa là 50%. Rõ ràng trường hợp sau cùng là không thể chấp nhận được. Với đường dây chất lượng thấp, đặc biệt phải chịu trễ lớn thì ngay cả trường hợp thứ hai cũng không tin cậy. Điều này giải thích vì sao tỉ lệ x16 luôn được dùng bất cứ khi nào có thể. Nhận xét: Kỹ thuật truyền dẫn bất đồng bộ yêu cầu định thời đơn giản thực hiện đơn giản và chi phí thấp, tuy nhiên các bit overhead (bao gồm các bit dành cho điều khiển, kiểm tra) có thể lên đến 2, 3 bit trên mỗi ký tự. Giả sử, với một ký tự 8 bit không sử dụng bit kiểm tra chẵn lẻ, chèn thêm 1 start bit và 2 stop bit thì cứ 10 bit lại có 3 bit overhead để đồng bộ. Khi đó, hiệu suất truyền cao nhất là:  = số bit thông tin/ Tổng số bit truyền = 8/ (8+1+2) = 0,727 = 72,7 % Trong thực tế, nếu có sử dụng bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit) thì giá trị này còn nhỏ hơn. Tỉ lệ các bit overhead có thể giảm đi khi ta tăng số bit cho mỗi khối dữ liệu truyền 97 giữa các start bit stop. Tuy nhiên, như hình 4.2 đã chỉ ra, khối bit truyền càng lớn thì lỗi định thời tích lũy càng tăng. Để đạt được hiệu suất cao hơn, một phương pháp đồng bộ khác được sử dụng. Đó là kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ. 4.2. Truyền dẫn đồng bộ 4.2.1. Khái quát Việc thêm các start bit và nhiều stop bit vào mỗi ký tự hay byte trong thông tin nối tiếp bất đồng bộ làm cho hiệu suất truyền giảm xuống, đặc biệt là khi truyền một thông điệp gồm một khối ký tự. Mặt khác, phương pháp đồng bộ bit được dùng ở đây trở nên thiếu tin cậy khi gia tăng tốc độ truyền. Vì lý do này người ta đưa ra phương pháp mới gọi là truyền đồng bộ. Truyền đồng bộ khắc phục được những nhược điểm như trên. Tuy nhiên, cũng giống như truyền bất đồng bộ, chúng ta chỉ cho phép những phương pháp nào cho phép máy thu đạt được sự đồng bộ bit, đồng bộ ký tự và đồng bộ frame. Trong truyền dẫn đồng bộ, dữ liệu được chia thành các khối dài, gọi là khung (frame). Thay vì sử dụng các start bit, stop bit để thông báo điểm bắt đầu và kết thúc của khung thì phương thức đồng bộ sử dụng các ký tự đồng bộ SYN và ký tự kết thúc EOT (End Of Transmission) hoặc các cờ báo. Chúng được dùng để báo hiệu một cách tương ứng cho đầu thu biết rằng, các dữ liệu sắp được đưa tới hay dữ liệu cuối cùng đã tới. Nội dung trường tin thường rất dài, nhờ vậy đảm bảo hiệu suất đường truyền cao hơn, song cũng đòi hỏi yêu cầu nghiêm ngặt hơn về độ chính xác đồng bộ giữa đầu phát và đầu thu. Về góc độ truyền tín hiệu số thì bên phát và bên thu sử dụng một đồng hồ chung, nhờ đó máy thu có thể đồng bộ được với máy phát trong hoạt động dịch bit để thu dữ liệu. Như vậy, cần phải có kênh thứ hai (cần hiểu hoặc là cặp dây dẫn hoặc là một kênh trên đường ghép kênh hay kênh do mã hoá) cho tín hiệu đồng hồ chung. Trong thực tế, có hai lược đồ truyền nối tiếp đồng bộ: - Truyền đồng bộ thiên hướng bit - Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự. 98 Hình 4.5. Cơ sở cho truyền đồng bộ. Đặc điểm của kỹ thuật truyền đồng bộ: Hình 4.6. Mã hoá xung đồng hồ - Máy thu hoặc sử dụng chung bộ tạo xung đồng hồ của máy phát hoặc sử dụng bộ tạo xung đồng hồ riêng nhưng đồng bộ với máy phát. - Cả khối dữ liệu sẽ được truyền đi dưới dạng chuỗi bit liên tiếp (không có sự phân cách từng ký tự). - Hiệu suất cao hơn truyền bất đồng bộ, do đó, được sử dụng trong trường hợp truyền dữ liệu tốc độ cao. 4.2.2. Nguyên tắc đồng bộ bit Có hai kiểu điều khiển truyền đồng bộ: đồng bộ thiên hướng ký tự và đồng bộ thiên hướng bit. Cả hai đều dùng nguyên tắc đồng bộ bit giống nhau. Khác nhau chủ yếu giữa hai lược đồ là phương pháp được dùng để đạt được sự đồng bộ ký tự và đồng bộ frame. Máy thu đồng bộ bit với máy theo các cách sau: 99 - Mã hoá và tách xung đồng hồ: thông tin định thời được nhúng vào trong tín hiệu truyền và sau đó được tách ra bởi máy thu. Hình 4.7. Mạch mã hóa xung đồng hồ - Sử dụng mạch vòng khoá pha số (DPLL - Digital Phase Lock Loop): Nguyên lý này là máy thu sẽ đồng bộ với máy phát nhờ vào mạch vòng khóa pha số để tạo nhịp bám theo dòng dữ liệu đến. Để đồng hồ thu duy trì được sự đồng bộ với đồng hồ phát thì chuỗi dữ liệu phát phải được mã hoá để có đủ sự thay đổi trạng thái từ 0 → 1 hay từ 1 → 0. Hình 4.8. Mã hóa dùng mạch DPLL - Kết hợp cả 2 phương pháp trên (phương pháp Hybrid). Khi tốc độ bit tăng lên thì rất khó khăn trong việc duy trì được sự đồng bộ. Do vậy mã hoá Manchester và DPLL kết hợp như kỹ thuật lai cũng được đưa vào sử dụng. DPLL được dùng để giữ tín hiệu clock đồng bộ với tín hiệu nhận được. Việc dùng mã hoá Manchester có nghĩa là có ít nhất một sự chuyển trạng thái tín hiệu trong một bit so với trường hợp của NRZI (NRZI có một chuyển trạng thái trong 5 bit). Vì vậy, tín hiệu đồng hồ cục bộ duy trì đồng bộ tin cậy hơn. Tuy nhiên, khi áp dụng mã Manchester thì một băng thông rộng hơn là cần thiết và đây là nhược điểm của phương pháp này. 100 Hình 4.9. Phương pháp Hybrid 4.2.3. Truyền đồng bộ thiên hƣớng ký tự Các giao thức hướng ký tự được phát triển từ những năm 1960 và hiện đang được dùng khá rộng rãi, tuy đã được thay thế nhiều bởi các giao thức đồng bộ hướng bit. Chúng ta xem xét một giao thức hướng ký tự có tên là giao thức điều khiển đồng bộ nhị phân BSC. Giao thức này gắn với một bộ mã ký tự cụ thể (ASCII). Trong bộ mã này, một số ký tự là ký tự văn bản, một số là ký tự điều khiển. 101 Hình 4.10. Truyền đồng bộ hướng ký tự: a) Khuôn dạng frame; b) Sự đồng bộ ký tự; c) Quá trình trong suốt dữ liệu. Truyền đồng bộ hướng ký tự được dùng chủ yếu để truyền các khối ký tự như là các tập tin dạng text. Vì không có start bit hay stop bit nên cần phải có cách thức để đồng bộ ký tự. Để thực hiện việc đồng bộ này, bên phát thêm vào các ký tự điều khiển truyền, gọi là các ký tự đồng bộ SYN, ngay trước các khối ký tự truyền. Các ký tự điều khiển này phải có 2 chức năng: trước hết, chúng cho phép máy thu duy trì đồng bộ bit. Thứ hai, khi điều này đã được thực hiện, chúng cho phép máy thu bắt đầu biên dịch luồng bit thu theo các danh giới ký tự chính xác - sự đồng bộ ký tự. Sự đồng bộ khung đạt được theo phương thức giống như truyền bất đồng bộ bằng cách đóng gói khối ký tự giữa cặp ký tự điều khiển truyền STX - ETX. Các ký tự điều khiển SYN thường được dùng bởi bộ thu để đồng bộ ký tự thì đứng trước ký tự STX (start of frame). Khi bên thu đã đạt được đồng bộ bit nó sẽ chuyển vào chế độ làm việc gọi là chế độ bắt số liệu. Khi bên thu vào chế độ bắt số liệu, nó bắt đầu dịch dòng bit trong một cửa sổ 8 bit khi tiếp nhận một tin mới. Bằng cách này, khi nhận được mỗi bit, nó kiểm tra 8 bit sau cùng có đúng bằng ký tự đồng bộ không. Nếu không bằng, nó tiếp tục thu bit kế tiếp và lặp lại thao tác kiểm tra này. Nếu tìm thấy ký tự đồng bộ, các ký tự kế tiếp được đọc sau mỗi 8 bit thu được. Khi ở trong trạng thái đồng bộ ký tự (và do đó đọc các ký tự theo đúng danh giới bit), máy thu bắt đầu xử lý mỗi ký tự thu nối tiếp để dò ra ký tự STX đầu frame. Khi phát hiện một STX, máy thu xử lý nhận nội dung khung và chỉ kết thúc công việc này khi phát hiện ra ký tự ETX. Trên một liên kết điểm - nối - điểm, thông thường bên phát sẽ quay trở lại truyền các ký tự SYN để bên thu duy trì cơ cấu đồng bộ. Dĩ nhiên, toàn bộ thủ tục trên đều phải được lặp lại mỗi khi truyền một frame mới. Khi dữ liệu nhị phân đang được truyền, sự trong suốt dữ liệu đạt được giống như phương pháp đã được mô tả trong mục “ nguyên tắc đồng bộ frame” trước đây, có 102 nghĩa là dùng một ký tự DLE chèn vào trước STX và ETX, và chèn một DLE vào bất cứ nội dung nào có chứa một DLE. Ví dụ về các giao thức thiên hƣớng ký tự thƣờng gặp. a) Giao thức XMODEM Giao thức XMODEM được sử dụng rất rộng rãi và trở thành một trong những giao thức truyền nhận tập tin chuẩn mà tất cả các chương trình truyền số liệu phải có. Gói dữ liệu của XMODEM Trong giao thức XMODEM tất cả các field ngoại trừ field thông tin, đều có độ dài là một byte như sau SOH Chỉ số thứ tự Bù 1 của số thứ tự Thông tin Kiểm tra Chỉ số thứ tự của gói truyền dầu tiên là 1 và các số tiếp theo được tăng dần, module với 256. Ngoài ra còn có field để chứa giá trị bù 1 của số thứ tự gói hiện hành trong field số thứ tự trước đó. Vùng thông tin có độ dài cố định là 128 bytes, thông tin có thể là dạng text hoặc nhị phân. Vùng kiểm tra là một byte, dùng phương pháp kiểm tra kiểu tổng BSC và chỉ tính theo nội dung của vùng thông tin. Sau này giao thức XMODEM - CRC sử dụng field kiểm tra có độ dài 2 byte và dùng phương pháp kiểm tra CRC với đa thức sinh theo CCITT là X16 +X12+X5 +1 . b) Giao thức YMODEM. Giao thức YMODEM là được mở rộng của giao thức XMODEM, được đưa ra đầu tiên vào năm 1981 để chạy trên hệ điều hành CP/ M . YMODEM có điểm cải tiến so với XMODEM là nó cho phép truyền nhận các khối dữ liệu có độ dài 1024 bytes (gấp 10 lần khối dữ liệu của XMODEM). Nếu đường truyền không tốt, YMODEM tự động giảm độ dài khối xuống 128 bytes để giảm bớt số byte phải truyền lại khi phát hiện sai. Như vậy trong trường hợp xấu nhất thì độ dài và chất lượng truyền sẽ bằng giao thức XMODEM Bên cạnh đó, YMODEM còn có một cải tiến nhằm giảm khả năng hư hỏng khi kết thúc truyền một tập tin. Như đã biết XMODEM sẽ huỷ bỏ việc truyền nhận một tập tin ngay khi nhận được mẫu bit của ký tự Ctrl - X (ký tự ASCII là CAN) mẫu bit này rất dễ được tạo ra bởi nhiễu trên đường truyền. Trong khi YMODEM yêu cầu phải có hai ký tự CAN liên tiếp nhau mới huỷ bỏ việc truyền nhận tập tin. YMODEM còn cung cấp 2 tính năng có ý nghĩa cho người sử dụng, đó là việc sử dụng phương pháp phát hiện và kiểm tra sai CRC và truyền các thông tin liên quan đến tập tin truyền cho máy thu. Các thông tin này gồm có tên tập tin, ngày, giờ và kích thước tập tin được truyền, các thông tin này ở trong khối đầu tiên khi bắt đầu việc truyền. 103 c) Giao thức Kermit. Giao thức Kermit xuất phát từ trường đại học Columbia vào năm 1981. Giao thức Kermit không chỉ cho phép thực hiện truyền và nhận tập tin giữa các máy tính nhỏ như giao thức XMẶDỌM mà còn cho phép truyền và nhận tập tin giữa các hệ thống lớn như DỌCSỊSTỌM-20 VÀ ỤBM-370. Do đó giao thức Kermit rất phức tạp, Kermit cũng sử dụng thủ tục idle RQ (dừng và chờ) như XMODEM, nhưng có một số điểm khác biệt quan trọng so với XMODEM như sau: - Kermit cho phép truyền và nhận nhiều tập tin cùng một lúc. - Kermit yêu cầu đối với kênh truyền rất tối thiểu, như kênh chỉ có thể truyền một ký tự mã ASCII, ký tự điều khiển SOH - Gói dữ liệu của Kermit có chiều dài thay đổi được. - Các tín hiệu trả lời của máy thu là những gói (trong khi XMODEM chỉ dùng các ký tự). Kermit cũng có thể dùng thủ tục continuous RQ nhờ trong gói ACK và NAK có vùng (field) chứa chỉ số thứ tự truyền (hay nhận) của gói. - Kermit có các gói “đưa tin” nhờ đó có thể mở rộng các chức năng của giao thức mà không ảnh hưởng đến hoạt động của các phiên bản trước, và có thể bỏ qua một số thông số quan trọng. Gói Kermit tổng quát : M ARK LE N SE Q TY PE DA TA CH K1 CH K2 CH K3 Gói của Kermit bao gốm 6 vùng (field): vùng thông tin (data) có độ dài thay đổi tuỳ theo kiểu gói, các vùng còn lại được gọi là vùng điều khiển (hoặc là vùng phục vụ). Kermit qui định dữ liệu truyền đều là các ký tự mã ASCII in được (từ 20H-7EH) ngoại trừ vùng đánh dấu (MARK), như vậy đối với các vùng chứa giá trị số như vùng chỉ số thứ tự thì phải được chuyển đổi sang mã in được (printable character) trước khi truyền bằng cách cộng thêm 20H. Sau khi nhận được sẽ chuyển trở lại bằng cách trừ đi 20H. Như vậy giá trị số của các vùng này không được lớn hơn 94 (5EH), vì nếu nó bằng 5EH thì sau khi đổi sẽ trở thành 7FH là ký tự điều khiển DEL chứ không phải ký tự in được., còn nếu lớn hơn nữa thì sau khi đổi sẽ không còn ở trong phạm vi của bảng ASCII . Điều này không thể áp dụng ở vùng thông tin vì byte dữ liệu cần truyền có thể có giá trị bất kì. Nếu có các ký tự điều khiển trong thông tin, thì Kermit sẽ chuyển đổi bằng cách: - Chèn thêm 1 ký tự in được ở phía trước (thường dùng ký tự #, mã ASCII là 23H) - EXOR ký tự điều khiển với 40H. - Đối với các hệ thống sử dụng ký tự dài 8 bit, thì những ký tự có bit có ý nghĩa lớn nhất (MSB bit) bằng 1 sẽ được Kermit đổi sang mã ASCII in được bằng cách vào 104 trước một ký tự (&). Ý nghĩa vùng trong gói được mô tả như sau: - Vùng đánh dấu (MARK): để đánh dấu bắt đầu của gói là ký tự SOH mã 01H. - Vùng độ dài (LEN): số bytes trong gói tính từ sau byte này (tức là độ dài của gói trừ 2), giá trị tối đa là 94 như vậy độ dài tối đa một gói là 96 bytes. - Vùng số thứ tự (SEQ): số thứ tự của gói, modulo với 64.Gói truyền đầu tiên (gói S) sẽ có số thứ tự là 0, số thứ tự của gói kế tiếp sau gói có số thứ tự là 63 sẽ trở lại là 0. - Vùng kiểu gói (TYPE): để phân biệt các kiểu gói khác nhau. Mỗi kiểu gói sẽ có nội dung và nhiệm vụ khác nhau. - Vùng thông tin (DATA): nội dung của tập tin cần truyền được chứa trong gói „D‟, còn trong gói „F‟ chứa tên tập tin .trong một số kiểu gói khác, vùng này không chứa gì. - Vùng kiểm tra (CHECK): có thể chọn vùng 1 byte tổng kiểm tra hoặc 2 byte tổng kiểm tra, hoặc 3 byte CRC. Giá trị kiểm tra được tính từ vùng đội dài (không tính vùng đánh dấu). Vì các byte này cũng phải được đổi ra ký tự in được, nhưng chúng lại có gia trị bất kì không thể giới hạn ở giá trị nhở hơn 5EH nên trước khi đổi thì 2 bit 6 và 7 sẽ được trích ra và cộng vào 6 bit thấp còn lại. Nhờ đó ở đầu thu có thể lấy lại được hai giá trị này còn ở đầu phát sau khi biến đổi ta sẽ có hai bit 6 và 7 đều là 0. Nhận xét: - Kiểu truyền dữ liệu định hướng ký tự đạt hiệu suất thấp do sử dụng nhiều ký tự điều khiển (STX, ETX, DLE). - Trong kiểu truyền này yêu cầu khối dữ liệu phát phải có chiều dài là bội số của 8 đảm bảo hệ thống xử lý theo từng ký tự (định hướng ký tự). Điều đó có thể không được đảm bảo nếu khối dữ liệu phát là dữ liệu nhị phân bất kỳ. 4.2.4. Truyền đồng bộ thiên hƣớng bit Đặc điểm Khắc phục được 2 hạn chế của kiểu truyền định hướng ký tự. Các giao thức truyền đồng bộ hướng bit được phát triển từ những năm 1997 và hiện nay chiếm ưu thế rộng rãi. Giao thức hướng bit không dựa trên một bộ mã nào như ASCII hay EBCDIC. Trong các giao thức này, cấu trúc không frame được chuẩn hóa cho việc trao đổi dữ liệu thông tin, các lệnh điều khiển và các phúc đáp. Một octet (8bit) theo mẫu đặc biệt được tạo thành cờ để đánh dấu một khung. Cờ đóng đồng thời là cờ mở cho khung tiếp theo. Đầu phát sử dụng kỹ thuật chèn bit để trong khối dữ liệu sẽ không xuất hiện một tổ hợp bit nào giống như cờ. Đầu thu sẽ tự động phát hiện và loại bỏ các bit chèn. - Xét trường hợp thông tin trong các liên kết điểm nối điểm: 105 Bắt đầu và kết thúc khung bởi chuỗi 8 bit duy nhất là: 01111110 được gọi là cờ (flag). Tuy nhiên, để phía thu có thể đạt được sự đồng bộ bit thì phía phát phải gửi một chuỗi các byte Idle (rỗi). Các byte này gồm 8 bit 01111111, đứng trước cờ bắt đầu khung. Khi phía thu nhận được cờ khởi đầu khung (opening flag) thì nội dung của khung được đọc và thực hiện kiểm tra từng nhóm 8 bit cho tới khi gặp cờ kết thúc khung (closing flag). Khi đó việc thu khung dữ liệu kết thúc. Hình 4.11. Phương pháp đồng bộ frame định hướng bit dùng cờ Khi phía thu nhận được cờ khởi đầu khung (opening flag) thì nội dung của khung được đọc và thực hiện kiểm tra từng nhóm 8 bit cho tới khi gặp cờ kết thúc khung (closing flag). Khi đó việc thu khung dữ liệu kết thúc. Việc trong suốt dữ liệu (để tránh trường hợp dữ liệu trùng với ký tự cờ) được thực hiện bằng cách chèn thêm bit 0 tại phía máy phát. Khi phát 5 bit 1 liên tiếp thì máy phát sẽ phát thêm một bit 0 trước khi phát bit kế tiếp 5 bit 1 này. Ngược lại, ở phía máy thu khi nhận được cờ mở thì xem như bắt đầu nội dung khung. Trong quá trình đọc nội dung của khung, máy thu thực hiện cơ chế phát hiện bit 0 (zero bit detection) sử dụng một bộ đếm để đếm số lượng bit 1 liên tiếp nhau trong nội dung của khung. Khi gặp bit 0 bộ đếm sẽ reset về 0, khi gặp bit 1 bộ đếm sẽ đếm tăng lên một đơn vị. Khi bộ đếm đếm đến 5, nếu bit kế tiếp là bit 0 thì máy thu hiểu bit 0 này là bit 0 đã chèn vào và xoá đi. Nếu là bit 1 thì máy thu đọc thêm một bit nữa, nếu 106 là bit 0 thì xem như kết thúc khung tin, nếu là bit 1 thì máy thu sẽ tự hiểu là khung tin bị lỗi, nó sẽ yêu cầu máy phát phát lại khung tin mới. - Xét trường hợp thông tin trong các liên kết đa điểm: Ví dụ như trong trường hợp mạng LAN, khi đó môi trường truyền là quảng bá và được truyền cho tất cả các trạm. Để cho phép tất cả các trạm khác nhau đạt được sự đồng bộ bit thì trạm phát sẽ đặt vào trước nội dung khung một mẫu bit mở đầu (preamble) gồm 10 cặp bit: 1010101010 kế đến là mẫu bit 10101011 dùng để bắt đầu 1 khung. Tiếp theo là một header cố định bao gồm địa chỉ và thông tin chiều dài phần nội dung. Do đó, với lược đồ này máy thu chỉ cần đếm số byte thích hợp để xác định sự kết thúc mỗi khung. Hình 4.12. Chỉ định chiều dài và ranh giới bắt đầu khung Một trường hợp đồng bộ khác cũng được dùng trong mạng LAN là bắt đầu và kết thúc một khung bởi các mẫu mã hoá bit không chuẩn hay vi phạm bit. Ví dụ như mã hoá Manchester được dùng thay cho việc truyền một tín hiệu tại giữa mỗi bit, mức tín hiệu duy trì tại cùng mức như bit trước đó cho khoảng bit (J) hoặc mức ngược lại với mức trước đó cho khoảng bit (K). Để phát hiện bắt đầu và kết thúc mỗi khung, bộ thu sẽ dò từng bit, trước hết phát hiện mẫu bit bắt đầu là JK0JK000 và sau đó phát hiện mẫu kết thúc là JK1JK111. Vì J, K là các ký hiệu mã hoá bit không chuẩn nên trong phần nội dung của khung sẽ không chứa các ký hiệu này và quá trình trong suốt dữ liệu sẽ đạt được. Hình 4.13. Các vi phạm bit mã hoá 107 Hai giao thức hướng bit phổ biến nhất là: - SDLC: Điều khiển liên kết số liệu đồng bộ (Synchronous Data Link Control) - HDLC: Điều khiển liên kết số liệu mức cao (High Level Data Link Control) Giao thức HDLC HDLC là giao thức kết nối dữ liệu theo hướng bit được thiết kế nhằm hỗ trợ cho các chế độ bán song công và song công, cấu hình điểm - điểm hay điểm - đa điểm. Khung HDLC (Frame) HDLC định nghĩa 3 dạng khung: khung thông tin ( I- frame: information frame), khung giám sát (S - frame: supervisory frame) và khung không đánh số (unnumbered frame U - frame). Mỗi dạng khung hoạt động như lớp vỏ để truyền thông tin đến nhiều dạng bản tin. Hình 4.14. Các khung trong HDLC I - frame: được dùng để vận chuyển dữ liệu của người dùng (user) và thông tin điều khiển liên quan đến người dùng. S - frame: chỉ dùng để vận chuyển các thông tin điều khiển, lưu lượng của lớp kết nối dữ liệu và kiểm tra lỗi. U - frame: được dùng dự phòng cho quản lý hệ thống. Thông tin do U- frame thường được dùng cho việc tự quản lý mạng. Cờ Trường địa chỉ Trường điều khiển Dữ liệu người dùng FCS Cờ Hình 4.15. Cấu trúc khung HDLC Mỗi khung trong HDLC có thể chứa đến 6 trường (Hình 4.15): trường bắt đầu là cờ (flag) chiếm 1 octet, trường địa chỉ, trường điều khiển, trường thông tin, trường 108 kiểm soát lỗi FCS có chiều dài từ 2 đến 4 octet, sử dụng mã điều khiển lỗi CRC và trường cuối là trường cờ. Khi truyền nhiều frame, flag cuối có thể là một frame đôi và làm flag bắt đầu cho frame kế tiếp. a) Trƣờng cờ (Flag) Các trường Flag giới hạn khung tại cả hai đầu với mẫu duy nhất 01111110. Một cờ đơn có thể được dùng như cờ đóng cho một khung và cờ mở cho khung tiếp theo. Trên cả hai phía của cổng giao tiếp mạng, bên nhận liên tục tìm chuỗi cờ để đồng bộ hóa điểm bắt đầu của một khung. Trong khi đang nhận khung, một trạm tiếp tục tìm chuỗi xác định kết thúc khung. Tuy nhiên, có thể xảy ra trường hợp mẫu 01111110 sẽ xuất hiện ở đâu đó bên trong khung, điều này khiến cho sự đồng bộ bị phá vỡ. Hình 4.16. Quá trình chèn thêm bit nhồi Để bảo đảm là flag không xuất hiện một cách không báo trước (inadvertently) trong khung, HDLC đã trù tính một quá trình được gọi là bit nhồi (bit stuffing). Mỗi lần máy phát muốn gửi một chuỗi bit có hơn 5 bit 1 liên tiếp, thì nó sẽ chèn (nhồi) thêm một bit thừa 0 sau 5 số 1. Ví dụ, chuỗi 011111111000 sẽ trở thành 111110111000. Số 0 thêm vào bit 1 thứ 6 cho biết là đã có bit nhồi, và máy thu khi nhận được sẽ loại bỏ đi. Chú ý rằng việc thêm 0 không nhất thiết để tránh một mẫu cờ, nhưng cần thiết cho thao tác của giải thuật. Khi một cờ được sử dụng cho cả vai trò của cờ kết thúc lẫn bắt đầu thì một bit 1 lỗi có thể trộn hai khung thành một khung hoặc tách một khung thành hai khung. Quá trình này có ba ngoại lệ: khi chuỗi bit thực sự là flag, khi việc truyền bị hủy bỏ và khi kênh truyền không còn được sử dụng. Lưu đồ dưới đây các bước mà máy thu dùng để nhận dạng và loại bit nhồi. Khi máy thu đọc các bit thu được, thì bắt đầu đếm số bit 1. Sau khi đã tìm ra 5 bit 1 tiếp đến là bit 0, thì tiếp tục kiểm tra 7 bit tiếp. Nếu 109 bit thứ bảy là 0, máy thu xác nhận đó là bit nhồi và khởi động lại bộ đếm. Nếu bit thứ 7 là bit 1, thì máy thu kiểm tra bit thứ 8. Nếu bit thứ 8 tiếp tục là bit 1, thì máy thu tiếp tục đếm. Giá trị tổng là 7 hay 14 bit 1 liên tiếp, cho chỉ thị loại bỏ. Khi tổng này là 15, tức là kênh trống. Hình 4.17. Quá trình nhận dạng và loại bỏ bit nhồi b) Trƣờng địa chỉ Trường thứ hai của khung HDLC chứa địa chỉ của trạm thứ cấp, có thể là originator hay destination của frame (hay trạm đóng vai trò trạm thứ cấp trong trường hợp trạm hỗn hợp. Nếu trạm thứ cấp tạo ra một frame, thì frame này chứa from address. Trường địa chỉ có thể dài một byte hay nhiều byte, tùy theo nhu cầu của mạng. Mạng càng lớn thì đòi hỏi trường địa chỉ với nhiều byte hơn. 110 Hình 4.18. Mối quan hệ trường địa chỉ và các phần còn lại của khung c) Trƣờng điều khiển Trường điều khiển là đoạn gồm một hay nhiều byte của frame được dùng để quản lý. d) Trƣờng thông tin Hình 4.19. Trường thông tin Trường thông tin chứa dữ liệu người dùng trong I-frame, và mạng quản lý thông tin trong U-frame. Chiều dài của fame thay đổi tùy thuộc vào từng dạng mạng nhưng giữ cố định trong cùng một mạng. S-frame không có trường thông tin. e) Trƣờng FCS Hình 4.20. Trường kiểm tra lỗi FCS Frame Check Sequence (FCS) nằm trong trường kiểm tra lỗi của HDLC, trong đó chứa từ 2 đến 4 byte CRC. 111 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 4 Câu 1: Trình bày nguyên tắc đồng bộ bit trong chế độ truyền dẫn bất đồng bộ. Câu 2: So sánh phương thức truyền dẫn đồng bộ và bất đồng bộ. Câu 3: Trình bày nguyên tắc truyền đồng bộ thiên hướng kí tự. Câu 4: Giả sử cần truyền một file 10000 byte qua đường truyền có tốc độ 2400 bps. a. Tính toán các bit overhead và thời gian trong truyền dẫn bất đồng bộ. Biết rằng hệ thống sử dụng 1 start bit, 1 stop bit và 8 bit dữ liệu, không có bit kiểm tri chẵn lẻ. b. Tính toán các bit overhead và thời gian trong truyền dẫn đồng bộ. Biết rằng mỗi frame gồm 1000 ký tự = 8000 bit và overhead gồm 48 bit điều khiển trên mỗi một frame. Câu 5: Một nguồn dữ liệu sử dụng các ký tự IRA 7 bit. Hãy xác định tốc độ dữ liệu tối đa (tốc độ của các bit dữ liệu IRA) qua đường truyền trong các trường hợp sau: a. Truyền dẫn bất đồng bộ với 1 start bit, phần tử stop có thời gian = 1.5 lần thời gian một bit thông thường và 1 bit kiểm tra chẵn lẻ. b. Truyền dẫn đồng bộ với frame gồm 48 bit điều kiển và 128 bit thông tin. Trường thông tin chứa ký tự IRA 8 bit (gồm cả bit kiểm tra chẵn lẻ). Câu 6: Cho biết dữ liệu thực trong khung hình sau: a. b. Câu 7: Dùng phương pháp bit nhồi cho chuỗi dữ liệu sau: a.  000111111011111001111001111101 b.  00011111111111111111111111111111110011111101 Câu 8: 112 Khung dữ liệu dưới đây được chuyển từ trạm sơ cấp đến trạm thứ cấp. Trả lời những câu hỏi sau: a. Địa chỉ trạm thứ cấp? b. Dạng của khung? c. Số thứ tự của chuỗi được gửi (nếu có) d. Khung có mang dữ liệu của user không? Nếu có, cho biết giá trị. e. Khung có mang dữ liệu quản lý không? Nếu có, cho biết giá trị. Câu 9: Phát biểu nào sau đây là đúng trong truyền dẫn bất đồng bộ: a. Các ký tự dữ liệu mã hóa thông tin được truyền đi tại những thời điểm khác nhau mà khoảng thời gian nối tiếp giữa hai ký tự không cần thiết phải là một giá trị cố định. b. Các ký tự dữ liệu mã hóa thông tin được truyền đi tại những thời điểm khác nhau mà khoảng thời gian nối tiếp giữa hai ký tự cần thiết phải là một giá trị cố định. c. Ở chế độ truyền này hiểu theo bản chất truyền tín hiệu số thì máy phát và máy thu không độc lập trong việc sử dụng đồng hồ. d. Cả ba ý trên đều sai. Câu 10: Phát biều nào sau đây là đúng: a. Kỹ thuật truyền trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là như nhau là kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ. b. Trong hệ thống truyền ký tự, khoảng thời gian từ bit cuối cùng của ký tự này đến bit đầu của ký tự kế tiếp bằng không là cách truyền đồng bộ. c. A và B là phát biểu cho kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ. d. Cả a, b, c đều sai. Câu 11: Khi dùng phương pháp truyền dẫn đồng bộ, chúng ta thường: a. Xác định các lỗi xảy ra trên một frame hoàn chỉnh. b. Thêm một số ký số nhị phân vào mỗi ký tự được truyền. c. Mỗi ký tự được kiểm tra như một thực thế riêng biệt. d. Cả ba ý trên đều đúng. Câu 12: Đồng bộ bit có đặc trưng: a. Mạch điều khiển truyền 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 máy thu và máy phát. b. Sau khi phát hiện và nhận ra start bit, việc đồng bộ ký tự đạt được tại đầu thu rất đơn giản, chỉ việc đếm đúng số bit đã được lập trình. 113 c. Cả a và b đều đúng. d. Cả a và b đều sai. Câu 13: Đồng bộ theo hướng ký tự : a. Không có start bit hay stop bit b. Để thực hiện đồng bộ này, máy phát thêm vào các ký tự điều khiển truyền, gọi là các ký tự đồng bộ SYN, ngay trước các khối ký tự truyền. c. a là phát biểu sai. d. Cả a và b đều đúng. Câu 14: Lỗi định dạng frame có nghĩa là : a. Sau khi phát hiện đầu ký tự với một start bit, máy thu không phát hiện được số stop bit thích hợp. b. Nghĩa là ký tự truyền không được nhận một cách hoàn hảo và cần phải truyền lại. c. Không phát hiện được start bit d. a, b đều đúng. Câu 15: Trong kỹ thuật truyền dẫn nào, một start bit và stop bit để tạo frame ký tự: a. Truyền dẫn bất đồng bộ b. Truyền dẫn đồng bộ c. Truyền dẫn song song d. a và b Câu 16: Trong chế độ truyền không đồng bộ, thời gian trống (gap) giữa hai byte là: a. Cố định b. Thay đổi c. Hàm theo tốc độ bit d. Zero Câu 17: Truyền đồng bộ không cần thiết có: a. Start bit b. Stop bit c. Khoảng trống giữa hai byte d. Tất cả đều đúng