Tài liệu Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng vô tuyến

Kỹ thuật truyền dữ liệu. ĐẠI HỌC HUẾ. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN. Chuyên ngành : MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG. ------------***------------ --------oOo------- BÀI TIỂU LUẬN. Học phần: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU. Đề tài: Tìm hiểu “KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG VÔ TUYẾN”. Huế , 11/2011 0 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. LỜI NÓI ĐẦU. Những năm gần đây, kỹ thuật truyền dữ liệu tiên tiến đã giải quyết thành công vấn đề mã nguồn (nén audio và video) nhằm chủ yếu giảm tốc độ bit với độ suy giảm chất lượng đến mức có thể chấp nhận được và mã kênh ứng dụng các thuật toán sửa lỗi, các kỹ thuật điều chế nhằm đạt được hiệu suất phổ tần tốt nhất. Khi các quá trình mã nguồn và mã kênh được thực hiện, chúng ta có một dòng dữ liệu được sử dụng để điều chế sóng mang tín hiệu chương trình. Tuy nhiên để truyền tín hiệu chương trình đến sử dụng còn phụ thuộc vào phương thức truyền dẫn tín hiệu (truyền qua vệ tinh, truyền theo mạng cáp, truyền theo mạng mặt đất). Do vậy, lĩnh vực truyền dẫn vô tuyến đòi hỏi con người không ngừng nâng cao kỹ thuật xử lý, phải bao hàm các đặc trưng kỹ thuật như: tỷ số tín hiệu trên tạp âm, cường độ trường hệ số sóng phản xạ... và nhiều chỉ tiêu kỹ thuật khác. Việc chọn tần số làm việc cho mỗi phương thức đã được quốc tế quy định. Trên cơ sở đó để đạt hiệu quả cao nhất, mỗi phương thức truyền dẫn cần chọn cho mình một phương thức điều chế sóng mang thích hợp. Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu tổng quan về các kỹ thuật trong mạng cục bộ và đặc biệt quan tâm đến lỹ thuật truyền dẫn trong mạng vô tuyến đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm khai thác công nghệ này. 1 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. MỤC LỤC. 1. Mạng LAN nối dây..........................................................3 1.1 Topo mạng.................................................................3 1.2 Môi trường truyền dẫn..............................................4 1.3 Điều khiểu truy xuất môi trường...............................7 1.3.1 Đa truy xuất cảm nhận sóng mang có phát hiện đụng độ..........................................................................7 1.3.2 Token(thẻ) điều khiển...........................................8 1.3.3 Vòng được phân chia khe (slotted ring)................9 1.4 Môi trường vật lý và cấu hình.................................10 2. Mạng LAN không dây...................................................11 2.1 Khái niệm:...............................................................11 2.2 Phương pháp điều khiển truy xuất môi trường.......11 2.2.1 CDMA (Code Division Multiple Access)..............12 2.2.2 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):.....................................................12 2.2.3 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).....................................................12 2.2.4 TDMA (Time Division Multiple Access ).............13 2.2.5 FDMA ( Frequency Division Multiple Access ).. .13 3. Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến......................................13 3.1 Giới thiệu chung:.....................................................13 3.1.1 Khái niệm:..........................................................13 3.1.2 Vai trò:................................................................14 3.1.3 Đặc điểm:...........................................................14 2 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. 3.1.4 Mô hình mạng truyền dẫn vô tuyến...................15 3.2 Dạng tín hiệu sử dụng.............................................16 3.2.1 Tín hiệu tương tự................................................16 3.2.2 Tín hiệu số..........................................................17 3.2.3 Tín hiệu rời rạc...................................................17 3.3 Điều chế và giải điều chế tín hiệu...........................19 3.3.1 Điều chế tín hiệu................................................19 3.3.1.1....Điều chế khóa dịch biên ASK( Amplitude Shift Keying).........................................................................19 3.3.2 Giải điều chế tín hiệu.........................................23 3.4 Mã hóa kênh............................................................23 3.4.1 Mã khối...............................................................24 3.4.2 Mã xoắn..............................................................24 3.5 Phân tích đường truyền vô tuyến............................25 3.5.1 Sóng radio..........................................................25 3.5.2 Sóng viba............................................................26 3.5.3 Sóng hồng ngoại.................................................27 3.5.4 Quỹ đường truyền, phương pháp tính toán và dự trữ đường truyền..........................................................28 3.6 Hệ thống truyền vô tuyến.......................................30 3.6.1 Nguyên lý hoạt động..........................................30 3.6.2 Quy hoạch tần số và cấu hình hệ thống.............32 4. Truyền dữ liệu trong mạng cục bộ bằng LanTalk NET. 39 4.1 Giới thiệu.................................................................39 3 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. 4.2 Giao diện chính.......................................................39 4.3 Chức năng...............................................................40 5. TRUYỀN TEXT VỚI LẬP TRÌNH SOCKET CLIENT/SERVER BẰNG JAVA...........................................42 4 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. 1. Mạng LAN nối dây. 1.1 Topo mạng. Có 4 Topo thông dụng là: star, bus, ring và hub + Mạng hình sao(Star topology) :bao gồm một trung tâm và các nút thông tin. Các nút thông tin là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng. Trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng với các chức nǎng cơ bản là: -Xác định cặp địa chỉ gửi và nhận được phép chiếm tuyến thông tin và liên lạc với nhau. -Cho phép theo dõi và xử lý sai trong quá trình trao đổi thông tin. -Thông báo các trạng thái của mạng... *Ưu điểm: -Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường. -Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định. -Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng. *Nhược điểm: -Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm . Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động. -Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm. Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m). Mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (hub hay switch) bằng cáp xoắn, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với hub/switch không cần thông qua trục bus, tránh được các yếu tố gây ngưng trệ mạng. Gần đây, cùng với sự phát triển switching hub, mô hình này ngày càng trở nên phổ biến và chiếm đa số các mạng mới lắp. + Mạng trục tuyến tính(Bus topology): tất cả các trạm phân chia một đường truyền chung (bus). Đường truyền chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm được kết nối với trục chính qua một đầu nối chữ T (T-connector) hoặc một thiết bị thu phát (transceiver). Khi một trạm truyền dữ liệu tín hiệu được quảng bá trên cả 2 chiều của bus , tức là mọi trạm còn lại có thể thu được tín hiệu đó trực tiếp. Đối với các bus một chiều thì tín hiệu chỉ đi về một phía , lúc đó các terminator phải được thiết 5 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. kế sao cho các tín hiệu đó phải được dội lại trên bus để cho các trạm trên mạng đều có thể thu nhận được tín hiệu đó. Như vậy với topo mạng trục dữ liệu được truyền theo các lien kết điểm-đa điểm (point-to-multipoint) hay quảng bá (broadcast). *Ưu điểm: Dễ thiết kế , chi phí thấp . *Nhược điểm : Tính ổn định kém , chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động. +Mạng vòng (ring topology): trên mạng hình vòng tín hiệu được truyền theo một chiều duy nhất. mỗi trạm của mạng được nối với vòng qua mooyj bộ chuyển thiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển tiếp đến trạm kế tiếp trên vòng. Như vậy tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết điểm-điểm giữa các repeater do đó cần có giao thức điều khiển việc cấp phát quyền được truyền dữ liệu trên vòng mạng cho các trạm có nhu cầu. Để tăng độ tin cậy của mạng thì ta có thể lắp đặt thêm các vòng dự phòng , nếu vòng chính có sự cố thì vòng phụ sẽ được sử dụng. Mạng hình vòng có ưu điểm tương tự mạng hình sao, tuy nhiên mạng hình vòng đòi hỏi giao thức truy nhập mạng phức tạp hơn mạng hình sao. **Tốc độ truyền số liệu được dùng trong mạng trục tuyến tính và mạng hình vòng là vào khoảng từ 1 đến 100 mbps, điều này chứng tỏ rằng chúng khá phù hợp để liên kết nhóm các thiết bị cục bộ dựa trên nền máy tính, chẳng hạn như các workstation trong các văn phòng hay các bộ điều khiển thông minh xung quanh một hệ xử lý nào đó, + Mạng Hub/Tree : mặc dù các mạng này giống như dạng star nhưng hub chỉ đơn giản là kết nối dạng bus hay ring được tập trung lại tại một đơn vị trung tâm. Các dây dẫn được dùng để kết nối mỗi DTE (Data Terminal Equipment) vào bus hay ring được mở rộng ra từ hub . Do đó không giống như PDX(Private Digital Exchange), hub không thực hiên bất kỳ hoạt động chuyển mạch nào , nó chỉ làm chức năng của một tập các bộ lặp truyền lại tất cả các tín hiệu nhận được từ các DTE đến tất cả các DTE khác theo phương pháp như trong các các mạng bus và ring . Hub cũng có thể được kết nối theo dạng phân cấp hình cây. 1.2 Môi trường truyền dẫn. Cáp xoắn , cáp đồng trục và cáp quang là các loại môi trường truyền chủ yếu của mạng LAN. 6 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. + Cáp xoắn đôi (Twisted- pair Cable): UTP (unshielded twisted pair) và STP (shield twisted pair) được dùng chủ yếu trong các mạng star và hub, vì nó mềm hơn các loại khác nên rất dễ lắp đặt. Ngoài ra,vì các ống dẫn dây phù hợp với cáp xoắn đang sẵn có ở hầu hết các văn phòng cho điện thoại nên sẽ tiết kiệm khi cho thêm cáp xoắn vào các mục đích truyền số liệu thay vì phải lắp đặt các ống dẫn mới cho cáp đồng trục hay cáp quang * STP: Lớp bọc bên ngoài có tác dụng chống nhiễu điện từ, có loại có một đôi giây xoắn vào nhau và có loại có nhiều đôi giây xoắn với nhau. * UTP: Tính tương tự như STP nhưng kém hơn về khả năng chống nhiễu và suy hao vì không có vỏ bọc. STP và UTP có các loại (Category - Cat) thường dùng: Loại 1 & 2 (Cat 1 & Cat 2): Thường dùng cho truyền thoại và những đường truyền tốc độ thấp (nhỏ hơn 4Mb/s). Loại 3 (Cat 3): tốc độ truyền dữ liệu khoảng 16 Mb/s , nó là chuẩn cho hầu hết các mạng điện thoại. Loại 4 (Cat 4): Thích hợp cho đường truyền 20Mb/s. Loại 5 (Cat 5): Thích hợp cho đường truyền 100Mb/s. Loại 6 (Cat 6): Thích hợp cho đường truyền 300Mb/s. Đây là loại cáp rẻ dễ cài đặt tuy nhiên nó dễ bị ảnh hưởng của môi trường . Chiều dài giới hạn của cáp xoắn đối với tốc độ bit đang dùng là 100 met cho 1 Mbps, nếu có trang bị thêm các mạch hổ trợ triệt nhiễu xuyên âm thì có thể đạt đến 10Mbps trên 100 met , hiện nay có thể đạt đến 100Mbps. + Cáp đồng trục(coaxial cable): dùng chủ yếu ở dạng bus hoạt động theo băng thông cơ bản hay băng thông rộng .Hai loại cáp dùng với băng thông cơ bản là thin wire và thick wire. Thin wire thường được dùng để liên kết các workstation trong cùng một văn phòng hay phòng thí nghiệm , thick wire vì cứng hơn nên được để cài đặt ở những vị trí cách xa workstation , ví dụ như chạy dọc hành lan. Cáp đồng trục có hai đường dây dẫn và chúng có cùng một trục chung, một dây dẫn trung tâm (thường là dây đồng cứng) đường dây còn lại tạo thành đường ống bao xung quanh dây dẫn trung tâm (dây dẫn này có thể là dây bện kim loại và vì nó có chức năng chống nhiễu nên còn gọi là lớp bọc kim). Giữa hai dây dẫn trên có một lớp cách ly, và bên ngoài cùng là lớp vỏ plastic để bảo vệ cáp. Cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng khác (ví dụ như cáp xoắn đôi) do ít bị ảnh hưởng của môi trường. Các mạng cục bộ sử dụng cáp đồng trục có thể có kích thước trong phạm vi vài ngàn mét, cáp đồng trục được sử dụng nhiều trong 7 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. các mạng dạng đường thẳng. Hai loại cáp thường được sử dụng là cáp đồng trục mỏng và cáp đồng trục dày trong đường kính cáp đồng trục mỏng là 0,25 inch, cáp đồng trục dày là 0,5 inch. Cả hai loại cáp đều làm việc ở cùng tốc độ nhưng cáp đồng trục mỏng có độ hao suy tín hiệu lớn hơn Hiện nay có cáp đồng trục sau: - RG -58,50 ohm: dùng cho mạng Thin Ethernet - RG -59,75 ohm: dùng cho truyền hình cáp - RG -62,93 ohm: dùng cho mạng ARCnet Các mạng cục bộ thường sử dụng cáp đồng trục có dải thông từ 2,5 - 10 Mb/s, cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng khác vì nó có lớp vỏ bọc bên ngoài, độ dài thông thưòng của một đoạn cáp nối trong mạng là 200m, thường sử dụng cho dạng Bus. + Cáp quang (Fiber Optic Cable) : bao gồm một dây dẫn trung tâm (là một hoặc một bó sợi thủy tinh có thể truyền dẫn tín hiệu quang) được bọc một lớp vỏ bọc có tác dụng phản xạ các tín hiệu trở lại để giảm sự mất mát tín hiệu. Bên ngoài cùng là lớp vỏ plastic để bảo vệ cáp. Như vậy cáp sợi quang không truyền dẫn các tín hiệu điện mà chỉ truyền các tín hiệu quang (các tín hiệu dữ liệu phải được chuyển đổi thành các tín hiệu quang và khi nhận chúng sẽ lại được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện). Cáp quang có đường kính từ 8.3 - 100 micron, Do đường kính lõi sợi thuỷ tinh có kích thước rất nhỏ nên rất khó khăn cho việc đấu nối, nó cần công nghệ đặc biệt với kỹ thuật cao đòi hỏi chi phí cao. Dải thông của cáp quang có thể lên tới hàng Gbps và cho phép khoảng cách đi cáp khá xa do độ suy hao tín hiệu trên cáp rất thấp. Ngoài ra, vì cáp sợi quang không dùng tín hiệu điện từ để truyền dữ liệu nên nó hoàn toàn không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ và tín hiệu truyền không thể bị phát hiện và thu trộm bởi các thiết bị điện tử của người khác. Chỉ trừ nhược điểm khó lắp đặt và giá thành còn cao , nhìn chung cáp quang thích hợp cho mọi mạng hiện nay và sau này. Với đặc điểm vốn có ở trên thì cáp quang có thể hoạt động với tốc độ khá cao vượt xa tốc độ của cáp xoắn và cáp đồng trục , cáp quang thích hợp với các ứng dụng như trong công sở có nhiều thiết bị điện công suất lớn . Ngoài ra cáp quang không bức xạ ra sóng điện từ ,là cơ sở chủ yếu cho các đối tượng thám mã , nên rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu mức bảo mực cao. Cáp quang dùng trong cấu hình hub hay ring tốc độ cao cũng như các mạng dùng các đường truyền điểm nối điểm. Cụ thể là mạng FDDI (Fiber Distributed Data Interface) và DQDB (Distributed-Queue, Dual- Bus). 8 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. 1.3 Điều khiểu truy xuất môi trường. 1.3.1 Đa truy xuất cảm nhận sóng mang có phát hiện đụng độ. CSMA/CD(Carrier Sense Multiple-Access With Collision Detection). Giao thức đường dây đa truy cập cho phép nhiều trạm thâm nhập cùng một lúc vào mạng, giao thức này thường dùng trong sơ đồ mạng dạng đường thẳng. Mọi trạm đều có thể được truy nhập vào đường dây chung một cách ngẫu nhiên và do vậy có thể dẫn đến xung đột (hai hoặc nhiều trạm đồng thời cùng truyền dữ liệu). Các trạm phải kiểm tra đường truyền gói dữ liệu đi qua có phải của nó hay không. Khi một trạm muốn truyền dữ liệu nó phải kiểm tra đường truyền xem có rảnh hay không để gửi gói dữ liệu của, nếu đường truyền đang bận trạm phải chờ đợi chỉ được truyền khi thấy đường truyền rảnh. Nếu cùng một lúc có hai trạm cùng sử dụng đường truyền thì giao thức phải phát hiện điều này và các trạm phải ngưng thâm nhập, chờ đợi lần sau các thời gian ngẫu nhiên khác nhau. Khi đường cáp đang bận trạm phải chờ đợi theo một trong ba phương thức sau: -Trạm tạm chờ đợi một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi lại bắt đầu kiểm tra đường truyền. -Trạm tiếp tục kiểm tra đường truyền đến khi đường truyền rảnh thì truyền dữ liệu đi. -Trạm tiếp tục kiểm tra đường truyềnđến khi đường truyền rảnh thì truyền dữ liệu đi với xác suất p xác định trước (0 < p < 1). Tại đây phương thức 1 có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền khi thấy đường truyền bận sẽ cùng rút lui và chờ đợi trong các thời gian ngẫu nhiên khác nhau. Ngược lại phương thức 2 cố gắng giảm thời gian trống của đường truyền bằng các cho phép trạm có thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc song nếu lúc đó có thêm một trạm khác đang đợi thì khả năng xẩy ra xung đột là rất cao. Phương thức 3 với giá trị p phải lựa chọn hợp lý có thể tối thiểu hóa được khả năng xung đột lẫn thời gian trống của đường truyền. Khi lưu lượng các gói dữ liệu cần di chuyển trên mạng quá cao, thì việc đụng độ có thể xẩy ra với sồ lượng lớn có gây tắc nghẽn đường truyền dẫn đến làm chậm tốc độ truyền tin của hệ thống. 1.3.2 Token(thẻ) điều khiển. +Token ring: Nguyên tắc của mạng Token Ring được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.5. Mạng Token Ring có thể chạy ở tốc độ 4Mbps hoặc 16Mbps. Phương pháp truy cập dùng trong mạng Token Ring gọi là Token passing. Token passing là phương pháp truy nhập xác định, trong đó các xung đột được ngǎn ngừa bằng cách ở mỗi thời điểm chỉ 9 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. một trạm có thể được truyền tín hiệu. Điều này được thực hiện bằng việc truyền một bó tín hiệu đặc biệt gọi là Token (mã thông báo) xoay vòng từ trạm này qua trạm khác. Một trạm chỉ có thể gửi đi bó dữ liệu khi nó nhận được mã không bận. * Hoạt động của Token ring. - Token ring bao gồm một số lượng các repeater, mỗi repeater được kết nối với 2 repeater khác theo một chiều truyền dữ liệu duy nhất tạo thành một vòng khép kín. - Để một ring có thể hoạt động được thì cần phải có 3 chức năng đó là: chức năng đưa dữ liệu vào ring, lấy dữ liệu từ ring và gỡ bỏ gói tin, các chức năng này được thực hiện bởi các repeater. - Trong ring các dữ liệu được đóng gói thành các frame. trong đó có một trường địa chỉ đích. khi gói tin đi qua các repeatert thì trường địa chỉ sẽ được copy xuống. và so sánh với đại chỉ của trạm, nếu giống nhau thì phần còn lại của frame sẽ được copy và gói tin tiếp tục được gởi đi. - Việc gỡ bỏ một gói tin trong ring thì phức tạp hơn so với dạng bus. Để gỡ bỏ các gói tin ta có hai cách để lựa chọn. • Cách thứ nhất là sử dụng một repeater chuyên làm nhiệm vụ gỡ bỏ các gói tin nó được xác định rõ địa chỉ. • Cách thứ hai các gói tin được gỡ bỏ bàng chính trạm gởi gói tin đó. Thông thường vẫn thường dùng cách thứ hai vì có hai ưu điểm đó là tạo ra một cơ chế trả lời tự động hai là có thể truyền một gói tin đến nhiều trạm đích. Chuẩn Token Ring hay còn được gọi rõ hơn là IBM Token Ring được phát triển bởi IBM, đảm bảo tốc độ truyền thông qua 4 Mbps hoặc 16 Mbps. Chuẩn này được IEEE chuẩn hoá với mã IEEE802,5 và được ISO công nhận với mã ISO 8802,5. - Mô hình phần cứng : Topo hình vòng tròn Dùng các MAU (multistation Access Unit) nhiều cổng MAU và cáp STP để liên kết các MAU thành một vòng tròn khép kín. Các trạm làm việc được liên kết vào mạng bằng các đoạn cáp STP nối từ cổng MAU tới cổng của NIC. Chiều dài đoạn cáp này được quy định dưới 100m. Số lượng tối đa các trạm làm việc trên một Ring là 72(4Mbps)và 260(16Mbps)khoảng cách tối đa giữa hai trạm là 770m(4Mbps)và 346(16Mbps). Hiện tại chuẩn mạng này cũng đã hỗ trợ sử dụng cáp UTP với connector RJ45 và cáp sợi quang với connector SC. - Cơ chế thâm nhập: Thâm nhập theo cơ chế phân phố lần lượt theo thẻ bài (Token) + Token bus: Đây là giao thức truy nhập có điều khiển trong để cấp phát quyền 10 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. truy nhập đường truyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu, một thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logic thiết lập bởi các trạm đó. Khi một trạm có thẻ bài thì nó có quyền sử dụng đường truyền trong một thời gian xác định trước. Khi đã hết dữ liệu hoặc hết thời đoạn cho phép, trạm chuyển thẻ bài đến trạm tiếp theo trong vòng logic. Như vậy trong mạng phải thiết lập được vòng logic (hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang hoạt động nối trong mạng được xác định vị trí theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cùng của chuỗi sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiên. Mỗi trạm được biết địa chỉ của các trạm kề trước và sau nó trong đó thứ tự của các trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý. Cùng với việc thiết lập vòng thì giao thức phải luôn luôn theo dõi sự thay đổi theo trạng thái thực tế của mạng. 1.3.3 Vòng được phân chia khe (slotted ring). Các vòng phân khe được dùng chủ yếu cho điều khiển truy xuất vào một mạng ring . Ring được khởi tạo bởi một Node đặc biệt để chứa một số không đổi các bit,Node này được gọi là bộ giám sát (monitor). Luồng bit chạy liên tục trên vòng từ DTE này đến DTE khác . Khi mỗi bit được nhận bởi một DTE , giao tiếp DTE kiểm tra bit này và chuyển cho DTE kế trong ring và cứ như thế . Monitor đảm bảo rằng luôn có một số bit không chạy vòng trên ring , bất chấp số DTE tạo nên ring. Ring hoàn chỉnh được bố trí chứa một số không đổi các khe , mỗi khe hình thành một tập các bit và có khả năng mang một frame thông tin có kích thước cố định . Khởi đầu , tất cả các khe được đánh dấu rỗng khi bộ giám sát đặt bit đầy /rỗng tại đầu mỗi khe ở trạng thái rỗng.Khi muốn truyền một frame thì DTE đợi cho đến khi phát hiện được một khe rỗng và đánh dấu khe nay là đầy và chèn frame vào cùng với địa chỉ DTE nguồn yêu cầu.Khe chứa frame này sẽ chạy vòng trên ring vật lý từ DTE này đến DTE khác. Mỗi DTE trong ring kiểm tra địa chỉ đích tại đầu của các khe được đánh dấu là đầy , nếu thấy trùng với địa chỉ của nó và giả sử nó sẵn sàng tiếp nhận , nội dung frame được đọc vào từ khe , cùng thời điểm này nó vẫn tiếp tục lặp lại các nội dung của frame khác lên ring. Sau khi đọc nội dung frame ,DTE đích sửa cặp bit cuối khe để chỉ ra nội dung khe đã được đọc hoặc DTE đich đang bận hay không ở trạng thái hoạt động , các bít được đanh dấu tùy theo đó hay để nguyên. Một phương pháp truy xuât môi trường ring phân khe , mỗi DTE chỉ có thể có một frame đang trên vòng tại một thời điểm.Nó cũng phải giải phóng khe được dùng để truyền frame trước khi cố truyền một frame khác.Các khuyết điểm chính của một ring phân khe : 11 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. - Cần một Node giám sát đặc biệt để duy trì cấu trúc cơ bane của vòng - Việc truyền mỗi frame hoàn chỉnh ở mức lien kết thông thường cần nhiều khe. 1.4 Môi trường vật lý và cấu hình. Một trong những điểm mạnh của chuẩn Fibre Channel là cung cấp một dãy các tùy chọn về môi trường vật lý , về tốc độ số liệu trên môi trường này và cấu hình của mạng . 800Mbps 400Mbps 200Mbps 100Mbps Sợi đơn mode 10km 10km 10km - Sợi đa mode 50 m 0,5km 1km 2km 10km Sợi đa mode 62,5 m 175m 350m 1500m 1500m Cáp đồng trục video 25m 50m 75m 100m Cáp đồng trục 10m 15m 25m 35m Cáp xoắn STP - - 50m 100m Bảng khoảng cách ứng với môi trường truyền và tốc độ Bảng trên tóm tắt các tùy chọn cho môi trường vật lý và tốc độ số liệu sẵn có trong chuẩn Fibre Channel. Cấu hình tổng quát nhất được hỗ trợ bởi Fibre Channel được xem như một cấu hình fabric hay chuyển mạch . Đây là một cấu hình cân bằng gồm có ít nhất một chuyển mạch được kết nối đến một số các N-port .Định tuyến trong cấu hình fabric là trong suốt đến các node.Mỗi port trong cấu hình có một địa chỉ duy nhất .Khi số liệu từ một node được truyền đến fabric , tại kết cuối của chuyển mạch dùng địa chỉ port đích này trong frame số liệu đến để xác định vị trí của port đích.Sau đó chuyển mạch phân phối các frame vào node khác cùng nối vào chuyển mạch này hay truyền frame đến chuyển mạch kế để bắt đầu định tuyến các frame đến đích ở xa. Cấu hình fabric cung cấp một dãi dung lượng rộng , độc lập với giao thức và không nhạy cảm đối với cự ly. Cấu hình vòng cân bằng đơn giản , giá thành thấp cho phép kết nối đến 126 node trong vòng .Các port trên một vòng cân bằng phải có các chức năng của cả các N-port và Fport , các port này được gọi là các NL-port. 12 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. Các kỹ thuật vòng cân bằng và fabric có thể kết hợp với nhau trong một cấu hình để tối ưu giá thành . Trong trường hợp này , một trong các node trên vòng phải là một fabricloop node để tham gia vào việc định tuyến với các chuyển mạch khác trong cấu hình fabric này. 2. Mạng LAN không dây. 2.1 Khái niệm: WLAN là một loại mạng máy tính nhưng việc kết nối giữa các thành phần trong mạng không sử dụng các loại cáp như một mạng thông thường, môi trường truyền thông của các thành phần trong mạng là không khí. Các thành phần trong mạng sử dụng sóng điện từ để truyền thông với nhau. 2.2 Phương pháp điều khiển truy xuất môi trường. - Sóng radio, hồng ngoại đều hoạt động với môi trường boardcast, trong phạm vi phủ sóng các hoạt động truyền nhận giữa máy thu và phát. Do đó cần đến phương pháp điều khiển truy xuất môi trường nhằm đảm bảo có một máy phát nào đó đang sử dụng môi trường. Các lược đồ được dùng chủ yếu là CDMA,CSMA/CD,CSMA/CA,TDMA và FDMA. 2.2.1 CDMA (Code Division Multiple Access). Để thông tin với node khác, máy phát chỉ cần chọn và dùng dãy tuần tự ngẫu nhiên của node muốn truyền đến. Do đó nhiều hoạt động truyền giữa một cặp node có thể diễn ra một cách đồng thời.Trong thực tế chỉ áp dụng với hệ thống trải phổ nhảy tần. Trải phổ trực tiếp sẽ gặp phải hiệu ứng gần xa, xảy ra khi một máy phát thứ 2 về mặt vật lý thì gần hơn với máy thu hơn nút dự định nên tín hiệu nhiễu từ nó có năng lượng lớn hơn, khiến máy thu mất hoạt động truyền đến từ nút cần dự tính. 2.2.2 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): Đa truy xuất cảm nhận sóng mang với thăm dò đụng độ Trong mạng LAN có dây là phương pháp điều khiển truy xuất môi trường dùng chung.Trong mạng LAN không dây cũng cho phép 1 node tạm dừng khi có 1 node khác đang sử dụng môi trường radio hay hồng ngoại. Tuy nhiên không thể truyền và nhận một cách đồng thời, do đó một chức năng phát 13 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. hiện đụng độ ở mới được đưa vào cho mạng LAN không dây. Cơ chế là khi 1 node đã có frame để truyền trước hết phát ra 1 dãy nhị phân tuần tự ngẫu nhiên vào đầu frame sau đó cảm nhận môi trường và truyền tuần tự dãy này. Bit 1 : truyền tín hiệu trong khoảng time ngắn. Bit 0 thì chuyển sang chế độ thu. Nếu node phát hiện hoạt động truyền tín hiệu trong thời gian đang ở chế độ thu thì ngưng tranh chấp kênh và đợi đến khi node khác đang truyền đó đã truyền xong. 2.2.3 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Đa truy xuất cảm nhận sóng mang với tránh đụng độ Thay vì khởi động truyền ngay frame khi môi trường yên tĩnh thì node sẽ đợi thêm một khoảng thời gian ngắn ngẫu nhiên nữa, và sau khoảng thời gian này môi trường yên tĩnh thì sẽ bắt đầu truyền. Do đó nếu có các node khác cũng đang đợi thì node có khoảng thời gian ngắn nhất sẽ đạt được quyền truy nhập trước tiên còn các node còn lại tạm dừng. Hiệu quả phụ thuộc số bit trong dãy nhị phân tuần tự ngẫu nhiên hay lượng thời gian chờ. Cho dù CSMA/CA hay CSMA/CD đảm bảo việc node đạt được truy nhập vào môi trường nhưng chưa chắc rằng máy đang được hướng đến đang liên lạc với nút nguồn. 2.2.4 TDMA (Time Division Multiple Access ). Đa truy xuất phân chia thời gian Mỗi máy phát (node) có 1 khe thời gian ( slot time ) nhất định, một khi khe thời gian đến, truyền với tất cả băng thông trong khoảng thời gian của khe này. Thông thường khoảng thời gian của mỗi khe rất ngắn và được chọn sao cho xác suất xảy ra lỗi là rất thấp. Khoảng thời gian của frame được xác định bởi khoảng thời gian của mỗi khe và số khe được hỗ trợ. Thông thường TDMA được sử dụng khi có 1 trạm đảm trách tất cả các hoạt động truyền xảy ra. Mỗi đầu cuối di động trong vùng phủ của trạm cơ bản sẽ được phân phối 1 khe thời gian riêng (báo hiệu) nhằm thiết bị có thể gửi yêu cầu cấp khe thời gian vào trạm bất cứ khi nào có số liệu muốn truyền. Ngoài ra có 1 băng bảo đảm ( guard band ) và 1 tuàn tự đồng bộ (sync sequence ) tại đầu mỗi khe thời gian đảm bảo cho phép các khoảng thời gian trễ lan truyền khác nhau giữa các đầu cuối di động phân tán và các trạm. 2.2.5 FDMA ( Frequency Division Multiple Access ). Đa truy xuất phân chia tần số 14 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. Được dùng chủ yếu trong các hệ thống radio và cơ chế như TDMA, cần 1 trạm cơ bản để điều khiển hoạt động. Khi dùng FDMA thì tổng băng thông được phân phối sẽ được chia thành một số các băng tần con hay kênh. Một khi đã được gắn kênh với tần số đặc biệt được dùng trong toàn bộ thời gian của hoạt động truyền frame. Thông thường các kênh tần số được gán theo yêu cầu bằng cách dùng kênh báo hiệu riêng. Hệ thống TDMA được dùng rộng rãi vì trạm cơ bản của FDMA phức tạp hơn. Ngoài ra còn có các lược đồ phối hợp giữa TDMA và FDMA đê có được nhiều kênh và mỗi kênh lại được dùng với TDMA. 3. Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến. 3.1 Giới thiệu chung: 3.1.1 Khái niệm: Truyền dẫn vô tuyến số là hình thức truyền dẫn vô tuyến sử dụng môi trường truyền dẫn là không gian, phương tiện truyền dẫn là sóng điện từ để truyền tải thông tin số giữa các điểm khác nhau trong mạng viễn thông. 3.1.2 Vai trò: Trong mạng viễn thông sử dụng vô tuyến và hữu tuyến, truyền dẫn vô tuyến số đóng vai trò kết nối thuê bao với mạng nằm trong mạng ngoại vi và kết nối các tổng đài trong phần mạng lõi. 3.1.3 Đặc điểm: 3.1.3.1 Ưu điểm: Tính di động: Kết nối không dây cho phép các thiết bị đầu cuối vô tuyến có tính linh hoạt cao, đảm bảo cung cấp thông tin mọi lúc mọi nơi. Linh hoạt: Triển khai tuyến truyền dẫn nhanh, dễ dàng với chất lượng đảm bảo. Chi phí lắt đặt thấp. 3.1.3.2 Nhược điểm: Chịu ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn hở vì: - Suy hao truyền sóng trong môi trường lớn. 15 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. - Chất lượng truyền dẫn không ổn định, phụ thuộc vào thời tiết và địa hình. - Dễ bị thu trộm và sử dụng trái phép đường truyền thông tin. - Băng tần khai thác hạn chế: UHF – EHF ( 300MHz – 300GHz) khiến dung lượng truyền dẫn thấp. - Ảnh hưởng thường xuyên bởi các nguồn nhiệt bên ngoài như: o Tự nhiên: Tình trạng phóng điện khí quyển, phát xạ sóng điện từ trong vũ trụ…. o Nhân tạo: Nhiễu công nghiệp từ cacs tia lữa điện của động cơ, các thiết bị vô tuyến khác. 3.1.4 Mô hình mạng truyền dẫn vô tuyến. 3.1.4.1 - Mô hình tuyến truyền: Bộ thu/phát: Hoạt động liên tục duy trì giao thông liên tục trong tuyến truyền. - Khi thu: Tín hiệu vô tuyến phải được khuyếch đại để trách suy 16 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. hao tín hiệu khi giao thông, đồng thời được điều chế hay loại bỏ tạp âm, âm nhiễu và nâng tần số. - Chuyển: Kết quả “khi thu” đã được xử lý sẽ được chuyển đến trạm vệ tinh theo 1 kênh truyền riêng, ở đây cũng bị ảnh hưởng bởi môi trường truyền làm nhiễu và mang tạp âm. - Khi phát: Nhận tín hiệu truyền xuống từ vệ tinh và khuyếch đại tạp âm nhỏ để dễ dàng loại bỏ và phục hồi băng gốc khi thu và chuyển đến thiết bị nhận. 3.1.4.2 Mô hình ứng dụng: Bộ tập trung thuê bao xa được phân bố rãi rác khắp nơi tạo nên vùng phủ sóng vô tuyến. Có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu truyền của các thiết bị đầu cuối, thiết bị cầm tay và chuyển các tín hiệu này đến tổng đài nội hạt ( LS: Local Switchboard). Tại các tổng đài nội hạt , tập hợp các tín hiệu thu được sẽ được mã hóa và ghép kênh. Sau khi ghép kênh, tín hiệu sẽ được chuyển tiếp đến tổng đài quá giang ( Transit Switchboard). Tại đây, cũng như tổng đài nội hạt, tín hiệu được mã hóa và ghép kênh đồng thời được ghi lại thông tin quản 17 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. lý giao dịch để tính cước, phân tập tuyến đích của tín hiệu gửi. Dữ liệu tín hiệu nhận được chuyển tiếp đến tổng đài nội hạt nơi thiết bị thiết bị đầu cuối nhận tín hiệu gửi tương ứng. 3.2 Dạng tín hiệu sử dụng. 3.2.1 Tín hiệu tương tự. Khái niệm: Tín hiệu tương tự ( Analog) là tín hiệu có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian, có dạng sóng hình Sin, là một miền liên tục, mang nhiều giá trị như biên độ tín hiệu, tần số… Tín hiệu tương tự sư sự kết nối thông thường thu phát bằng cái thiết bị đơn giản. Trong mạng truyền dẫn vô tuyến, tín hiệu tương tự thường được thu phát tại các thiết bị đầu cuối, đơn giản vì đây là tín hiệu gần gủi với con người nhất. 3.2.2 Tín hiệu số. Khái niệm: tín hiệu số là dạng tín hiệu được mã hóa ở dạng nhị phân, tức là 0 và 1, được chuyển đổi từ tín hiệu tương tự qua bộ chuyển đổi DAC ( Digital Analog Convert) để phát tín hiệu đến các trạm thu/phát. 3.2.3 Tín hiệu rời rạc. Khái niệm: Tín hiệu rời rạc ( về mặt thời gian) là dạng tín hiệu chỉ xác định trên một tập rời rạc của thời gian ( tập những thời điểm của rời rạc), tín hiệu rời rạc mang các giá trị thực về biên độ và tần số trong khoảng thời gian nào đó. 18 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến. Kỹ thuật truyền dữ liệu. Hình 3.2.3a: Tín hiệu liên tục theo biên độ và rời rạc theo thời gian. Hình 3.2.3b: Tín hiệu rời rạc theo biên độ và liên tục theo thời gian. 19 – Kỹ thuật truyền dữ liệu trong mạng vô tuyến.