Chương 4: Các kỹ thuật truyền dữ liệu số pps

BK
TP.HCM
2008
dce
Chương 4

Các kỹ

thuật truyền dữ

liệu số
 Truyền bất đồng bộ

và

truyền đồng bộ
 Các loại lỗi
 Phát hiện lỗi
 Sửa lỗi
 Cấu hình đường truyền
 Giao tiếp
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
2
Data Communication and Computer Networks
Truyền dữ

liệu song song
•

Mỗi bit dùng một đường truyền riêng. Nếu có 8 bits được truyền
đồng thời sẽ

yêu cầu 8 đường truyền độc lập
•

Để

truyền dữ

liệu trên một đường truyền song song, một kênh
truyền riêng được dùng để

thông báo cho bên nhận biết khi nào dữ

liệu có

sẵn (clock signal)
•

Cần thêm một kênh truyền khác để

bên
nhận báo cho bên gởi biết là đã sẵn
sàng để

nhận dữ

liệu kế

tiếp
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
3
Data Communication and Computer Networks
Truyền dữ

liệu tuần tự
•

Tất cả

các bit đều được truyền trên cùng một đường truyền,
bit này tiếp theo sau bit kia
•

Không cần các đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ

và

tín
hiệu bắt tay (các tín hiệu này được mã hóa vào dữ

liệu truyền
đi)
•

Vấn đề định thời (timing) đòi hỏi phải có cơ chế đồng bộ

giữa
bên truyền và

bên nhận
•

2 cách giải quyết
–

Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ

bởi start và stop bit
–

Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ

dùng cờ
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
4
Data Communication and Computer Networks
Truyền bất đồng bộ
•

Dữ

liệu được truyền theo từng ký tự để

tránh việc mất đồng bộ

khi nhận
được chuỗi bit quá

dài
–

5  8 bits
–

Chỉ

cần giữ đồng bộ

trong một ký tự
–

Tái đồng bộ

cho mỗi ký tự

mới
•

Hành vi
–

Đối với dòng dữ

liệu đều, khoảng cách giữa các ký tự

là đồng nhất (bằng
chiều dài của phần tử

stop)
–

Ở

trạng thái rảnh, bộ

thu phát hiện sự

chuyển 1  0
–

Lấy mẫu 7 khoảng kế

tiếp (chiều dài ký tự)
–

Đợi việc chuyển 1  0 cho ký tự

kế

tiếp
•

Hiệu suất
–

Đơn giản
–

Rẻ
–

Phí

tổn 2 hoặc 3 bit cho một ký tự

(~20%)
–

Thích hợp cho dữ

liệu với khoảng trống giữa các ký tự

lớn (dữ

liệu nhập từ

bàn phím)
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
5
Data Communication and Computer Networks
Truyền bất đồng bộ
2008

dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
6
Data Communication and Computer Networks
Truyền bất đồng bộ
•

Đồng bộ

khung (frame synchronization): dùng
các ký tự điều khiển (STX, ETX, DLE)
STX
FR
L
ETX
Start bit Stop bit
STX
ETX
F
Frame contents
(printable characters)
STXDLE
DLE ETX
DLE
STX
DLE
ETX
Frame contents
(binary data)
DLE

DLE
Inserted
DLE
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
7
Data Communication and Computer Networks
Truyền đồng bộ
•

Truyền không cần start/stop
•

Phải có

tín hiệu đồng bộ
•

Đồng bộ

bit (bit synchronization): sử

dụng các
phương pháp sau
–

Tích hợp xung clock vào dữ

liệu truyền đi

•

Tích hợp thông tin đồng bộ

(clock) vào trong dữ

liệu truyền
•

Đầu nhận sẽ

tách thông tin đồng bộ

dựa vào dữ

liệu nhận được
•

Manchester, differential Manchester, tần số

sóng mang (analog)
–

Sử

dụng đường clock riêng
•

Dùng một đường tín hiệu đồng bộ

riêng biệt
•

Một bên (phát hoặc nhận) tạo ra các xung clock đồng bộ

với các bit
truyền đi trên đường clock riêng
•

Bên còn lại dùng tín hiệu trên đường clock riêng để

làm clock
•

Thích hợp khi truyền trong khoảng cách ngắn
•

Tín hiệu đồng bộ

dễ

bị

suy giảm trên đường truyền
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
8
Data Communication and Computer Networks
Truyền đồng bộ

•

Đồng bộ

frame
–

Mỗi block dữ

liệu được bắt đầu bằng một cờ

gọi là

preamble, kết
thúc bằng một cờ

gọi là

postamble
–

Preamble và

postamble là

một mẫu bit (bit pattern) được quy định
sẵn
•

Một chuỗi các ký tự

SYN (16h trong bảng mã ASCII)
•

Mẫu bit 11111110
–

Frame: dữ

liệu + preamble + postamble + thông tin điều khiển
–

Hiệu quả hơn so với truyền bất đồng bộ

(phí

tổn thấp hơn cho các
bit điều khiển)
•

HDLC: 48 bit điều khiển cho mỗi block 1000 ký tự

(8000 bit)
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
9
Data Communication and Computer Networks
Các loại lỗi xảy ra trên đường truyền
•

Môi trường truyền dẫn bị

nhiễu (điện, từ, …)  dữ

liệu nhận
có

lỗi (các bit bị thay đổi)
•

2 cách khắc phục khi phát hiện có

lỗi
–

Forward error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự

hoặc
các frame truyền đi, để

bên nhận có

thể

phát hiện khi nào có

lỗi va lỗi
nằm ở đâu để

sửa (có

khả năng sửa lỗi)
–

Feedback (backward) error control: thông tin sửa sai được thêm vào
các ký tự

hoặc các frame truyền đi chỉ đủ để

phát hiện khi nào có

lỗi
(không có

khả năng sửa lỗi). Cơ chế

yêu cầu truyền lại ký tự/frame sai
được dùng trong trường hợp này
•

Phân loại lỗi
–

Lỗi 1 bit
•

Chỉ

1 bit bị

lỗi, không ảnh hưởng các bit xung quanh
•

Thường xảy ra do nhiễu trắng
–

Lỗi chùm (busrt error)
•

Một chuỗi liên tục B bit trong đó bit đầu, bit cuối và

các bit bất kì

nằm giữa
chuỗi đều bị

lỗi
•

Thường xảy ra do nhiễu xung
•

Ảnh hưởng càng lớn đối với tốc độ

truyền cao
•

Bit error rate (BER): xác suất một bit nhận được bị

lỗi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
10
Data Communication and Computer Networks
Cơ chế

phát hiện lỗi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
11
Data Communication and Computer Networks
Phát hiện lỗi bằng bit parity
•

1 bit parity được thêm
vào 1 khối dữ

liệu cần
truyền đi
•

Bit parity
–

Parity chẵn: tổng số

bit 1

có

trong khối dữ

liệu, kể

cả

bit parity, là

số

chẵn
–

Parity lẻ: tổng số

bit 1 có

trong khối dữ

liệu, kể

cả

bit parity, là

số

lẻ

D a t aD a t a
( ASCII )
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6
Parity bit
(odd )
h 0 0 0 1 0 1 1 0
e
0 1 0 1 0 1 1 1
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
12
Data Communication and Computer Networks
Parity
•

Đặc điểm
–

Chỉ dò được lỗi sai một
số

lẻ bit, không dò được
lỗi sai một số

chẵn bit
–

Không sửa được lỗi
–

Ít được dùng trong truyền
dữ

liệu đi xa, đặc biệt ở

tốc độ

cao
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
15
Data Communication and Computer Networks
Cyclic Redundancy Check (CRC)
•

Nguyên lý
–

k-bit message
–

Bên phát tạo ra chuỗi n bit FCS (Frame Check Sequence)
sao cho frame gởi đi (n+k bit) chia hết cho 1 số

xác định
trước
–

Bên thu chia frame nhận được cho cùng 1 số

và

nếu
không có

phần dư thì

có

khả năng không có

lỗi
•

Số

học modulo 2
–

Exlusive-or
1010
0101-
1111
1 1 0 0 1
x 1 1
1 1 0 0 1
1 1 0 0 1
1 0 1 0 1 1

1010
0101+
1111
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
16
Data Communication and Computer Networks
CRC –

dùng số

học
•

Xác định FCS
–

T: frame được truyền (k+n bit)
–

D: message, dữ

liệu cần truyền (k bit đầu của T)
–

F: FCS (n bit sau của T)
–

P: số chia được xác định trước (n+1 bit)

–

Giả

sử
–

Suy ra nếu lấythìT chia hết P
•

Kiểm tra lại?
P
R
Q
P
D
n
2

FD
n
2 T


R
F

2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu

17
Data Communication and Computer Networks
CRC –

dùng số

học
•

Ví

dụ:
•

D = 1010001101 (10 bit)
•

P = 110101 (6 bit)
•

F =? (? bit)
n = 6-1 = 5 bit, k = 10 bit, n+k = 15 bit
Đáp số: F = 01110
Dữ

liệu T = 101000110101110
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
18

Data Communication and Computer Networks
CRC –

dùng số

học
•

Số

chia P
–

Dài hơn 1 bit so với FCS mong muốn
–

Được chọn tùy thuộc vào loại lỗi mong muốn phát hiện
–

Yêu cầu tối thiểu: msb và

lsb phải là

1
•

Biểu diễn lỗi
–

Lỗi = nghịch đảo bit (i.e. xor của bit đóvới 1)

T
r

= T + E
•

T: frame được truyền
•

T
r

: frame nhận được
•

E: error pattern với 1 tại những vị

trí

lỗi xảy ra
–

Nếu có

lỗi xảy ra (E ≠

0) thì

bộ

thu không phát hiện ra lỗi
đó

khi và

chỉ

khi T
r

chia hết cho P, nghĩa là

E chia hết cho
P  khócókhả năng xảy ra
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
19
Data Communication and Computer Networks
CRC –

dùng đa thức
•

Cách khác để

xác định FCS: đa thức
D=110011  D(x) = x
5
+x

4
+x+1
P=11001  P(x) = x
4
+x
3
+1
•

Ví

dụ
–

Dữ

liệu cần truyền: 1001001 (k = 7 bits)  đa thức biểu diễn:
D(x) = x
6

+ x
3
+ 1
–

Cho đa thức sinh: P(x) =x
3

+ 1 (n = 3 bits)
–

Dữ

liệu D dịch trái n bits:
x
n
D(x) = X9 + X6 + X3
–

FCS = 001
–

Dữ

liệu T được truyền: 1001001001
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
20
Data Communication and Computer Networks
Cyclic Redundancy Check
•

Các lỗi được phát hiện
–

Tất cả

các lỗi bit đơn
–

Tất cả

các lỗi kép nếu P(x) có

ít nhất 3 toán hạng
–

Một số

lẻ

lỗi bất kỳ

nếu P(x) chứa 1 thừa số

(x+1)
–

Bất kỳ

lỗi chùm nào mà

chiều dài của chùm nhỏ
hơn hoặc bằng chiều dài FCS
–

Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn
•

CRC là

một trong những phương pháp thông
dụng và

hiệu quả

nhất để

phát hiện lỗi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
21
Data Communication and Computer Networks
Cyclic Redundancy Check
•

4 đa thức sinh được sử

dụng rộng rãi
–

CRC-12 = X
12

+ X
11

+ X

3

+ X
2

+ X + 1
•

12-bit FCS
•

Dùng để

truyền chuỗi các ký tự

có độ

dài 6-bit
–

CRC-16 = X
16

+ X
15

+ X
2

+ 1

•

16-bit FCS
•

Dùng để

truyền chuỗi các ký tự

có độ

dài 8-bit
•

USA
–

CRC-CCITT = X
16

+ X
12

+ X
5

+1
•

Europe

–

CRC-32 = X
32

+ X
26

+ X
23

+ X
22

+ X
16

+ X
12

+ X
11

+ X
10

+ X
8

+ X

7

+ X
5

+ X
4

+ X
2

+ X + 1
•

32-bit FCS
•

Point-point synchronous transmission, DVB-T…
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
22
Data Communication and Computer Networks
CRC –

dùng mạch số
D=1010001101
P=110101
1010001101
x

2
1
x
4
x
5
C4
C4
C3
C3
+
C2
C2
C1
C1
C0
C0
+
+
C4* C3 C2* C1 C0* Input
Initial 0 0 0 0 0 1
Step 1 1 0 1 0 1 0
Step 2 1 1 1 1 1 1
Step 3 1 1 1 1 0 0
Step 4 0 1 0 0 1 0
Step 5 1 0 0 1 0 0
Step 6 1 0 0 0 1 1
Step 7 0 0 0 1 0 1
Step 8 1 0 0 0 1 0
Step 9 1 0 1 1 1 1

Step 10 0 1 1 1 0
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
23
Data Communication and Computer Networks
Sửa lỗi
•

Cách sửa lỗi thông thường là

yêu cầu truyền lại khối
dữ

liệu bị

lỗi
•

Không thích hợp cho các ứng dụng trao đổi dữ

liệu
không dây
–

Xác suất lỗi cao, dẫn đến việc phải truyền lại nhiều
–

Thời gian trễ

truyền lớn hơn nhiều thời gian truyền 1 khối
dữ

liệu
–

Cơ chế

truyền lại là

truyền lại khối dữ

liệu bị

lỗi và

nhiều
khối dữ

liệu khác tiếp theo
•

Cần thiết sửa lỗi dựa vào các dữ

liệu nhận được
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
24
Data Communication and Computer Networks

Cơ chế

sửa lỗi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
25
Data Communication and Computer Networks
Cơ chế

sửa lỗi
•

Thêm một số mã dư thừa vào dữ

liệu truyền đi
•

Bộ

thu có

khả năng suy luận ra dữ

liệu gốc ban đầu
khi có

lỗi xảy ra
•

Ví

dụ: mã sửa lỗi block
–

Tổng quát là

thêm n bit vào sau k bit dữ

liệu cần truyền
•

Tạo thành block dữ

liệu (n+k) bit (codeword)
•

Trong từ

mã có

chứa k bit dữ

liệu gốc
–

Một số

kỹ

thuật FEC chuyển k bit dữ

liệu gốc thành n (n>k)
bit từ mã trong đó

không xuất hiện k bit dữ

liệu gốc
•

Chi tiết xem chương 6, phần 6.4
•

Làm giảm tốc độ

dữ

liệu hiệu dụng
–

Code rate: k/(n+k)
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
26
Data Communication and Computer Networks
Giao tiếp
•

Giao tiếp

–

Thiết bị

xử

lý dữ

liệu (DTE) thường

không có

các phương tiện phát dữ

liệu, và

chỉ

phát các t/h số đơn giản như NRZ-L
–

Cần một thiết bị

giao tiếp (DCE) –

ví

dụ: modem, NIC, …
–

DCE phát các bit dữ

liệu trên môi trường truyền dẫn
–

DCE trao đổi dữ

liệu và thông tin điều khiển với DTE
•

Được thực hiện thông qua mạch trao đổi
•

Cần một chuẩn giao tiếp rõ ràng
•

Đặc tính
–

Cơ khí
•

Kết nối vật lý, các đầu kết nối
–

Điện
•

Điện áp, định thời thay đổi các mức điện thế, mã hóa, …
–

Chức năng
•

Ý nghĩa của mỗi chân kết nối
•

Dữ

liệu, điều khiển, định thời, GND, …
–

Thủ

tục
•

Chuỗi các sự

kiện xảy ra khi truyền dữ

liệu
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
27
Data Communication and Computer Networks
Giao tiếp