LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GIẢI PHÁP MẠNG SỐ LIỆU TÍCH HỢP CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN THU HÀ
GIẢI PHÁP MẠNG SỐ LIỆU TÍCH HỢP CHO
HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử
Mã số : 60.52.70
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Cán bộ hướng dẫn: TS. VÕ TRƯỜNG SƠN
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Thu Hà Năm sinh: 14/12/1977
Lớp: Cao học Kỹ thuật Điện tử Khoá: 19
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70
Cán bộ hướng dẫn: TS. Võ Trường Sơn Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông
1. Tên đề tài: GIẢI PHÁP MẠNG SỐ LIỆU TÍCH HỢP CHO HỆ
THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Xây dựng giải pháp mạng số liệu tích hợp cho các hệ thống giám sát giao
thông trên một tuyến đường.
3. Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được:
Phương pháp nghiên cứu:
Phân tích ưu và nhược điểm của các hệ thống giám sát giao thông hiện nay
để đưa ra mô hình mạng tích hợp. Kết quả được kiểm chứng bằng các tính toán
cho một số hệ thống thực tế.
Kết quả đạt được:
Xây dựng được mô hình hệ thống; đưa ra các công thức tổng quát tính toán
dung lượng truyền dẫn, dung lượng lưu trữ cần thiết để đáp ứng cho mô hình
mạng tích hợp các hệ thống giám sát giao thông. Đề xuất các giải pháp kết nối
hệ thống. Áp dụng mô hình đã xây dựng cho một số hệ thống thực tế.

4. Điểm bình quân môn học: Điểm bảo vệ luận văn:
Ngày tháng năm
Học viên
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Thu Hà
3
MỤC LỤC
Mục lục
i
Danh mục các từ viết tắt
iv
Danh mục các hình vẽ
vi
Mở đầu
1
Chương I. Tổng quan về mạng số liệu
4
1.1. Các khái niệm về mạng số liệu và cách phân loại
4
1.1.1. Khái niệm về mạng số liệu
4
1.1.2. Phân loại mạng số liệu
4
1.2. Mạng LAN
7
1.2.1. Đặc điểm của mạng LAN
7
1.2.2. Các sơ đồ kết nối mạng LAN
7
1.2.3. Phương thức truy nhập đường truyền trong mạng LAN
10

1.2.4. Các chuẩn kết nối thông dụng của mạng LAN
16
1.3. Mạng MAN
17
1.3.1. Các điều kiện thúc đẩy sự phát triển của MAN
18
1.3.2. Ứng dụng của mạng MAN
20
1.3.3. Các công nghệ triển khai mạng MAN
20
1.3.4. Mạng MAN xây dựng theo công nghệ Ethernet
20
1.4. Mạng số liệu theo chuẩn Ethernet
34
1.4.1. Lịch sử phát triển của chuẩn Ethernet
34
1.4.2. Mạng số liệu theo chuẩn Ethernet
36
1.5. Giao thức liên mạng IP
38
1.5.1. Giao thức IP
38
1.5.2. Kiến trúc địa chỉ IPv4
40
1.5.3. Phân mảnh và hợp nhất các gói IP
42
1.5.4. Một số giao thức điều khiển
42
4
1.5.5. Định tuyến IP

44
1.5.6. Giao thức liên mạng thế hệ mới IPv6
46
Chương II. Tổng quan về các hệ thống giám sát giao thông
48
2.1. Hệ thống camera quan sát
48
2.1.1. Camera
49
2.1.2. Thiết bị ghi hình
59
2.1.3. Hệ thống hiển thị hình ảnh
61
2.2. Hệ thống đếm và đo tốc độ xe
61
2.2.1. Đo đếm xe bằng công nghệ sử dụng cảm biến vòng từ
62
2.2.2. Đo dếm xe bằng công nghệ RADAR
63
2.2.3. Đo đếm xe bằng công nghệ sử dụng cảm biến hồng ngoại
65
2.2.4. Đo đếm xe bằng công nghệ xử lý ảnh
66
2.3. Các hệ thống khác
68
Chương III. Giải pháp mạng số liệu tích hợp cho hệ thống giám sát giao thông
70
3.1. Mô hình hệ thống mạng tích hợp
70
3.2. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống tích hợp

72
3.2.1. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống camera quan sát
73
3.2.2. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống đo đếm tốc độ
76
3.2.3. Công thức tổng quát tính toán dung lượng truyền dẫn toàn hệ thống
77
3.3. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống tích hợp
78
3.3.1. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống camera quan sát
79
3.3.2. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống đo đếm tốc độ xe
80
3.3.3. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống tích hợp
80
3.4. Phương án lưu trữ cho hệ thống tích hợp
81
3.4.1. Phương án lưu trữ trên ổ cứng của thiết bị ghi hình
81
3.4.2. Phương án lưu trữ trên các thiết bị bên ngoài hệ thống
84
3.5. Phương án đấu nối hệ thống tích hợp
86
3.5.1. Công nghệ kết nối mạng
86
3.5.2. Phương thức truyền dẫn cho hệ thống tích hợp
87
3.5.3. Phương án tổ chức kết nối thiết bị
93
Chương IV. Ứng dụng giải pháp mạng số liệu tích hợp vào hệ thống giám sát

giao thông đường hầm sông Sài Gòn
96
5
4.1. Giới thiệu về tuyến đường hầm vượt sông Sài Gòn
96
4.2. Các số liệu của hệ thống giám sát giao thông đường hầm sông Sài Gòn
96
4.3. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống giám sát đường hầm sông Sài
Gòn
98
4.3.1. Dung lượng truyền dẫn cho hệ thống camera quan sát
98
4.3.2. Dung lượng truyền dẫn cho hệ thống camera an ninh
98
4.3.3 Dung lượng truyền dẫn cho hệ thống đo tốc độ xe
99
4.3.4 Dung lượng truyền dẫn cho toàn hệ thống
99
4.4. Tính toán dung lượng lưu trữ cần thiết cho hệ thống giám sát giao thông đường
hầm sông Sài Gòn
99
Kết luận và kiến nghị
101
Lời cảm ơn
102
Tài liệu tham khảo
103
6
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT

TẮT
DIỄN GIẢI TIẾNG ANH DIỄN GIẢI TIẾNG VIỆT
ADC Analog-to-Digital Converte Bộ chuyển đổi tương tự sang số
ARP Address Resolution Protocol Giải pháp giao thức địa chỉ
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền bất đối xứng
CAPEX Capital Expense Chi phí đầu tư
CCD Charge Couple Device Thiết bị nạp đôi
CMOS
Complementary Metal oxide
Semiconductor
Kim loại bán dẫn bổ sung
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection
Xác định xung đột đa truy nhập
theo lắng nghe sóng mang
DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ khác
DVR Digital Video Recorder Bộ thu hình số
FDDI Fibre Distributed Data Interface Giao tiếp dữ liệu phân bố quang
GFP Generic Framing Procedure Xử lý khung chung
HSSG High Speed Study Group Nhóm nghiên cứu tốc độ cao
ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức điều khiển bản internet
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Hiệp hội kỹ sư điện và điện tử
IP Internet Protocol Giao thức internet
ISP Internet service provider Cung cấp dịch vụ internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LBT Listen Before Talk Nghe trước khi nói

LIDAR Light Detection And Ranging Xác định ánh sáng và phạm vi
MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện
MAN Metropolitan Area Network Mạng cục bộ mở rộng
MEF Metro Ethernet Forum Diễn đàn ethernet metro
MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia di chuyển ảnh
MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NGN Next-Generation Network Mạng thế hệ tiếp theo
NVR Network Video Recorder Mạng thu hình
OPEX Operation Expense Hoạt động chi tiêu
7
OTN OTN Optical Transport Network Mạng truyền dẫn quang
PSTN
Public Wwitched Telephone
Network
Mạng thoại chuyển mạch công
cộng
RADAR Radio Detection And Ranging Xác định vô tuyến và phạm vi
RAID
Redundant Array of Independent
Disks
Ổ phụ thuộc vào mạng dự trữ
RARP
Reverse Address Resolution
Protocol
Giao thức giải pháp địa chỉ
SDH Synchronous Digital Hierarchy Đồng bộ số bất đối xứng
SLA Service-Level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDM Time-Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo thời

gian
UDP User Datagram Protocol Giao thức người sử dụng
VC Virtual Concatenation Kết nối ảo
VLAN Vitual Local Area Network Mạng cục bộ ảo
WAN Wide Area Network Mạng rộng
WDM Wavelength-Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo bước
sóng
8
DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương 1
Hình 1.1 Các sơ đồ kết nối mạng LAN phổ biến 8
Hình 1.2 Sơ đồ kết nối dạng thẳng 9
Hình 1.3 Sơ đồ kết nối dạng hình sao 9
Hình 1.4 Sơ đồ kết nối dạng hình vòng 10
Hình 1.5 Khuôn dạng đơn vị dữ liệu dùng trong IP 38
Chương 2
Hình 2.1 Công nghệ cảm biến vòng từ 63
Hình 2.2 Đặc trưng tần số sóng RADAR 64
Hình 2.3 Vùng hoạt động của modun kiểm tra tốc độ sử dụng LIDAR 66
Hình 2.4 Các bước trong tiền xử lý ảnh 67
Chương 3
Hình 3.1 Mô hình hệ thống mạng tích hợp 71
Chương 4
Hình 4.1 Toàn cảnh đường hầm vượt sông Sài Gòn 95
9
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những thập niên gần đây, song song với sự phát triển vượt
bậc của công nghệ điện toán, các công nghệ mạng cũng phát triển

không ngừng và được chuẩn hóa liên tục để có thể đáp ứng các yêu cầu
của người dùng trong việc chia sẻ và quản lý thông tin một cách nhanh
chóng, hiệu quả và đạt độ an toàn cao. Từ những ứng dụng đơn giản
ban đầu là chia sẻ tài nguyên mạng với qui mô nhỏ khoảng 10 máy tính
và phạm vi địa lý giới hạn. Giờ đây, công nghệ mạng đã đạt đến những
đỉnh cao mới với tốc độ truyền thông có thể lên tới hàng chục Gbps và
phạm vi kết nối người dùng đã mở rộng ra toàn cầu. Với những ưu
điểm và lợi ích mà công nghệ mạng mang lại, càng ngày càng có nhiều
thiết bị cũng như ứng dụng được thiết kế cho môi trường mạng. Ngày
nay, mạng số liệu không chỉ được sử dụng để đáp ứng cho nhu cầu của
người dùng cá nhân hay các tổ chức doanh nghiệp mà mạng số liệu còn
đang trở thành một công cụ quan trọng của nhiều quốc gia để quản lý
các vấn đề về: chính trị, kinh tế, văn hóa xã hội, y học, …. Tại Việt
Nam, mạng số liệu đang bắt đầu được ứng dụng trong việc chia sẻ và
quản lý thông tin giữa các cơ quan chính phủ, làm tiền đề cho việc xây
dựng chính phủ điện tử cũng như được đề xuất ứng dụng để giải quyết
nhiều vấn đề bất cập của một nước đang phát triển. Một trong những
vấn đề cấp bách nhất được đề xuất trong giai đoạn này là ứng dụng
mạng số liệu và các công nghệ mới khác để kiểm soát và điều khiển
giao thông một cách có hiệu quả, đảm bảo an toàn giao thông và giảm
thiểu tai nạn cho người tham gia giao thông.
10
Việc xây dựng giải pháp mạng số liệu tích hợp phục vụ cho công
tác giám sát các tuyến đường giao thông là một trong những giải pháp
rất cần thiết góp phần giải quyết vấn đề cấp bách nêu trên.
Hiện tại ở Việt Nam, việc triển khai hệ thống giám sát các phương
tiện giao thông trên một số tuyến đường cao tốc, tuyến đường trọng
điểm mới xây dựng đã được thực hiện nhưng chỉ mới ở mức độ tự thiết
kế riêng lẻ cho từng tuyến và xây dựng các hệ thống mạng riêng cho
từng chức năng. Vì vậy, việc xây dựng một giải pháp mạng số liệu tích

hợp cho hệ thống giám sát giao thông tạo điều kiện cho việc tính toán
và thiết kế hệ thống giám sát giao thông trên các tuyến đường một cách
thuận lợi, dễ dàng là một vấn đề rất hữu ích và rất đáng quan tâm.
2. Cơ sở chọn lựa đề tài
Cơ sở lý luận khoa học:
Luận văn đi sâu vào việc nghiên cứu các công nghệ mới để triển
khai kết nối mạng. Đồng thời, nghiên cứu các công nghệ mới về phần
cứng, các công cụ về phần mềm để phục vụ công tác giám sát nói chung
và giám sát giao thông nói riêng. Từ đó, ứng dụng các công nghệ mới
này để xây dựng giải pháp mạng tích hợp cho các hệ thống giám sát
giao thông.
Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu:
Luận văn đưa ra giải pháp mạng tích hợp cho hệ thống giám sát
giao thông dựa trên việc ứng dụng các công nghệ tiến tiến về viễn
thông, điện tử, tin học, xử lý ảnh, nhằm xây dựng được một hệ thống
giám sát giao thông hiệu quả, đồng bộ và tiết kiệm chi phí so với các
hình thức đang triển khai và có thể ứng dụng để triển khai cho hệ thống
giám sát giao thông cho các tuyến đường mới.
11
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Kết hợp việc ứng dụng các công nghệ mạng số liệu mới nhất và các
công nghệ giám sát tiên tiến để đưa ra được giải pháp mạng số liệu tích
hợp cho các hệ thống giám sát giao thông trên một tuyến đường.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các lý thuyết về mạng số liệu, nghiên cứu các công
nghệ mạng mới nhất đang được triển khai trên thế giới và tại Việt Nam.
Nghiên cứu các công nghệ tiên tiến, nghiên cứu các thiết bị phần
cứng, các phần mềm ứng dụng mới phục vụ cho công tác giám sát giao
thông.
5. Nội dung của luận văn:

Nội dung của luận văn được trình bày thông qua 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng số liệu
Chương 2: Tổng quan về các hệ thống giám sát giao thông
Chương 3: Giải pháp mạng số liệu tích hợp cho hệ thống giám sát
giao thông
Chương 4: Ứng dụng giải pháp mạng số liệu tích hợp vào hệ
thống giám sát giao thông đường hầm sông Sài Gòn
12
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG SỐ LIỆU
Mở đầu
Mạng số liệu ra đời và phát triển mạnh mẽ đã mang lại những lợi ích thật
to lớn cho tất cả mọi người từ người dùng cá nhân đến các tổ chức doanh
nghiệp; các cơ quan, chính phủ và trong mọi mặt của cuộc sống. Để có thể
ứng dụng mạng trong lĩnh vực quản lý giao thông vận tải, việc nắm vững các
kiến thức về mạng, các công nghệ mạng đang sử dụng và các công nghệ mạng
dự đoán cho tương lai là một yêu cầu rất cần thiết.
1.1. CÁC KHÁI NIỆM VỀ MẠNG SỐ LIỆU VÀ CÁCH PHÂN LOẠI
1.1.1. Khái niệm về mạng số liệu
Mạng số liệu là một hệ thống gồm nhiều thiết bị đầu cuối kết nối
với nhau nhằm mục đích lưu trữ, truyền tải hoặc trao đổi các dữ liệu,
thông tin đã được số hóa giữa những người sử dụng các thiết bị đầu
cuối.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc về công nghệ phần cứng
máy tính cũng như các phần mềm ứng dụng trên máy tính hiện đại,
mạng số liệu còn được hiểu là một hệ thống bao gồm nhiều máy tính
được kết nối với nhau tuân theo những giao thức đã được chuẩn hóa
nhằm mục đích chính là lưu giữ, truyền tải hoặc trao đổi các dữ liệu,
thông tin đã được số hóa giữa những người sử dụng máy tính.
1.1.2. Phân loại mạng số liệu [3]

13
Có nhiều cách khác nhau để phân loại mạng, tùy thuộc vào yếu
tố chính được dùng để làm chỉ tiêu phân loại. Mạng số liệu thông
thường được phân loại theo các tiêu chí như sau:
- Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng;
- Phân loại theo khoảng cách địa lý của mạng;
- Phân loại theo kiến trúc mạng;
- Phân loại theo chức năng mạng;
Tuy nhiên, trong thực tế người ta thường chỉ phân loại theo hai
tiêu chí đầu tiên.
Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch:
Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm yếu tố chính để phân loại
mạng số liệu, ta có các loại mạng sau:
- Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Swiched Network):
Khi có 2 thực thể cần truyền thông với nhau thì giữa chúng sẽ
thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho đến khi
hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu chỉ truyền đi theo con
đường cố định đó.
- Mạng chuyển mạch bản tin (Message Switched Network):
Bản tin là một đơn vị dữ liệu của người sử dụng có khuôn
dạng được quy định trước. Mỗi bản tin có chứa các thông tin
điều khiển trong đó chỉ rõ đích cần truyền đến của bản tin.
Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi nút trung gian
có thể chuyển bản tin đến nút kế tiếp trên con đường dẫn đến
đích của bản tin. Như vậy, mỗi nút cần phải lưu giữ tạm thời
14
để đọc thông tin điều khiển trên bản tin. Nếu thấy bản tin
không gửi cho mình thì tiếp tục chuyển bản tin đi. Tùy vào
điều kiện của mạng mà bản tin có thể được chuyển đi theo
nhiều con đường khác nhau.

- Mạng chuyển mạch gói (Packet Switched Network):
Ở loại mạng này, mỗi bản tin được chia ra thành nhiều gói
nhỏ hơn được gọi là các gói tin có khuôn dạng quy định
trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong
đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận)
của gói tin. Các gói tin của cùng một bản tin có thể được gửi
qua mạng để đi tới đích theo nhiều con đường khác nhau.
Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý:
Nếu lấy khoảng cách địa lý làm tiêu chí phân loại thì ta có các
loại mạng sau:
- Mạng cục bộ (LAN: Local Area Network)
Là mạng được cài đặt trong phạm vi tương đối nhỏ hẹp, như
trong một tòa nhà, một xí nghiệp,… với khoảng cách lớn nhất
giữa các máy tính trên mạng trong vòng vài km trở lại.
- Mạng đô thị (MAN: Metropolitan Area Network )
Là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị, một trung
tâm văn hóa xã hội, … có bán kính tối đa trong vòng 100 km
trở lại.
- Mạng diện rộng (WAN: Wide Area Network)
15
Là mạng có diện tích bao phủ rộng lớn, phạm vi của mạng có
thể vượt biên giới quốc gia, thậm chí cả lục địa.
1.2. MẠNG LAN
Mạng LAN hay còn được gọi là mạng cục bộ là một hệ thống bao
gồm các máy tính và các thiết bị kết nối mạng được kết nối với nhau
trong một phạm vi địa lý giới hạn, thường trong một tòa nhà hoặc một
công sở nào đó.
Tên gọi “mạng cục bộ” được xem xét chính từ quy mô mạng, đây
chỉ là một trong những đặc tính của mạng cục bộ. Tuy nhiên, quy mô
mạng lại là yếu tố quyết định đến nhiều đặc tính khác của mạng LAN.

1.2.1. Đặc điểm của mạng LAN
- Mạng cục bộ có quy mô nhỏ, thường có bán kính dưới vài
km. Đặc điểm này cho phép không cần dùng các thiết bị định
tuyến với các mối liên hệ phức tạp.
- Mạng cục bộ có tốc độ cao và ít lỗi. Tốc độ trên mạng cục bộ
thông thường là 10 hoặc 100 Megabit trên giây và cho đến
nay, với Gigabit Ethernet, tốc độ mạng cục bộ trên thực tế đã
đạt đến mức hàng chục Gigabit trên giây mà xác xuất lỗi rất
thấp.
- Mạng LAN thường là sở hữu riêng của một tổ chức nào đó
(trường học, doanh nghiệp, …). Do vậy, việc quản lý khai
thác hoàn toàn tập trung, thống nhất.
1.2.2. Các sơ đồ kết nối mạng LAN [1]
16
LAN topology định nghĩa cách thức mà ở đó các thiết bị mạng
được tổ chức sắp xếp. Có ba sơ đồ nối kết mạng LAN phổ biến là:
dạng thẳng (Bus), dạng hình sao (Star) và dạng hìng vòng (Ring).
Hình 1.1 Các sơ đồ kết nối mạng LAN phổ biến
Bus topology là một mạng với kiến trúc tuyến tính trong đó dữ
liệu truyền tải của một trạm sẽ được lan truyền trên suốt chiều dài
của đường truyền và được nhận bởi tất cả các thiết bị khác. Đường
truyền chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là
Terminator, còn các máy trạm thì được kết nối vào đường trục chính
bằng kết nối chữ T (T-connector) hoặc bằng một thiết bị thu phát
(transceiver). Với bus topology, dữ liệu được truyền theo phương
thức điểm - đa điểm (point to multipoint hay broadcast).
17
Hình 1.2 Sơ đồ kết nối dạng thẳng
Star topology là một kiến trúc mạng trong đó các máy trạm được
nối kết vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các

trạm và chuyển đến trạm đích. Tùy theo yêu cầu truyền thông trên
mạng mà thiết bị trung tâm có thể là router (bộ định tuyến), switch
(bộ chuyển mạch) hoặc hub (bộ phân kênh). Vai trò của thiết bị trung
tâm này là thực hiện việc thiết lập các liên kết điểm – điểm (point to
point) giữa các trạm.
Hình 1.3 Sơ đồ kết nối dạng hình sao
18
Ring topology là một kiến trúc mạng mà nó bao gồm một loạt
các thiết bị được nối lại với nhau trên một kênh truyền có hướng theo
dạng vòng. Mỗi trạm được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp
(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 trạm có nhu cầu.
Hình 1.4 Sơ đồ kết nối dạng hình vòng
1.2.3. Phương thức truy nhập đường truyền trong mạng LAN
Vì chỉ có một đường truyền vật lý trong mạng LAN, tại một thời
điểm nào đó LAN chỉ cho phép một thiết bị được sử dụng đường
truyền để truyền tin. Nếu có hai máy tính cùng gởi dữ liệu ở tại một
thời điểm sẽ dẫn đến tình trạng va chạm. Dữ liệu của hai thiết bị này
sẽ bị phủ lấp lẫn nhau, không sử dụng được. Vì thế cần có một cơ
chế để giải quyết sự cạnh tranh đường truyền giữa các thiết bị để việc
19
truyền thông trong mạng LAN được hiệu quả. Người ta gọi phương
pháp giải quyết cạnh tranh đường truyền giữa các thiết bị trong một
mạng cục bộ là phương thức điều khiển truy nhập đường truyền
(Media Access Control Protocol hay MAC Protocol). Có hai giao
thức chính thường được dùng trong các mạng cục bộ là: giao thức
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

và giao thức Token Passing.
Giao thức đa truy nhập sử dụng song mang có phát hiện xung
đột (CSMA/CD) [1]
Phương thức này sử dụng cho topo mạng tuyến tính hoặc hình
sao, trong đó tất cả các trạm của mạng đều được nối trực tiếp vào
bus. Mọi trạm đều có thể truy nhập vào bus chung một cách ngẫu
nhiên và do vậy rất có thể dẫn đến xung đột, tức là có 2 hoặc nhiều
trạm cùng đồng thời truyền và nhận dữ liệu. Dữ liệu truyền trên
mạng theo một khuôn dạng đã định sẵn trong đó có một vùng thông
tin điều khiển chứa địa chỉ trạm đích.
Phương thức CSMA/CD là phương thức cải tiến từ giao thức
CSMA hay còn gọi làLBT (Listen Before Talk).
Tư tưởng của phương thức CSMA là một trạm khi cần truyền dữ
liệu trước hết phải nghe xem đường truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi
thì trạm đó truyền dữ liệu theo khuôn dạng đã quy định trước, còn
nếu bận (đã có dữ liệu đang truyền) thì trạm này cần thực hiện một
trong 3 giải thuật sau:
20
- Giải thuật CSMA không kiên trì (1): tạm ngừng nghe một
khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi mới thực hiện lại các thủ tục
nghe đường truyền.
- Giải thuật CSMA 1-kiên trì (2): tiếp tục nghe đến khi đường
truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất là 1. Chính vì thế
mà giao thức có tên là CSMA 1 - kiên trì.
- Giải thuật CSMA p-kiên trì (3): tiếp tục nghe đến khi đường
truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất là p với 0<p<1.
Với giải thuật (1) ta thấy có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì
hai trạm cần truyền thấy đường truyền bận sẽ cùng rút lui chờ trong
những khoảng thời gian ngẫu nhiên khác nhau mới quay lại tiếp tục
nghe đường truyền. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là có thể có thời

gian không sử dụng đường truyền sau mỗi lần phát hiện xung đột.
Giải thuật (2) cố gắng làm giảm thời gian "chết" bằng cách cho
phép một trạm có thể được truyền dữ liệu ngay sau khi một cuộc
truyền kết thúc. Tuy nhiên nếu lúc đó nếu có nhiều trạm đang đợi để
truyền dữ liệu thì khả năng xảy ra xung đột sẽ rất lớn.
Giải thuật (3) với giá trị p được chọn hợp lý có thể tối thiểu hoá
được cả khả năng xung đột lẫn thời gian "chết" của đường truyền.
Xảy ra xung đột thường là do độ trễ truyền dẫn, một trạm đã
truyền dữ liệu đi rồi nhưng do độ trễ của đường truyền nên một trạm
khác đang nghe đường truyền vẫn tưởng đường truyền đang rỗi và
đưa dữ liệu lên đường truyền do vậy xung đột xảy ra.
21
Nguyên nhân của vấn đề này là: các trạm chỉ "nghe" trước khi
truyền dữ liệu mà không "nghe" trong khi truyền, cho nên thực tế có
xung đột thế nhưng các trạm không biết do đó vẫn truyền dữ liệu đi
và gây ra việc chiếm dụng đường truyền một cách vô ích.
Để có thể phát hiện xung đột, CSMA/CD đã bổ sung thêm các
quy tắc sau đây: Khi một trạm vừa truyền dữ liệu đi, nó vẫn tiếp tục
"nghe" đường truyền. Nếu phát hiện xung đột thì nó ngừng ngay việc
truyền, nhờ đó mà tiết kiệm được thời gian và giải thông, nhưng nó
vẫn tiếp tục gửi tín hiệu sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm
bảo rằng tất cả các trạm trên mạng đều "nghe" được sự kiện này (như
vậy phải tiếp tục nghe đường truyền trong khi truyền dữ liệu để phát
hiện đụng độ - Listening While Talking). Sau đó trạm sẽ chờ trong
một khoảng thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo các
quy tắc CSMA, trong đó giải thuật 2 được ưa dùng nhất.
Giao thức truy nhập đường truyền sử dụng cơ chế trọng tài để
cấp quyền truy nhập
Mạng LAN hoạt động tuân theo giao thức này có một gói tin đặc
biệt có tên là thẻ bài (Token) được chuyển vòng quanh mạng từ thiết

bị này đến thiết bị kia. Khi một thiết bị muốn truyền tải thông tin, nó
phải đợi cho đến khi có được token. Khi việc truyền tải dữ liệu hoàn
thành hoặc hết thời gian cho phép truyền tin quy định, token được
chuyển sang cho thiết bị kế tiếp. Nhờ đó đường truyền có thể được
sử dụng bởi các thiết bị khác. Có 2 phương thức truy nhập đường
truyền sử dụng cơ chế thẻ bài là Token Bus và Token Ring
Phương thức Token Bus [1]
22
Nguyên lý chung của phương pháp này là để cấp phát quyền truy
nhập đường truyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu, một
thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logic được thiết lập bởi các
trạm đó. Khi một trạm nhận được thẻ bài thì sẽ được phép sử dụng
đường truyền trong một thời gian nhất định. Trong khoảng thời gian
đó nó có thể truyền một hay nhiều đơn vị dữ liệu. Khi đã truyền xong
dữ liệu hoặc thời gian đã hết thì trạm đó phải chuyển thẻ bài cho
trạm tiếp theo. Như vậy, công việc đầu tiên là thiết lập vòng logic
(hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang có nhu cầu truyền
dữ liệu 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 sẽ biết địa chỉ
của trạm liền trước và kề sau nó. Thứ tự của các trạm trên vòng logic
có thể độc lập với thứ tự vật lý. Các trạm không hoặc chưa có nhu
cầu truyền dữ liệu không được vào trong vòng logic. Việc thiết lập
vòng logic không khó nhưng việc duy trì nó theo trạng thái thực tế
của mạng mới là khó. Cụ thể phải thực hiện các chức năng sau:
- Bổ sung một trạm vào vòng logic: các trạm nằm ngoài vòng
logic cần được xem xét một cách định kỳ để nếu có nhu cầu
truyền dữ liệu thì được bổ sung vào vòng logic.
- Loại bỏ một trạm khỏi vòng logic: khi một trạm không có
nhu cầu truyền dữ liệu thì cần loại bỏ nó ra khỏi vòng logic
để tối ưu hoá việc truyền dữ liệu bằng thẻ bài.

- Quản lý lỗi: một số lỗi có thể xảy ra như trùng hợp địa chỉ
hoặc đứt vòng logic.
23
- Khởi taọ vòng logic: khi khởi tạo mạng hoặc khi đứt vòng
logic cần phải khởi tạo lại vòng logic.
Phương thức Token Ring [1]
Phương pháp này cũng dựa trên nguyên tắc dùng thẻ bài để cấp
phát quyền truy nhập đường truyền. Nhưng ở đây thẻ bài lưu chuyển
theo theo vòng vật lý chứ không theo vòng logic như đối với phương
pháp Token Bus. Thẻ bài là một đơn vị truyền dữ liệu đặc biệt trong
đó có một bit biểu diễn trạng thái của thẻ (bận hay rỗi). Một trạm
muốn truyền dữ liệu phải chờ cho tới khi nhận được thẻ bài "rỗi".
Khi đó trạm sẽ đổi bit trạng thái thành "bận" và truyền một đơn vị dữ
liệu đi cùng với thẻ bài đi theo chiều của vòng. Lúc này không còn
thẻ bài "rỗi" nữa do đó các trạm muốn truyền dữ liệu phải đợi. Dữ
liệu tới trạm đích được sao chép lại, sau đó cùng với thẻ bài trở về
trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu đổi bit trạng thái thành
"rỗi" và cho lưu chuyển thẻ trên vòng để các trạm khác có nhu cầu
truyền dữ liệu được phép truyền. Sự quay trở lại trạm nguồn của dữ
liệu và thẻ bài nhằm tạo khả năng báo nhận tự nhiên: trạm đích có
thể gửi vào đơn vị dữ liệu (phần header) các thông tin về kết quả tiếp
nhận dữ liệu của mình. Chẳng hạn các thông tin đó có thể là: trạm
đích không tồn tại hoặc không hoạt động, trạm đích tồn tại nhưng dữ
liệu không được sao chép, dữ liệu đã được tiếp nhận, có lỗi,
Trong phương pháp này cần giải quyết hai vấn đề có thể dẫn đến
phá vỡ hệ thống đó là mất thẻ bài và thẻ bài "bận" lưu chuyển không
dừng trên vòng. Có nhiều phương pháp giải quyết các vấn đề trên,
dưới đây là một phương pháp được khuyến nghị:
24
Trong vòng tròn vật lý, người ta quy định trước một trạm điều

khiển chủ động. Đối với vấn đề mất thẻ bài, trạm chủ động này sẽ
theo dõi, phát hiện tình trạng mất thẻ bài bằng cách dùng cơ chế
ngưỡng thời gian (time - out) và phục hồi bằng cách phát đi một thẻ
bài "rỗi" mới. Đối với vấn đề thẻ bài bận lưu chuyển không dừng,
trạm điều khiển sử dụng một bit trên thẻ bài để đánh dấu khi gặp một
thẻ bài "bận" đi qua nó. Nếu nó gặp lại thẻ bài bận với bit đã đánh
dấu đó có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị của
mình do đó thẻ bài "bận" cứ quay vòng mãi. Lúc đó trạm điều khiển
sẽ chủ động đổi bit trạng thái "bận" thành "rỗi" và cho thẻ bài chuyển
tiếp trên vòng. Trong phương pháp này các trạm còn lại trên mạng sẽ
đóng vai trò bị động, chúng theo dõi phát hiện tình trạng sự cố trên
trạm chủ động và thay thế trạm chủ động nếu cần.
1.2.4. Các chuẩn kết nối thông dụng của mạng LAN
Việc chuẩn hoá mạng cục bộ nói riêng đã được thực hiện từ
nhiều năm nay để đáp ứng sự phát triển của mạng cục bộ. Cũng như
đối với mạng nói chung, có hai loại chuẩn cho mạng cục bộ, đó là:
các chuẩn chính thức do các tổ chức chuẩn quốc gia và quốc tế ban
hành và các chuẩn thực tiễn do các hãng sản xuất, các tổ chức người
sử dụng xây dựng và được dùng rộng rãi trong thực tế.
Có hai họ chuẩn thông dụng đang được sử dụng cho mạng LAN
là chuẩn IEEE 802.x và ISO 8802.x
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) là tổ
chức đi tiên phong trong lĩnh vực chuẩn hoá mạng cục bộ với đề án
IEEE 802, kết quả là một loạt các chuẩn thuộc họ IEEE 802.x ra đời.
25
Cuối những năm 80, tổ chức ISO đã tiếp nhận họ chuẩn này và ban
hành thành chuẩn quốc tế dưới mã hiệu tương ứng là ISO 8802.x.
- IEEE 802.1: là chuẩn đặc tả kiến trúc mạng, kết nối giữa các
mạng và việc quản trị mạng đối với mạng cục bộ.
- IEEE 802.2: là chuẩn đặc tả tầng dịch vụ giao thức của mạng

cục bộ.
- IEEE 802.3: là chuẩn đặc tả một mạng cục bộ dựa trên mạng
Ethernet nổi tiếng của Digital, Intel và Xerox hợp tác xây
dựng từ năm 1980.
- IEEE 802.4: là chuẩn đặc tả mạng cục bộ với topo mạng dạng
bus dùng thẻ bài để điều khiển việc truy nhập đường truyền.
- IEEE 802.5: là chuẩn đặc tả mạng cục bộ với topo mạng dạng
vòng (ring) dùng thẻ bài để điều khiển việc truy nhập đường
truyền.
- IEEE 802.6: là chuẩn đặc tả mạng tốc độ cao kết nối với
nhiều mạng cục bộ thuộc các khu vực khác nhau của một đô
thị (còn được gọi là mạng MAN - Metropolitan Area
Network).
- IEEE 802.10: là chuẩn đặc tả về an toàn thông tin trong các
mạng cục bộ có khả năng liên kết.
- IEEE 802.11: là chuẩn đặc tả mạng cục bộ không dây
(Wireless LAN) hiện đang được tiếp tục phát triển.
1.3. MẠNG MAN
Mạng MAN hay còn gọi là mạng đô thị là mạng dữ liệu băng rộng