Bài giảng Truyền dữ liệu - Chương 6: Kỹ thuật truyền dữ liệu số

CHƯƠNG 6 KỸ THUẬT TRUYỀN DỮ LIỆU SỐ 
TRUYỀN DỮ LIỆU 
Khoa Mạng máy tính và Truyền thông 
Trường Đại học Công nghệ Thông tin 
Nội dung 
Kênh truyền song song 
Kênh truyền tuần tự 
Lỗi trong truyền dữ liệu 
Mã phát hiện lỗi CRC 
Sửa lỗi trong truyền dữ liệu 
Cấu hình đường truyền 
Chuẩn V.24/EIA–232–F 
Giao thức truyền tín hiệu 
Kênh truyền song song 
Kênh truyền song song (Parallel), M ỗi 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 
Kênh truyền tuần tự 
Kênh truyền tuần tự (Serial), 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) 
Truyền bất đồng bộ và đồng bộ 
Những yêu cầu định vị thời gian (timing) đòi hỏi một cơ chế đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận 
 Có 2 giải pháp 
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 
Truyền bất đồng bộ 
Dữ liệu được truyền theo ký tự (5 8 bits) 
Định vị thời gian chỉ cần giữ trong mỗi một ký tự 
Thời gian sẽ được tái đồng bộ cho mỗi ký tự mới 
Truyền bất đồng bộ 
Cơ chế hoạt động của truyền bất đồng bộ 
Đối với dòng dữ liệu đều, khoảng cách giữa các ký tự là đồng nhất (chiều dài của phần tử stop) 
Ở trạng thái không truyền, bộ thu tìm - xác định sự chuyển 1 0 
Lấy mẫu 7 khoảng kế tiếp (chiều dài ký tự) 
Đợi việc chuyển 1 0 cho ký tự kế tiếp 
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) 
Truyền đồng bộ - mức bit 
Truyền các khối dữ liệu không cần start/stop bits 
Các đồng hồ tại các máy truyền và nhận cần đồng bộ 
Dùng một đường tín hiệu đồng bộ riêng biệt 
Sử dụng một nguồn clock ổn định được giữ đồng bộ với dữ liệu đến tại nơi nhận 
Tốt với khoảng cách ngắn 
Tín hiệu đồng bộ dễ bị suy giảm trên đường truyền 
Tích hợp thông tin đồng bộ (clock) vào trong dữ liệu truyền 
Máy nhận sẽ tách thông tin đồng bộ dựa vào dữ liệu nhận được 
Dùng các phương pháp mã như Manchester, differential Manchester 
Truyền đồng bộ - mức nhóm (block) 
Cần xác định đâu là bắt đầu và kết thúc của một nhóm 
Sử dụng ký tự đều và kết thúc 
Ví dụ chuỗi ký tự SYN (hex 16) 
Một nhóm 111111111 kết thúc với 11111110 
Hiệu quả (phí tổn thấp) hơn so với truyền bất đồng bộ 
Truyền đồng bộ 
Lỗi trong truyền dữ liệu 
Một lỗi xuất hiện khi có một bit bị thay đổi giữa truyền và nhận 
Các lỗi bit đơn 
Một bit bị thay đổ 
Các bit bên cạnh không đổi 
Trong trường hợp do nhiễu trắng 
Lỗi sai nhóm 
Chiều dài B 
Một chuỗi B bits trong đó bit đầu, cuối và nhiều bit liên tiếp trong đó bị sai 
Do nhiễu xung 
Làm suy giảm trong truyền không dây 
Tác động càng lớn khi đường truyền càng cao 
Quá trình phát hiện sai 
Phát hiện lỗi 
Thêm các bits bổ xung bởi máy gửi cho mã xác định lỗi 
Parity 
Giá trị của bit parity cho vào sau ký tự 7 bits là 0 nếu có chẳn bit 1 và 1 nếu có lẻ bit 1. 
Nếu có chẵn số bit lỗi thì không phát hiện ra 
Kiểm tra bằng 1 bit parity 
Xác định được các lỗi 1 bit 
Bit Parity hai chiều 
Xác định và sửa các lỗi bit đơn 
Bit Parity hai chiều 
Bit Parity hai chiều 
Mã phát hiện lỗi CRC (Cyclic Redundancy Check) 
Với k-bit phát, máy phát tạo ra chuỗi n bit kiểm tra FCS (Frame Check Sequence) 
Gửi k+n bit chia hết cho số kiểm tra P (n+1) bit xác định trước 
Máy thu chia (modulo 2) frame nhận được cho cùng số kiểm tra P nếu không có phần dư thì có khả năng không có lỗi 
Mô hình truyền thông dùng mã phát hiện lỗi CRC 
Cách tính mã CRC 
Chúng ta muốn: 
D.2 r XOR R = nG 
Tương đương: 
D.2 r = nG XOR R 
Tương đương: 
Nếu chúng ta chia D.2 r với G, giá trị còn lại R 
R = remainder[ ] 
D . 2 r 
G 
Đa thức sinh P(x) 
Các chuỗi P thường biểu diễn bằng 1 đa thức theo biến x→ P(x) gọi là đa thức sinh 
Bậc của x chỉ trọng số,và hệ số là các số nhị phân 
Ví dụ: 
 chuỗi 1101 được biểu diễn là: x 3 + x 2 + 1 
Cách xác định mã CRC bằng chia đa thức 
Cách xác định FCS bằng chia đa thức 
M = 111101 M(x) = X 5 + X 4 + X 3 + X 2 + 1 
P = 1101 P = X 3 + X 2 + 1 
 FCS có 3 bits (n = 3) 
Dữ liệu dịch trái n bits: 2 n M(x) = X 8 + X 7 + X 6 + X 5 + X 3 
X 8 + X 7 + X 5 
X 3 + X 2 + 1 
X 8 + X 7 + X 6 + X 5 + X 3 
 X 6 + X 3 
X 6 + X 5 + X 3 
 X 5 
X 5 + X 4 + X 2 
 X 4 + X 2 
X 4 + X 3 + X 
X 3 + X 2 + X 
X 3 + X 2 + 1 
 X + 1 
FCS = 011 
T = 111101 011 
Các đa thức sinh thông dụng 
CRC-1 
x + 1 (most hardware; also known as parity bit ) 
CRC-4-ITU 
x 4 + x + 1 ( ITU G.704 , p. 12) 
CRC-5-ITU 
x 5 + x 4 + x 2 + 1 ( ITU G.704 , p. 9) 
CRC-5-USB 
x 5 + x 2 + 1 ( USB token packets) 
CRC-6-ITU 
x 6 + x + 1 ( ITU G.704 , p. 3) 
CRC-7 
x 7 + x 3 + 1 (telecom systems, MMC ) 
CRC-8- ATM 
x 8 + x 2 + x + 1 (ATM HEC ) 
CRC-8- CCITT 
x 8 + x 7 + x 3 + x 2 + 1 ( 1-Wire bus ) 
CRC-8- Dallas / Maxim 
x 8 + x 5 + x 4 + 1 ( 1-Wire bus ) 
CRC-8 
x 8 + x 7 + x 6 + x 4 + x 2 + 1 
CRC-8-SAE J1850 
x 8 + x 4 + x 3 + x 2 + 1 
CRC-10 
x 10 + x 9 + x 5 + x 4 + x + 1 
CRC-11 
x 11 + x 9 + x 8 + x 7 + x 2 + 1 ( FlexRay ) 
CRC-12 
x 12 + x 11 + x 3 + x 2 + x + 1 (telecom systems) 
CRC-15- CAN 
x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 + 1 
Các CRCs thông dụng 
CRC-16-CCITT 
x 16 + x 12 + x 5 + 1 ( X.25 , V.41 , CDMA , Bluetooth , PPP , IrDA , BACnet ; known as CRC-CCITT ) 
CRC-16- IBM 
x 16 + x 15 + x 2 + 1 ( SDLC , XMODEM , USB , also known as CRC-16 ) 
CRC-24- Radix-64 
x 24 + x 23 + x 18 + x 17 + x 14 + x 11 + x 10 + x 7 + x 6 + x 5 + x 4 + x 3 + x + 1 ( FlexRay ) 
CRC-30 
x 30 + x 29 + x 21 + x 20 + x 15 + x 13 + x 12 + x 11 + x 8 + x 7 + x 6 + x 2 + x + 1 ( CDMA ) 
CRC-32- IEEE 802.3 
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 ( V.42 , MPEG-2 ) 
CRC-32K (Koopman) 
x 32 + x 30 + x 29 + x 28 + x 26 + x 20 + x 19 + x 17 + x 16 + x 15 + x 11 + x 10 + x 7 + x 6 + x 4 + x 2 + x + 1 
CRC-64-ISO 
x 64 + x 4 + x 3 + x + 1 ( HDLC — ISO 3309 ) 
CRC-64- ECMA -182 
x 64 + x 62 + x 57 + x 55 + x 54 + x 53 + x 52 + x 47 + x 46 + x 45 + x 40 + x 39 + x 38 + x 37 + x 35 + x 33 + x 32 + x 31 + x 29 + x 27 + x 24 + x 23 + x 22 + x 21 + x 19 + x 17 + x 13 + x 12 + x 10 + x 9 + x 7 + x 4 + x + 1 (as described in ECMA-182 p.63) 
Các lỗi được phát hiện khi dùng mã CRC  
Tất cả các lỗi bit đơn 
Tất cả các lỗi kép nếu P có ít nhất 3 toán hạng 
Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P chứa 1 thừa số (X+1) 
Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm nhỏ hơn chiều dài FCS 
Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn chiều dài FCS 
Sửa lỗi trong truyền dữ liệu 
Sửa các lỗi được phát hiện thông thường yêu cầu truyền lại khối dữ liệu 
Không thích hợp cho các ứng dụng trao đổi dữ liệu không dây 
BER cao 
Truyền lại nhiều 
Thời gian trễ truyền lớn hơn nhiều so với thời gian truyền dữ liệu (vd truyền vệ tinh) 
Khối dữ liệu được truyền lại bị lỗi và nhiều khối dữ liệu khác tiếp theo 
Cần thiết phải sửa lỗi dựa vào các dữ liệu nhận được 
Quá trình sửa lỗi 
Quá trình sửa lỗi 
Mỗi khối dữ liệu k bit được ánh xạ vào khối n bit (n>k) 
Từ mã – Codeword 
Forward error correction (FEC) encoder 
Codeword được truyền đi 
Chuỗi bit nhận được tương tự như chuỗi được truyền đi, nhưng có chứa lỗi 
Codeword được gởi tới bộ giải mã FEC 
Nếu không có lỗi, trích xuất khối dữ liệu ban đầu 
Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện và sửa lỗi 
Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện nhưng không sửa được 
Một vài mẫu lỗi có thể không được phát hiện (ít xảy ra) 
FEC trích xuất khối dữ liệu sai 
Dùng Hamming distance là số lượng Bit khác nhau, 
p = 011011, q = 110001, d (p,q) = 3 
Data 	 Code 
00	00000 
01	00111 
10	11001 
11	11110 
Nhận được 00100 là sai và có thể sửa? 
Nguyên tắc mã hóa khối 
Ví dụ mã hóa khối 
Mô hình mã hóa khối và sửa lỗi 
Cấu hình đường truyền 
Cấu hình: sắp xếp vật lý các trạm trên môi trường 
Cấu hình truyền thống giữa các thiết bị trong mạng 
Giao tiếp phần cứng 
Thiết bị xử lý dữ liệu (DTE) thường không có các phương tiện phát dữ liệu 
Thiết bị giao tiếp (DCE) kết nối với mạng – 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 
Xác định một chuẩn giao tiếp rõ ràng 
Mô hình giao tiếp 
Các đặc tả của giao tiếp 
Cơ học 
Các loại đầu nối 
Điện 
Điện áp, thời gian, mã tín hiệu 
Hoạt động 
Dữ liệu, điều khiển, định thời gian, tiếp đất 
Thủ tục 
Chuỗi liên tiết các sự kiện 
Chuẩn V.24/EIA–232–F 
ITU-T v.24 
Chỉ đặc tả chức năng và thủ tục 
Tham khảo các chuẩn khác cho các đặc tính cơ khí và đặc tính điện 
EIA-232-F (USA) 
Kết nối RS-232 
Đặc tính cơ khí: ISO 2110 
Đặc tính điện: v.28 
Chức năng: v.24 
Thủ tục: v.24 
Kết nối V.24/EIA–232 (DTE) 
Chuẩn V.24 
V.24 
EIA-232 
Name 
Direction to 
Function 
Data signals 
103 
BA 
Transmitted data 
DCE 
Transmitted by DTE 
104 
BB 
Received data 
DTE 
Received by DTE 
Control signals 
105 
CA 
Request to send 
DCE 
DTE wishes to transmit 
106 
CB 
Clear to send 
DTE 
DCE is ready to receive, response to RTS 
107 
CC 
DCE ready 
DTE 
DCE is ready to operate 
108.2 
CD 
DTE ready 
DCE 
DTE is ready to operate 
125 
CE 
Ring indicator 
DTE 
DCE is receiving a ringing signal on the channel line 
109 
CF 
Received line signal detector 
DTE 
DCE is receiving a signal within appropriate limits on the channel line 
Timing signals 
113 
DA 
Transmitter sig. elm. timing 
DCE 
Clocking signal 
114 
DB 
Transmitter sig. elm. timing 
DTE 
Clocking signal; 
115 
DD 
Receiver sig. elm. timing 
DTE 
Clocking signal for circuit 104 
Ground 
102 
AB 
Signal ground/common return 
Common ground reference for all circuits 
Kết nối kiểm tra Local/Remote (loopback testing) 
DTE 
Local DCE 
Remote DCE 
Local loopback testing 
Remote loopback testing 
DTE 
Local DCE 
Giao thức truyền dùng Modem bất đồng bộ 
Khi modem được bật lên và sẵn sàng, DCE bật tín hiệu “DCE ready” 
Khi DTE sẵn sàng gởi dữ liệu, DCE bật tín hiệu “Request To Send” 
Dừng chế độ nhận dữ liệu (nếu trong chế độ truyền half-duplex) 
Modem đáp lại sẵn sàng bằng tín hiệu “Clear To Send” 
DTE gởi dữ liệu 
Khi dữ liệu đến, modem gắn vào DTE sẽ bật tín hiệu “Line Signal Detector” và gởi dữ liệu cho DTE 
Hoat động quay số (1) 
Hoạt động quay số (2) 
Hoạt động truyền dữ liệu 
Chuẩn giao tiếp EIA RS–232C 
DTR on 
DSR on 
DTR on 
DSR on 
RI on 
Connection setup 
RTS on 
Carrier On 
DCD on 
CTS on 
TxD 
Data tones 
RxD on 
RTS off 
CTS off 
Carrier Off 
DCD off 
RTS on 
CTS on 
Carrier On 
DCD on 
RxD on 
Data tones 
TxD on 
RTS off 
CTS off 
RTS off 
CTS off 
Carrier Off 
DCD off 
DCD off 
DTR off 
DSR off 
DTR off 
DSR off 
Time 
number 
DTR 
Data Terminal Ready 
DSR 
Data Set Ready 
DCD 
Data Carrier Detect 
RI 
Ring Indicator 
RTS 
Request To Send 
CTS 
Clear To Send 
TxD 
Transmitted Data 
RxD 
Received Data 
Trao đổi thông tin giữa DCE và DTE 
Trao đổi thông tin giữa DTE và DCE 
Truyền dữ liệu (DTE DCE) 
Bật DTR và RTS 
Đợi DSR 
Đợi CTS 
Truyền dữ liệu 
Nhận dữ liệu (DCE DTE) 
Bật DTR 
Đợi DSR 
Nhận dữ liệu 
Trao đổi thông tin giữa 2 DTE 
Không cần DCE 
Null modem cable 
Cấu hình dây dẫn kết nối giữa 2 DTE 
Tài liệu tham khảo 
William Stallings (2010), Data and Computer Communications (9th Edition), Prentice Hall 
HẾT CHƯƠNG 6