truyen du lieu, haming, crc,

Bài giảng Truyền dữ liệu Slide 1

BBàài gii giảảng Truyng Truyềền dn dữữ liliệệuu

Truyền đơn công, song công, topology, phương pháp truyền

Truyền nối tiếp bất đồng bộ

Truyền nối tiếp đồng bộ & mã đường truyền (line code)

Một số loại mã truyền: mã nhị phân, mã nén, mã phát hiện lỗi,...

Xác định tỉ lệ bit lỗi (BER: Bit Rate Error)

Tuần từ 22_09_08 đến 28_09_08

NNộội dungi dung

GV: TrGV: Trầần Nhn Nhựựt Kht Khảải Hoi Hoàànn

http://www.ctu.edu.vn/colleges/tech/det/staffs/tnkhoan


TruyTruyềền đơn côngn đơn công

Thông tin chỉ truyền theo một chiều: Một thiết bị chỉ truyền, thiết bị còn lại chỉ nhận

Không thể yêu cầu phát lại khi có lỗi

Phía thu thường trang bị thiết bị hiển thị thông tin nhận được

PhPháátt ThuThuChiều truyền dữ liệu


TruyTruyềền song côngn song công

Có 2 loại: bán song công (half duplex)

song công toàn phần (full duplex)

Half-duplex

Cho phép thông tin theo 2 hướng, nhưng chỉ 1 hướng ở 1 thời điểm

Nguồn ảnh: en.wikipedia.org

Full-duplex

Cho phép thông tin theo 2 hướng ở cùng 1 thời điểm


HHìình trnh trạạng mng mạạng ng (Topology)(Topology)

Điểm - Điểm (Point to Point)

Đa điểm (Multi-Point)

Nguồn ảnh: Nguyễn Trung Lập - Giáo trình Truyền dữ liệu

Một số Topo mạng đa điểm


Hai phương phHai phương phááp truyp truyềềnn

Truyền dải nền (Base band): Tín hiệu truyền có

cùng dải tần với tín hiệu nguồn

Phương pháp điều chế: cho phép dời phổ tần

của tín hiệu nguồn đến một dải tần số khác phù

hợp với kênh truyền

Phân biệt:


TruyTruyềền nn nốối tii tiếếp bp bấất đt đồồng bng bộộ

Một số khái niệm:

Phần tử nhỏ nhất trong truyền dữ liệu là bit

Từng 8 bit nhóm thành các byte hoặc ký tự (character)

Các byte hoặc ký tự được tổ chức thành các khung (frame)

3 Mode đồng bộ truyền:

Điểm bắt đầu mỗi chu kỳ bit = đồng bộ bit (đồng hồ)

Điểm bắt đầu mỗi byte hoặc ký tự = đồng bộ byte (ký tự)

Điểm bắt đầu mỗi khung = đồng bộ khung

2 mode truyền: bất đồng bộ (Asynchronous) và đồng bộ (Synchronous)

Nguồn: Võ Trường Sơn - Cơ sở kỹ thuật truyền số liệu - Chg 3


TruyTruyềền nn nốối tii tiếếp bp bấất đt đồồng bng bộộ

Đồng bộ giữa 2 bên không được duy trì trong suốt phiên truyền, chỉ thiết lập khi có dữ liệu truyền

Dữ liệu được truyền dưới dạng từng ký tự (hoặc byte)

Ký tự (hoặc byte) được đóng gói thành 1 khung (frame) bắt đầu bằng 1 start bit và kết thúc stop bit

Việc đồng bộ được thiết lập ở Start bit và kết thúc ở Stop bit



3 m3 mode đode đồồng bng bộộ

Đồng bộ bit

Đồng bộ ký tự (byte)

Đồng bộ khung


ĐĐồồng bng bộộ bitbit

Nguyeân lyù hoaït ñoängChú ý: Bit LSB (Least Significant Bit) luôn được truyền đi trước



ĐĐồồng bng bộộ bitbit



ĐĐồồng bng bộộ ký tký tựự (byte)(byte)

Ký tự (hoặc byte) dữ liệu được đóng khung bằng 1 start bit và kết thúc khung bằng 1 stop bit

Việc đồng bộ byte được thiết lập ở Start bit và kết thúc ở Stop bit


ĐĐồồng bng bộộ khungkhung

Các thông điệp gồm khối các ký tự→ khung tin

Các ký tự (byte) được truyền ở thời điểm bất kỳ→ nơi thu

không nhận biết được lúc nào là kết thúc 1 khung dữ liệu

Đóng khung ký tự (khung tin) bằng các ký tự đặc biệt: STX (Start of

Text) và ETX (End of Text)

Dữ liệu nhị phân có thể bao gồm các ký tự đặc biệt STX, ETX

Dùng thêm ký tự DLE (Data Link Escape) → khung trong suốt

khung trong suốt bắt đầu bằng DLE STX và kết thúc bằng DLE ETX


2 t2 trưrườờng hng hợợp đp đồồng bng bộộ khungkhung

Cấu trúc của khung tin không chứa ký tự đặc biệt


Cấu trúc của khung tin có chứa ký tự đặc biệt


TruyTruyềền nn nốối tii tiếếp đp đồồng bng bộộ

Truyền bất đồng bộ hiệu suất thấp do sử dụng các bit start, stop:

khoảng 70%→ truyền đồng bộ

2 phương thức truyền đồng bộ: hướng ký tự (dữ liệu là ký tự)

và hướng bit (dữ liệu nhị phân)

2 phương thức đều có chung phương pháp đồng bộ bit:

Đồng bộ bit bằng mã hoá đường truyền và khôi phục clock

Đồng bộ bằng DPLL

Ghép giữa mã hoá đường truyền và DPLL

Tuần từ 06_10_08 đến 12_10_08


ĐĐồồng bng bộộ ddùùng mã đưng mã đườờng truyng truyềềnn (line code)(line code)

Việc tách xung đồng hồ tại nơi thu căn cứ vào sự chuyển mức

của mã đường truyền

PISO Local clock

Clock encoder

. . .SIPOClock

extract . . .

Transmitter Receiver

TxD RxD



MMộột st sốố mã đư mã đườờng truyng truyềềnn (line code)(line code)

Nguồn: Trần Văn Sư - Truyền số liệu và Mạng TT số

Phân loại line code


KhKhắắc phc phụục c AMIAMI ddùùng ng B8ZS & HDB3B8ZS & HDB3

AMI có nhược điểm khi dữliệu là chuỗi bit 0 kéo dài

B8ZS (Bipolar 8-zero Substitution)

thay chuỗi 8 bit 0 bằng 2 vi phạm luật đảo bit 1


HDB3 (High-Density Bipolar)

thay chuỗi 4 bit 0 liên tục bằng 1 vi phạm luật đảo bit 1 của AMI

(a) số bit 1 trước đó lẻ

(b) số bít 1 trước đó chẵn


ĐĐồồng bng bộộ ddùùng Digital PLLng Digital PLL




Tröôøng hôïp lyù töôûng


Vò trí caùcchuyeån tieáp

Luoàng bit thuñöôïc, RxD

32 x CLK

Xung laáy maãutín hieäu, RxC

32 chu kyø 32 chu kyø



Tröôøng hôïp lyù töôûng hiệu chỉnh pha


Vò trí caùcchuyeån tieáp

Luoàng bit thuñöôïc, RxD

32 x CLK

Xung laáy maãutín hieäu, RxC

32 chu kyø 32 chu kyø

A B C D E

10 4 4 4 10

32+1 chu kyø32+2 chu kyø32-1 chu kyø32-2 chu kyø


2 p2 phương thhương thứức truyc truyềền đn đồồng bng bộộ

Hướng ký tự (dữ liệu là ký tự): Dùng các ký tự

đặc biệt để đóng khung dữ liệu truyền

Hướng bit (dữ liệu nhị phân): dùng cờ (flag)

để đóng khung dữ liệu truyền


ĐĐồồng bng bộộ hư hướớng ký tng ký tựự

Cấu trúc khung có ký tự đặc biệt

SYN SYNSTX ETX

Höôùng truyeàn Time

Ñoàng boä kyù töï Ñaàu khung Cuoái khungDöõ lieäu cuûa khung

SYN SYN STX DLE


Ñoàng boä kyù töï Ñaàu khung Cuoái khungDöõ lieäu cuûa khung

ETXDLE DLEDLE

Cấu trúc khung không có ký tự đặc biệt




Quaù trình ñoàng boä kyù töï.

. . . . 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 . . . .

≠ ‘01101000’





Quaù trình ñoàng boä kyù töï

. . . . 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 . . . .

≠ ‘01101000’






. . . . 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 . . . .

= ‘01101000’

SYN






. . . . 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 . . . .

SYN

= ‘01101000’

SYN






. . . . 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 . . . .

SYN SYN

= ‘01000000’

STX






. . . . 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 . . . .

SYN SYN STX

Data cuûakhung




ĐĐồồng bng bộộ hư hướớng bitng bit

Đồng bộ hướng ký tự có hiệu suất thấp do sử dụng DLE

Có 3 giải pháp đồng bộ hướng bit:

Sử dụng cờ (flag) đầu khung và cờ cuối khung (01111110)

Sử dụng cờ đầu khung (10101011) và độ dài khung (Length)

Sử dụng các bit vi phạm (JK0JK000, JK1JK111 )



ĐĐồồng bng bộộ ddùùng cng cờờ đ đầầu vu vàà cucuốối khungi khung



ĐĐồồng bng bộộ ddùùng cng cờờ đ đầầu vu vàà cucuốối khungi khung


0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 . . . 0 1 1 1 1 1 1 0 Côø ñaàu Côø cuoái

1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 . . .

Data truyeàn

Cheøn bit 0 Cheøn bit 0



ĐĐồồng bng bộộ ddùùng cng cờờ đ đầầu vu vàà đ độộ ddàài khungi khung


1 0 1 0 1 0 . . . 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 Header Length Data Ñuoâi

Phaàn ñoàng boä bit

(Preamble - 10 bit)

Ñaàu khung Ñoä daøi khung

Ñoä daøi coá ñònh Ñoä daøi coá ñònh

Sô ñoà naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc LAN.


ĐĐồồng bng bộộ ssửử ddụụng cng cáác bit vi phc bit vi phạạmm


Söû duïng maõ Manchester, côø ñaàu vaø cuoái

1 0 1 0 1 0 . . . 1 0 J K 0 J K 0 0 0 J K 1 J K 1 1 1

Phaàn ñoàng boä bit (preamble 10 bit)

Ñaàu khung Cuoái khungData cuûa khung

Sô ñoà naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc LAN.

1 0 J K 0 J K 0 0 0


MMộột st sốố loloạại mã truyi mã truyềềnn

Mã nhị phân: Baudot, EBCDIC, ASCII,...

Mã phát hiện lỗi, sửa lỗi: kiểm tra chẳn lẻ, CRC, Hamming, ...

Mã nén: Huffman, Runlength, vi phân,...


Mã nhMã nhịị phânphân

Baudot

ASCII - American Standard Code for Information Interchange

EBCDIC - Exteded Binary Code Decimal Interchange Code


Mã BaudotMã Baudot

Mã 5 bits, được phát minh bởi Emile Baudot (người Pháp) năm 1870

Sử dụng trong hệ thống điện tín (Telegraph)

http://home.austin.rr.com/kinghome/signpage/baudot.html


Mã ASCIIMã ASCII

Mã 7 bits, là mã chuẩn dùng trong trao đổi thông tin của Mỹ

Công bố lần đầu bởi ASA (American Standards Association, nay là ANSI) vào năm 1963

Là bộ ký tự và mã ký tự dựa trên bảng chữ cái La Tinh

Dùng hiển thị văn bản trong máy tính và các thiết bị thông tin khác

và dùng trong các thiết bị điều khiển


BBảảng Mã ASCIIng Mã ASCII



Mã EBCDICMã EBCDIC(Exteded Binary Code Decimal Interchange Code)

Mã 8 bits, được đề nghị bởi IBM năm 1963 & 1964

Sử dụng cho hệ thống máy tính lớn (Mainframe) của IBM

Vẫn còn sử dụng tới ngày nay do sự tương thích với các

mainframe thế hệ trước

Khác biệt so với ASCII là mã các ký tự alphabet không liên

tục ⇒ gây khó chịu khi sử dụng


BBảảng Mã EBCDICng Mã EBCDIC



BBảảng Mã EBCDICng Mã EBCDIC



Mã phMã pháát hit hiệện ln lỗỗi, si, sửửa la lỗỗii

Kiểm tra chẵn lẻ

Kiểm tra khối BSC (Block Sum Check)

Kiểm tra CRC (Cyclic Redundancy Check)

Mã Hamming (sửa 1 lỗi)


KiKiểểm tra chm tra chẵẵn ln lẻẻ



KiKiểểm tra khm tra khốối BSCi BSC



TrưTrườờng hng hợợp BSC ko php BSC ko pháát hit hiệện ln lỗỗii



KiKiểểm tra CRCm tra CRC

CRC: Cyclic Redundancy Check

Nguyên tắc tạo mã: khung truyền gồm

M: k bit dữ liệu

F: n bit kiểm tra FCS (Frame Check Sequence)

T = 2n.M+F: khung truyền (n+k) bit chia hết cho chuỗi kiểm tra P

(n+1) bit

Nơi thu sẽ kiểm tra lỗi bằng cách chia T cho P, nếu chia

không hết thì chuỗi nhận được là có lỗi



CCáách tch tạạo CRCo CRC

T = 2n.M+F

F được tạo bằng cách dời chuỗi M (k bit) sang trái n bit,

Chia chuỗi 2n.M cho chuỗi kiểm tra P (n+1) bit,

Số dư của phép chia chính là F (n bit)


VVíí ddụụ vvềề ccáách tch tạạo CRCo CRC

Nguồn: Nguyễn Trung Lập - Giáo trình Truyền dữ liệu


MMộột st sốố đa th đa thứức sinh P(x) thông dc sinh P(x) thông dụụngng

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: x3 + x2 + 0.x1 + 1

4 đa thức sinh P(x) thông dụng:


Mã sMã sửửa la lỗỗi i -- HammingHamming

Với mọi số nguyên dương m ≥ 3, tồn tại mã Hamming với các

thông số sau:

Chiều dài từ mã: n = 2m – 1.

Chiều dài phần tin: k = 2m – m – 1.

Chiều dài phần kiểm tra: m = n –k

Khả năng sửa sai: t = 1 (dmin =3)

Ma trận kiểm tra H với các cột là một vector m chiều

khác không

Nguồn: Phạm Hồng Liên - Lý thuyết thông tin


TTạạo mã Hammingo mã Hamming

Ma trận kiểm tra:

Các bit kiểm tra x, y, z đặt ở vị trí 2i với i = 0, 1, 2, . . .,

t = (x, y, u0, z, u1, u2, u3), với u0, u1, u2, u3 là các bit mang tin

Để tìm x, y, z: ta có t.HT = 0 ⇒ x, y, z


TTíính cnh cáác bit kic bit kiểểm tram tra



GiGiảải mã Hammingi mã Hamming



Mã nMã néén dn dữữ liliệệuu

Huffman, Shanon, Fano,...

Runlength,

Mã vi phân,...


Mã HuffmanMã Huffman

Từ mã dài ngắn khác nhau phụ thuộc xác suất xuất hiện của nó

Nguồn ảnh: Phạm Hồng Liên - Lý thuyết thông tin


TTíính kinh tnh kinh tếế ccủủa mã Huffmana mã Huffman

Tiêu chuẩn kinh tế:

ρ càng tiến tới 1 tính kinh tế của mã càng cao

m· tõ TB dµi chiÒunguån Entropy

==n

)u(Hρ

∑−=i

i2i plogp)u(H

∑=i

iinpn


Mã RunlengthMã Runlength

Thay thế chuỗi bit 0s (hoặc 1s) liên tiếp bằng một số nhị phân

Chỉ hiệu quả khi chuỗi dữ liệu chứa nhiều 1 loại bit nào đó

Ví dụ: Mã Runlength dùng 4 bits nhị phân để thay thế các chuỗi

bits 0 liên tiếp:

Nguồn ảnh: Nguyễn Trung Lập - Truyền dữ liệu - Chương 3


MMộột st sốố nhnhậận xn xéét vt vềề mã Runlengthmã Runlength

1 bit 1 giữa các chuỗi bit 0 sẽ không được mã,

2 bit 1 liên tiếp xem như 1 chuỗi gồm không bit 0 ở giữa,

Nếu số số 0 nhiều hơn 15: 20=15+5; 30=15+15+0. Máy thu khi

gặp chuỗi bốn bit 1 thì lấy tổng số này với các số phía sau,

(trường hợp sau số 30)

Nếu chuỗi bắt đầu bằng 1,máy phát sẽ gửi đi 4 bit 0 đầu tiên,

Cuối bản tin, tín hiệu báo chấm dứt bản tin và nhờ đó máy thu

biết cách xử lý cho trường hợp bản tin kết thúc bởi chuỗi bit 0

hay bit 1.

Tham khảo: Nguyễn Trung Lập - Truyền dữ liệu - Chương 3


Mã vi phân Mã vi phân -- differential encodingdifferential encoding

Chỉ truyền sự sai khác giữa 2 khung dữ liệu liên tiếp,

Chỉ hiệu quả khi sai khác giữa 2 khung không đáng kể,

Ví dụ ứng dụng: mã tín hiệu hình ảnh trong kỹ thuật video.


VVíí ddụụ Mã vi phânMã vi phân

Nguồn ảnh: Nguyễn Trung Lập - Truyền dữ liệu - Chương 3


TTỉỉ llệệ bit lbit lỗỗi BER i BER (Bit Rate Error)(Bit Rate Error)

Nguồn: Chi Wai Chow - Lecture9 - National Chiao Tung University



Nguồn: Chi Wai Chow - Lecture9 - National Chiao Tung University



Tính BER theo hàm phân bố xác suất Gaussian(Gaussian probability distribution function)

( )∑=

−−

=σn

1i

2

i xx1n

1

∑=

=n

1iix

n

1x

01

0I1IQ

σ+σ−

=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=

2

Qerfc

2

1BER

erfc: Complementary error function

Tham khảo: Govind P.Agrawal, “Fiber Optics Communication Systems”, Third Edition, 2002 – chapter 4 - page 164

truyen du lieu, haming, crc,

Education