Kyõ Thuaät Truyeàn Soá Lieäu - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/cong-nghe-thong-tin/the-loai-khac/file... · • Nhiều tín hiệu giống nhau được

BKTP.HCM

2008dce

Chương 6Phân hợp kênh

Ghép/tách kênh theo tần số Ghép/tách kênh đồng bộ theo thời gian Ghép/tách kênh thống kê theo thời gian Đường thuê bao số không đối xứng xDSL

2008dce

©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 2Data Communication and Computer Networks

Multiplexer

Multi

plex

erD0

D1D2

D3

D4

D5

D6D7

r

s0 s1 s2

2008dce


Phân hợp kênh• Nhiều đường kết nối (link) trên một dây vật lý

(physical line)• Thường dùng trong các đường kết nối xa,

dung lượng lớn (cáp quang, coxial, vi ba)

2008dce


Tại sao cần phân hợp kênh?• Tốc độ truyền dữ liệu càng cao thì việc sử

dụng đường truyền càng hiệu quả– Giá thành cho một kênh truyền giảm– Giá thành đầu tư đường truyền tính trên 1kps

giảm• Hầu hết các thiết bị cá nhân không đòi hỏi tốc

độ truyền dữ liệu cao– Các máy tính lướt web chỉ cần tốc độ 64kbps– Các kênh truyền thoại không đòi hỏi băng thông

truyền cao

2008dce


Phương pháp phân hợp kênh

Thời gian

Băn

g th

ông

2008dce


Dồn kênh theo tần số• Frequency Devision

Multiplexing (FDM)

2008dce


FDM• Thường được dùng với tín hiệu tương tự• Nhiều tín hiệu giống nhau được truyền đồng thời

trên cùng môi trường truyền bằng cách điều chế mỗi tín hiệu vào một khoảng tần số khác nhau

• Điều kiện:– Băng thông môi trường truyền lớn hơn băng

thông mà tín hiệu được truyền yêu cầu– Băng thông của các tín hiệu sau khi điều chế

không trùng lấp nhau nhiều (guard bands)• Kênh truyền được cấp phát tĩnh

2008dce


Hoạt động của hệ thống

2008dce


Hoạt động của hệ thống

2008dce


Ví dụ FDM của 3 kênh thoại

2008dce


Các vấn đề trong FDM• Băng thông đường truyền lớn hơn tổng băng

thông các kênh• Nhiễu crosstalk

– Phổ của các tín hiệu thành phần bị trùng lắp lên nhau nhiều

– Với tín hiệu thoại, 1 kênh chỉ cần băng thông 4kHz• Nhiễu điều chế

– Các thiết bị khuếch đại không tốt tạo nên các thành phần tần số lạ trên các kênh

2008dce


FDM trong thực tế - Mạng AT&T

2008dce


Phân kênh theo bước sóng (WDM)

• Một dạng của FDM • Nhiều chùm ánh sáng với tần số (bước sóng –

màu sắc) khác nhau• Mỗi tần số truyền các kênh dữ liệu khác nhau• Được dùng để truyền dữ liệu trong cáp quang

– Hệ thống thương mại hiện tại có 160 kênh, mỗi kênh 10 Gbps

– Hệ thống trong phòng thí nghiệm đạt 256 kênh, mỗi kênh 39.8 Gbps

2008dce


Hoạt động của WDM• Cùng kiến trúc tổng quát như FDM• Nguồn sáng tạo ra các chùm laser với tần số khác

nhau• Nhiều chùm sáng kết hợp với nhau để lan truyền

trên cùng một đường cáp quang• Phân kênh tại đích đến• Dense wavelength division multiplexing

(DWDM)– Chưa có định nghĩa chính thức (chưa được chuẩn hóa)– Thường dùng khi có nhiều kênh và các kênh sát nhau hơn

so với WDM– Khoảng cách kênh là 200 GHz hoặc nhỏ hơn thường

được gọi là DWDM

2008dce


Synchronous Time Division Multiplexing• Phương pháp này chỉ hiện thực được khi tốc độ dữ liệu (băng

thông,…) môi trường truyền lớn hơn tốc độ dữ liệu mà tín hiệu được truyền yêu cầu

• Nhiều tín hiệu số có thể được truyền đồng thời trên cùng một đường truyền bằng cách đan xen các phần của mỗi tín hiệu theo thời gian (time slot)

• Dữ liệu xen kẽ có thể ở mức độ bit, block nhiều byte

2008dce


Hoạt động của STDM

2008dce


Ví dụ về hoạt động của STDM

2008dce


Đặc điểm của STDM• Dữ liệu được truyền thành những frame có cấu trúc

giống nhau• Mỗi frame gồm một tập các khe thời gian (time slot)• Mỗi nguồn dữ liệu được truyền trong một hoặc một

số time slot trong mỗi frame• Chuỗi time slot trong các frame cấp cho một nguồn

dữ liệu gọi là kênh (channel)• Time slot được gán trước cho mỗi nguồn và không

thay đổi – vì vậy gọi là đồng bộ (Synchronous)• Time slot có thể được gán không đồng đều giữa các

nguồn dữ liệu tốc độ khác nhau– Nguồn phát có tốc độ cao sẽ được gán nhiều timeslot hơn

2008dce


Điều khiển liên kết trong TDM• Các frame TDM không có header và trailer• Không cần điều khiển ở lớp datalink cho các frame

của TDM• Điều khiển dòng

– Tốc độ dữ liệu của đường truyền phân/hợp được cố định và các bộ phân/hợp kênh hoạt động ở tốc độ đó

– Nếu có một kênh không thể nhận dữ liệu, các kênh khác vẫn tiếp tục

• Điều khiển lỗi– Lỗi được phát hiện và xử lý bởi từng kênh riêng biệt

2008dce


Ví dụ về điều khiển liên kết trong TDM

2008dce


Framing• Điều khiển liên kết không cần thiết trong TDM• Tuy nhiên

– Không có cờ (flag) hoặc các ký tự SYNC để phân biệt các khung TDM

– Nếu mất đồng bộ các frame, dữ liệu trên tất cả các kênh sẽ mất Phải có cơ chế đồng bộ khung

• Cơ chế added-digit framing– Một bit điều khiển được thêm vào mỗi khung TDM– Các bit điều khiển này tạo thành một kênh khác – “kênh

điều khiển”– Dùng mẫu bit định dạng trên kênh điều khiển. Vd mẫu

01010101– Đầu nhận so sánh mẫu bit định dạng với các bit nhận

được trên kênh điều khiển

2008dce


Pulse stuffing• Vấn đề: tốc độ dữ liệu của các nguồn dữ liệu

khác nhau không quan hệ theo một tỉ lệ đơn giản

• Giải pháp – Pulse Stuffing– Tốc độ dữ liệu đầu ra (không tính các bit khung)

cao hơn tổng các tốc độ đầu vào– Chèn thêm các bit/xung không có ý nghĩa vào tín

hiệu đầu vào để làm tăng tốc độ bit của nguồn– Các bit/xung được thêm vào tại những vị trí cố

định và sẽ bị loại bỏ khi đến bộ phân kênh

2008dce


Ví dụ

2008dce


Hệ thống TDM thực tế• Sử dụng cấu trúc TDM phân cấp

– USA/Canada/Japan dùng một hệ thống– ITU-T (châu Âu) dùng một hệ thống khác tương tự

• Hệ thống Mỹ xây dựng dựa trên định dạng DS-1– Có thể truyền dữ liệu và thoại– Gồm 24 kênh, tốc độ dữ liệu 1.544 Mbps– Mỗi khung có 8 bit/kênh và 1 bit đồng bộ khung– Có thể gộp nhiều đường DS-1 thành đường tốc

độ cao hơn (DS-2 tốc độ 6.312 Mbps)

2008dce


Định dạng DS-1

2008dce


Cấu trúc phân cấp TDM

2008dce


SONET / SDH• Dùng trong mạng cáp quang đồng bộ• Được chuẩn hóa bởi ANSI (SONET) và ITU-T

(SDH)• Kiến trúc phân cấp

– Đường truyền cấp 1 (STS-1) tốc độ 51.84Mbps– Có thể truyền DS-3 hoặc một nhóm các đường

truyền tố độ thấp hơn (DS-1, DS-2) – Dồn nhiều kênh STS-1 thành STS-n– Chuẩn hóa ITU-T thì tốc độ thấp nhất của STS-1

là 155.52Mbps

2008dce


Cấu trúc của frame SONET

2008dce


TDM bất đồng bộ• Xét ví dụ

2008dce


TDM bất đồng bộ (Statistical TDM)• Trong TDM đồng bộ, nhiều slot có thể bị bỏ trống (khi kênh

không có dữ liệu để truyền)– Số slot trong một frame = số kênh đầu vào

• TDM bất đồng bộ cấp phát time slot động, tùy theo nhu cầu– Số slot trong một frame < số kênh đầu vào– Cùng một dung lượng đường truyền có thể hỗ trợ nhiều nguồn phát

hơn TDM đồng bộ• Bộ phân hợp kênh quét các đường nhập và tập hợp dữ liệu

cho đến khi đầy khung• Đặc điểm

– Tốc độ dữ liệu ra thấp hơn tổng tốc độ các đường vào gộp lại– Cần phải có địa chỉ nơi nhận overhead– Tại các thời điểm tất cả các nguồn đều hoạt động

• Vượt quá dung lượng đường truyền• Buffer đệm dữ liệu dư• Trade off giữa buffer và dung lượng đường truyền

2008dce


Định dạng khung TDM bất đồng bộ

2008dce


Cable modem• Hai kênh truyền từ nhà cung cấp TV cáp được dành để

truyền dữ liệu– Mỗi kênh cho một chiều dữ liệu

• Mỗi kênh được chia sẻ cho nhiều thuê bao– Cần phải có cơ chế cấp phát dung lượng kênh cho mỗi thuê bao– Statistical TDM

• Downstream– Dữ liệu được truyền ở dạng các gói nhỏ– Nếu có nhiều thuê bao cùng hoạt động, mỗi thuê bao chỉ chiếm một

phần trong tổng dung lượng của kênh truyền– Dung lượng kênh truyền của mỗi thuê bao khoảng 500kbs đến 1.5

Mbps– Downstream còn được dùng để cấp phát timeslot cho upstream

• Upstream– Người dùng yêu cầu cấp phát timeslot trên upstream khi có nhu cầu

gửi dữ liệu đi– Timeslot được bộ định thời gán cho mỗi người dùng

2008dce


Hoạt động của cable modem

2008dce


ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line)• Vấn đề khi xây dựng hệ thống mạng WAN

– Đường nối từ thuê bao đến mạng (digital subscriber line) quá nhiều

– Tận dụng đường dây điện thoại có sẵn• Tín hiệu thoại có băng thông 4 kHz• Cáp xoắn có băng thông > 1MHz

• ADSL– Downstream có dung lượng lớn hơn upstream (asymetric)– FDM

• 25 kHz thấp nhất dành cho tín hiệu thoại• Dùng FDM hoặc echo cancellation để chia thành 2 băng upstream

và downstream• Dùng FDM trong mỗi băng

– Tầm xa 5.5km

2008dce


Cấu hình ADSL

2008dce


Discrete Multitone (DMT)• Dùng nhiều sóng mang với các tần số khác nhau• Upstream và downstream được chia thành nhiều kênh nhỏ có

băng thông 4kHz• Ban đầu DMT modem gửi tín hiệu test trên mỗi kênh để xem

kênh nào có SNR tốt hơn• Kênh có SNR tốt sẽ được dùng truyền nhiều dữ liệu hơn• Hệ thống ADSL hiện tại dùng 256 kênh con, tốc độ đạt 1.5 –

9 Mbps

2008dce


xDSL• High data rate DSL (HDSL)

– Thay thế cho T1: AMI, 1.5MHz, 1km– 2B1Q (2 twisted pairs), 2MHz, 3.7km

• Single line DSL– 2BQ1, 1 twisted pair

• Very high data rate DSL– POTS: 0 - 4 kHz– ISDN: 4 - 80 kHz– Upstream: 300 – 700 kHz– Downstream: >= 1 MHz

Documents

Kyõ Thuaät Truyeàn Soá Lieäu - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/cong-nghe-thong-tin/the-loai-khac/file... · • Nhiều tín hiệu giống nhau được