›
›

Bài giảng Truyền dữ liệu - Chương 4: Môi trường truyền dẫn

ppt 69 trang ngocly 30
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền dữ liệu - Chương 4: Môi trường truyền dẫn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_truyen_du_lieu_chuong_4_moi_truong_truyen_dan.ppt

Nội dung text: Bài giảng Truyền dữ liệu - Chương 4: Môi trường truyền dẫn

  1. TRUYỀN DỮ LIỆU CHƯƠNG 4 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN Khoa Mạng máy tính và Truyền thông Trường Đại học Công nghệ Thông tin
  2. Nội dung ◼ Các môi trường truyền dẫn ◼ Đường truyền hữu tuyến ◼ Đường truyền vô tuyến ◼ Anten vô tuyến ◼ Lan truyền vô tuyến ◼ Suy hao trong không gian
  3. Các môi trường truyền dẫn ◼ Hữu tuyến (guided media – wire) ❑ Cáp đồng ❑ Cáp quang ◼ Vô tuyến (unguided media – wireless) ❑ Vệ tinh ❑ Hệ thống sóng radio: troposcatter, microwave, ◼ Đặc tính và chất lượng được xác định bởi môi trường và tín hiệu ❑ Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn ❑ Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn ◼ Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và khoảng cách
  4. Những thành phần cần quan tâm khi thiết kế mạng truyền dữ liệu ◼ Băng thông ❑ Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao ◼ Suy yếu truyền dẫn ◼ Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung) ◼ Số lượng thiết bị nhận (receiver) ◼ Môi trường hữu tuyến ◼ Càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng mau suy giảm
  5. Các tần số trên môi trường truyền dẫn
  6. Đường truyền hữu tuyến ◼ Cáp xoắn cặp ◼ Cáp đồng trục ◼ Cáp quang
  7. Các đặc tính của đường truyền hữu tuyến Frequency Typical Typical Delay Repeater Range Attenuation Spacing Twisted pair 0 to 3.5 kHz 0.2 dB/km @ 1 50 µs/km 2 km (with loading) kHz Twisted pairs 0 to 1 MHz 0.7 dB/km @ 1 5 µs/km 2 km (multi-pair cables) kHz Coaxial cable 0 to 500 MHz 7 dB/km @ 10 4 µs/km 1 to 9 km MHz Optical fiber 186 to 370 THz 0.2 to 0.5 5 µs/km 40 km dB/km
  8. Cáp đồng soắn cặp: twisted-pair ◼ Tách rời ◼ Xoắn lại với nhau ◼ Thường được bó lại Insulating outer cover Multi core Insulating outer cover Protective screen (shield)
  9. Khử nhiễu với dây soắn cặp
  10. Ứng dụng cáp soắn cặp ◼ Môi trường truyền dẫn thông dụng nhất ◼ Mạng điện thoại ❑ Giữa các thuê bao và hộp cáp (subscriber loop) ◼ Kết nối các tòa nhà ❑ Tổng đài nội bộ (Private Branch eXchange – PBX) ◼ Mạng cục bộ (LAN) ❑ 10Mbps hoặc 100Mbps ❑ Tầm ngắn
  11. Ưu – nhược điểm của cáp soắn cặp ◼ Rẻ ◼ Dễ dàng khi thao tác làm việc ◼ Tốc độ dữ liệu thấp ◼ Tầm ngắn
  12. Đặc tính truyền dẫn của cáp soắn cặp ◼ Analog ❑ Cần bộ khuếch đại mỗi 5km tới 6km ◼ Digital ❑ Dùng tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số ❑ Cần bộ lặp (repeater) mỗi 2km hoặc 3km ◼ Khoảng cách giới hạn ◼ Băng thông giới hạn (1MHz) ◼ Tốc độ dữ liệu giới hạn (100MHz) ◼ Dễ bị nhiễu và tác động của môi trường ngoài
  13. Nhiễu xuyên kênh đầu cuối ◼ Nhiễu tín hiệu từ một đôi dây này với đôi dây khác ◼ Nhiễu xuyên kênh xuất hiện khi tín hiệu được truyền lên đường dây nhiễu trở lại cặp dây nhận tín hiệu ❑ Ví dụ: tín hiệu vừa truyền ảnh hưởng đến cặp dây nhận tín hiệu
  14. Cáp đồng có bọc và không bọc giáp ◼ Không vỏ bọc giáp – Unshielded Twisted Pair (UTP) ❑ Dây ĐT bình thường ❑ Rẻ nhất ❑ Dễ lắp đặt ❑ Dễ bị nhiễu trường điện từ bên ngoài ◼ Vỏ bọc giáp – Shielded Twisted Pair (STP) ❑ Vỏ giáp bện giúp giảm nhiễu và tác động bên ngoài ❑ Đắt hơn ❑ Khó lắp đặt (cứng, nặng)
  15. Unshielded Twisted-Pair
  16. Cáp không vỏ bọc giáp (UTP) ◼ UTP Cat 3 ❑ Lên đến 16MHz ❑ Được dùng trong liên lạc thoại ở hầu hết các văn phòng ❑ Chiều dài xoắn (twist length): 7.5cm tới 10cm ◼ UTP Cat 4 ❑ Lên đến 20 MHz ◼ UTP Cat 5 ❑ Lên đến 100MHz ❑ Được dùng phổ biến hiện nay trong các văn phòng ❑ Chiều dài xoắn: 0.6cm đến 0.85cm ❑ Thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 100.106 bits/second
  17. Shielded Twisted-Pair
  18. So sánh cáp có bọc và không bọc
  19. Cáp đồng trục (Coaxial Cable) Dielectric insulating material Insulating outer cover Center conductor Braided outer conductor
  20. Cáp đồng trục (Coaxial Cable)
  21. Ứng dụng cáp đồng trục ◼ Môi trường truyền linh hoạt nhất ◼ Cáp truyền hình (dây anten và truyền hình cáp) ◼ Truyền dẫn ĐT khoảng cách xa ❑ FDM ❑ Có thể mang đồng thời 10.000 cuộc gọi ❑ Sẽ bị thay thế bởi cáp quang ◼ Kết nối các thiết bị khoảng cách gần ◼ Mạng cục bộ
  22. Đặc tính truyền dẫn của cáp đồng trục ◼ Analog ❑ Cần bộ khuyếch đại mỗi vài km ❑ Khoảng cách càng ngắn nếu tần số càng cao ❑ Lên đến 500MHz ◼ Digital ❑ Cần bộ lặp (repeater) mỗi km ❑ Khoảng cách càng ngắn nếu tốc độ dữ liệu càng tăng
  23. Cáp quang Plastic coating Single core Optical core Optical cladding Multicore
  24. Cáp quang
  25. Cáp quang: lợi ích ◼ Dung lượng cao ❑ Tốc độ dữ liệu hàng trăm Gbps (so với 100Mbps trên 1km coaxial cable và thấp hơn của twisted-pair cable) ◼ Kích thước và trọng lượng nhỏ ◼ Độ suy hao của tín hiệu trên đường truyền thấp. ◼ Cách ly trường điện từ (Ít bị ảnh hưởng của nhiễu và môi trường xung quanh) ◼ Khoảng cách giữa các bộ lặp xa ◼ Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền vào khoảng 10-9 → 10-12
  26. Cáp quang: ứng dụng ◼ Phạm vi triển khai rất đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km). ◼ Môi trường truyền thích hợp để triển khai các ứng dụng mạng số đa dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Networks) ◼ Đường trung kế khoảng cách xa ◼ Trung kế đô thị ◼ Trung kế tổng đài nông thôn ◼ Thuê bao
  27. Cáp quang: đặc tính truyền dẫn ◼ Sóng lan truyền có hướng 1014 đến 1015 Hz ❑ Một phần phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy được ◼ Light Emitting Diode (LED) ❑ Rẻ ❑ Tầm nhiệt độ hoạt động rộng ❑ Tuổi thọ cao ◼ Injection Laser Diode (ILD) ❑ Hiệu quả hơn ❑ Tốc độ dữ liệu cao hơn ◼ Wavelength Division Multiplexing
  28. Tính năng của nguồn phát sáng Nguồn sáng LED/ LED/ ILD ILD ILD Băng thông 20MHz/km 1GHz/km Lên đến 1000GHz/km Ứng dụng LAN, Mod length Long haul telecom. computer data phone lines lines links Đường kính lõi > 80 50 – 60 1.5 – 5 (µm) Độ suy giảm t/h 0.5 – 2.0 0.5 – 2.0 0.15 (dB/km)
  29. Cáp quang: chế độ truyền tải multimode: several paths/time delays narrow: 1 wavelength no time delays
  30. Sử dụng tần số với cáp quang Wavelength (in Frequency Band Fiber type Application vacuum) range range (THz) label (nm) 820 to 900 366 to 333 Multimode LAN 1280 to 1350 234 to 222 S Single mode Various 1528 to 1561 196 to 192 C Single mode WDM 1561 to 1620 185 to 192 L Single mode WDM
  31. Cáp quang Optical Dielectric SLT Cable, 72-Fiber, Composite (24 SM/48MM)
  32. Đường truyền vô tuyến ◼ Truyền và nhận bởi sóng vô tuyến trong không gian thông qua anten ◼ Có hướng ❑ Chùm định hướng (focused beam) ❑ Đòi hỏi sự canh chỉnh hướng cẩn thận ◼ Vô hướng ❑ Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng ❑ Có thể được nhận bởi nhiều anten
  33. Các tần số vô tuyến ◼ 2GHz đến 40GHz ❑ Sóng viba (microwave) ❑ Định hướng cao ❑ Điểm-điểm ❑ Vệ tinh ◼ 30MHz đến 1GHz ❑ Vô hướng ❑ radio ◼ 3 x 1011 đến 2 x 1014 ❑ Hồng ngoại ❑ Cục bộ
  34. Đường truyền vô tuyến ◼ Khắc phục những khó khăn về địa lý khi triển khai hệ thống ◼ Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai. Ví dụ: Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền của vệ tinh ~ 10-10 ◼ Tốc độ truyền thông tin đạt được thay đổi, từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps ◼ Phạm vi triển khai đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km) ◼ Chi phí để triển khai hệ thống ban đầu rất cao
  35. Các băng tần vô tuyến
  36. Anten vô tuyến ◼ Các thiết bị (hoặc hệ thống) điện tử trường được sử dụng để bức xạ năng lượng điện từ hoặc thu nhận năng lượng điện từ ◼ Anten truyền ❑ Có năng lượng điện với tần số vô tuyến từ máy phát ❑ Chuyển thành năng lượng sóng điện từ ❑ Sử dụng Anten để bức xạ vào môi trường xung quanh
  37. Anten nhận ◼ Nhận ❑ Năng lượng sóng điện từ tác động vào Anten ❑ Chuyển thành năng lượng điện có tần số vô tuyến ❑ Chuyển tới máy thu ◼ Có thể dùng cùng một loại Anten cho việc truyền và nhận tín hiệu vô tuyến
  38. Truyền sóng vô tuyến (Radio Frequency RF) Sóng điện từ lan truyền trong không gian được sinh ra bởi điện từ trường.
  39. Ví dụ về Anten
  40. Thu phát sóng
  41. Sự bức xạ ◼ Năng lượng được bức xạ trên các hướng ◼ Không đồng nhất trên các hướng ◼ Anten đẳng hướng (theo lý thuyết) là một điểm trong không gian ❑ Bức xạ trên các hướng giống nhau ❑ Cho ra bức xạ hình cầu
  42. Anten đẳng hướng
  43. Anten Parabol ◼ Sử dụng trong truyền sóng vi ba và sóng vệ tinh ◼ Hình parabole là quỹ tích các điểm cách đều một đường thẳng và một điểm không nằm trên đường thẳng đó ◼ Nếu nguồn đặt tại điểm hội tụ sẽ sinh ra các sóng phản xạ lên bề mặt của anten song song với trục ◼ Nếu thiết bị thu đặt tại điểm hội tụ sẽ nhận được các sóng phản xạ
  44. Phản xạ của Anten parabolic
  45. Anten Parabol
  46. Độ lợi Anten ◼ Đánh giá tính định hướng của Anten ◼ Đánh giá bằng so sánh giữa năng lượng thụ được trên 1 hướng nhất định với một Anten đẳng hướng ◼ Đánh giá bằng Decibel (dB) ◼ Sự định hướng sẽ gây ra sự mất mát năng lượng trên các hướng khác ◼ Khu vực có lợi ảnh hưởng bởi kích thước và kiểu dáng Anten (tác động đến độ lợi)
  47. Sóng viba mặt đất ◼ Chảo parabol ◼ Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight) ◼ Viễn thông khoảng cách xa ❑ Thay thế cho cáp đồng trục (cần ít bộ amp/repeater, nhưng phải nằm trên đường thẳng) ◼ Tần số càng cao thì tốc độ dữ liệu càng cao
  48. Truyền sóng vô tuyến qua vệ tinh ◼ Vệ tinh là trạm trung chuyển tín hiệu vô tuyến ◼ Vệ tinh nhận trên một tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) và phát trên một tần số khác ◼ Cần quĩ đạo địa tĩnh ❑ Cao 35.784 km ◼ Ứng dụng vệ tinh: ❑ Truyền hình ❑ Điện thoại đường dài ❑ Mạng riêng
  49. Truyền vệ tinh điểm với điểm
  50. Truyền vệ tinh đa điểm
  51. Sóng radio ◼ Vô hướng, 30MHz – 1GHz ◼ Sóng FM ◼ Truyền hình UHF và VHF ◼ Truyền theo đường thẳng (line of sight) ◼ Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa kênh ❑ Phản xạ
  52. Sóng hồng ngoại ◼ Điều chế bằng không liên kết ánh sáng hồng ngoại ◼ Truyền theo đường thẳng (hoặc phản xạ) ◼ Cản bởi các bức tường ◼ Bộ điều khiển TV từ xa, cổng điều khiển bằng hồng ngoại (IRD port)
  53. Lan truyền sóng vô tuyến ◼ Tín hiệu lan truyền theo 3 đường ❑ Sóng mặt đất ◼ Lan truyền dọc theo bề mặt trái đất ◼ Có tần số nhỏ hơn 2MHz ◼ AM radio ❑ Sóng bầu trời ◼ Sóng Radio nghiệp dư và dịch vụ toàn cầu ◼ Tín hiệu phản xạ từ tầng điện ly xuống bề mặt trái đất và ngược lại ❑ Đường thẳng ◼ Khoảng trên 30MHz ◼ Tín hiệu xuyên thẳng qua tầng điện ly và có phản xạ rất ít
  54. Lan truyền sóng mặt đất Signal propagation Transmit Receive antenna Earth antenna Ground-wave propagation (below 2MHz)
  55. Lan truyền sóng bầu trời ionosphere Signal propagation Transmit Receive antenna Earth antenna Sky-wave propagation (2MHz to 30MHz)
  56. Sự phản xạ của sóng vô tuyến Sóng vô tuyến đến Sóng vô tuyến phản xạ
  57. Lan truyền đường thẳng Signal propagation Transmit Receive antenna antenna Earth Line-of-sight (LOS) propagation (above 30MHz)
  58. Các loại sóng lan truyền LF MF HF UHF VHF
  59. Sự khúc xạ Sóng vô tuyến đến Sóng vô tuyến phản xạ Sóng vô tuyến khúc xạ
  60. Suy hao trong không gian (Free Space Loss) ◼ Ptransmitted : Công suất phát ◼ Preceived : Công suất thu ◼ Gt : Độ lợi của anten phát ◼ Gr : Độ lợi của anten thu ◼ d : Khoảng cách giữa máy phát và máy thu (m) ◼  : chiều dài bước sóng (m)
  61. Suy hao trong không gian (Free Space Loss)
  62. Truyền đa đường
  63. Tài liệu tham khảo ◼ William Stallings (2010), Data and Computer Communications (9th Edition), Prentice Hall
  64. HẾT CHƯƠNG 4