Các chế độ truyền tải của hệ thống mạng công nghiệp phổ biến

Danh mục bài viết

Chế độ truyền tải trong mạng công nghiệp được hiểu là phương thức các bit dữ liệu được chuyển giữa các đối tác truyền thông. Nhìn nhận từ các góc độ khác nhau ta có thể phân biệt các chế độ truyền tải như sau.

  • Truyền tải bit song song hoặc truyền bit nối tiếp.
  • Truyền tải đồng bộ hoặc không đồng bộ.
  • Truyền tải một chiều hay đơn công (simplex), hai chiều toàn phần, hai chiều đồng thời hay song công (duplex, full-duplex) hoặc hai chiều, gián đoạn hay bán song công (half-duplex).
  • Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng.

1. Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp

1.1. Truyền bit song song

Phương pháp truyền bit song song (Hình 2.5a) được dùng phổ biến trong các bus nội bộ của máy tính như bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển. Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số các kênh dẫn, hay cũng chính là độ rộng của một bus song song, ví dụ 8 bit, 16 bit, 32 bit hay 64 bit.

Chính vì nhiều bit được truyền đi đồng thời, vấn đề đồng bộ hóa tại nơi phát và nơi nhận tín hiệu phải được giải quyết. Điều này gây trở ngại lớn khi khoảng cách giữa các đối tác truyền thông tăng lên.

Ngoài ra, giá thành cho các bus song song cũng là một yếu tố dẫn đến phạm vi ứng dụng của phương pháp truyền này chỉ hạn chế ở khoảng cách nhỏ, có yêu cầu rất cao về thời gian và tốc độ truyền.

1.2 Truyền bit nối tiếp

Với phương pháp truyền bit nối tiếp, từng bit được chuyển đi một cách tuần tự qua một đường truyền duy nhất. Tuy tốc độ bit vì thế bị hạn chế, những cách thực hiện lại đơn giản, độ tin cậy của dữ liệu cao. Tất cả các mạng truyền thông công nghiệp đều sử dụng phương pháp truyền này.

Một mạng truyền thông công nghiệp có nhiệm vụ kết nối các thiết bị kỹ thuật có khả năng xử lý thông tin hay nói cách khác là xử lý dữ liệu. Những thiết bị đó dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác cũng đều là những máy tính, có bộ vi xử lý và hệ thống bus nội bộ song song.

Vì vậy, để có thể dùng phương pháp truyền nối tiếp, ta cần các bộ chuyển đổi giữa bus song song và nối tiếp, như được minh họa trên.

2. Truyền đồng bộ và không đồng bộ

Sự phân biệt giữa chế độ truyền đồng bộ và không đồng bộ chỉ liên quan tới phương thức truyền bit nối tiếp. Vấn đề đặt ra ở đây là việc đồng bộ hóa giữa bên gửi và bên nhận dữ liệu, tức là vấn đề làm thế nào để bên nhận biết khi nào một tín hiệu trên đường truyền mạng dữ liệu gửi và khi nào không.

Trong chế độ truyền đồng bộ, các đối tác truyền thông làm việc theo cùng một nhịp, tức với cùng tần số và độ lệch pha cố định. Có thể quy định một trạm có vai trò tạo nhịp và dùng một đường dây riêng mang nhịp đồng bộ cho các trạm khác.

Biện pháp kinh tế hơn là dùng một phương pháp mã hóa bit thích hợp để bên nhận có thể tái tạo nhịp đồng bộ từ chính tín hiệu mạng dữ liệu. Nếu phương pháp mã hóa bit không cho phép như vậy, thì có thể dùng kỹ thuật đóng gói dữ liệu và bổ sung một dãy bit mang thông tin đồng bộ hóa vào phần đầu mỗi gói dữ liệu. Lưu ý rằng, bên gửi và bên nhận chỉ cần hoạt động đồng bộ trong khi trao đổi dữ liệu.

hinh anh mang cong nghiep

Với chế độ truyền không đồng bộ, bên gửi và bên nhận không làm việc theo một nhịp chung. Dữ liệu trao đổi thường được chia thành từng nhóm 7 hoặc 8 bit, gọi là ký tự. Các ký tự được chuyển đi vào những thời điểm không đồng đều, vì vậy cần thêm hai bit để đánh dấu khởi đầu và kết thúc cho mỗi ký tự.

Việc đồng bộ hóa được thực hiện với từng ký tự. Ví dụ, các mạch UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) thông dụng dùng bức điện 11 bit, bao gồm 8 bit ký tự, 2 bit khởi đầu cũng như kết thúc và 1 bit kiểm tra lỗi chẵn lẻ.

2.1 Truyền một chiều và truyền hai chiều

Tương tự như các đường giao thông, một đường truyền dữ liệu có khả năng hoặc làm việc dưới chế độ một chiều, hai chiều toàn phần hoặc hai chiều gián đoạn. Chế độ truyền này ít phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường truyền dẫn, mà phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn tín hiệu, chuẩn truyền dẫn (RS-232, RS-422, RS-485, …) và vào cấu hình của hệ thống truyền dẫn.

Trong chế độ truyền một chiều, thông tin chỉ được chuyển đi theo một chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trò hoặc bên phát hoặc bên nhận thông tin trong suốt quá trình giao tiếp. Có thể nêu một vài ví dụ trong kỹ thuật máy tính sử dụng chế độ truyền này như giao diện giữa bàn phím, chuột hoặc màn hình với máy tính. Các hệ thống phát thanh và truyền hình cũng là những ví dụ tiêu biểu. Hiển nhiên, chế độ truyền một chiều hầu như không có vai trò đối với mạng công nghiệp.

Chế độ truyền hai chiều gián đoạn cho phép mỗi trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận thông tin, nhưng không cùng một lúc. Nhờ vậy thông tin được trao đổi theo cả hai chiều luân phiên trên cùng một đường truyền vật lý. Một ưu điểm của chế độ này là không đòi hỏi cấu hình hệ thống phức tạp lắm, trong khi có thể đạt được tốc độ truyền tương đối cao.

Một trạm có cả một bộ phát và một bộ thu; thuật ngữ nhân tạo transceiver được hình thành từ hai chữ transmitter và receiver ghép lại. Trong khi bộ phát làm việc thì bộ thu phải nghỉ và ngược lại. Do đặc tính này, chế độ truyền hai chiều gián đoạn thích hợp với kiểu liên kết điểm-nhiều điểm cũng như kiểu nhiều điểm, hay nói cách khác là thích hợp đối với cấu trúc bus.

Trong một hệ thống bus, trạm nào cũng có quyền phát nên cần một phương pháp phân chia thời gian – tức phương pháp truy nhập bus – để tránh xung đột tín hiệu. Trong khi một trạm phát thì tất cả các trạm khác phải được giữ trong trạng thái thu nhận tín hiệu. Chế độ truyền này được sử dụng phổ biến trong mạng công nghiệp, ví dụ với chuẩn RS-485.

Với chế độ truyền hai chiều toàn phần mỗi trạm đều có thể gửi và nhận thông tin cùng một lúc. Thực chất, chế độ này chỉ khác với chế độ hai chiều gián đoạn ở chỗ phải sử dụng hai đường truyền riêng biệt cho thu và phát, tức là khác ở cấu hình hệ thống truyền thông. Dễ dàng nhận thấy, chế độ truyền hai chiều toàn phần chỉ thích hợp với kiểu liên kết điểm- điểm, hay nói cách khác là phù hợp với cấu trúc mạch vòng và cấu trúc hình sao.

2.2. Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng

a. Truyền tải dải cơ sở

Một tín hiệu mang một nguồn thông tin có thể biểu diễn bằng tổng của nhiều dao động có tần số khác nhau nằm trong một phạm vi hẹp, được gọi là dải tần cơ sở hay dải hẹp. Tín hiệu được truyền đi cũng chính là tín hiệu được tạo ra sau khi mã hóa bit, nên có tần số cố định hoặc nằm trong một khoảng hẹp nào đó, tùy thuộc vào phương pháp mã hóa bit.

Ví dụ có thể quy định mức tín hiệu cao ứng với bit 0 và mức tín hiệu thấp ứng với bit 1. Tần số của tín hiệu thường nhỏ hơn, hoặc cùng lắm là tương đương với tần số nhịp bus.

Tuy nhiên, trong một nhịp (có thể tương đương hoặc không tương đương với chu kỳ của tín hiệu), chỉ có thể truyền đi một bit duy nhất. Có nghĩa là, đường truyền chỉ có thể mang một kênh thông tin duy nhất, một thành viên trong mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đường truyền. Tốc độ truyền tải vì thế tuy có bị hạn chế, những phương pháp này dễ thực hiện và tin cậy, được dùng chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp.

b. Truyền tải dải mạng

Trong một số trường hợp, dải tần cơ sở không tương thích trong môi trường làm việc. Ví dụ, tín hiệu có các tần số này có thể bức xạ nhiễu ảnh hưởng tới hoạt động của các thiết bị điện tử khác, hoặc ngược lại, bị các thiết bị khác gây nhiễu.

Để khắc phục tình trạng này, người ta sử một tín hiệu khác – gọi là tín hiệu mang, có tần số nằm trong một dải tần thích hợp – gọi là dải mang. Dải tần này thường lớn hơn nhiều so với tần số nhịp. Dữ liệu cần truyền tải sẽ dùng để điều chế tần số, biên độ hoặc pha của tín hiệu mạng. Bên nhận sẽ thực hiện quá trình giải điều chế để hồi phục thông tin nguồn.

Khác với truyền tải dải rộng nêu dưới đây, phương thức truyền tải dải mạng chỉ áp dụng cho một kênh truyền tin duy nhất, giống như truyền tải dải cơ sở.

c. Truyền tải dải rộng

Một tín hiệu có thể chứa đựng nhiều nguồn thông tin khác nhau bằng cách sử dụng kết hợp một cách thông minh nhiều thông số thông tin. Ví dụ một tín hiệu phức tạp có thể là tổng hợp bằng phương pháp xếp chồng từ nhiều tín hiệu thành phần có tần số khác nhau mang các nguồn thông tin khác nhau.

Sau khi nhiều nguồn thông tin khác nhau đã được mã hoá bit, mỗi tín hiệu được tạo ra sẽ dùng để điều biến một tín hiệu khác, thường có tần số lớn hơn nhiều, gọi là tín hiệu mạng. Các tín hiệu mạng đã được điều biến có tần số khác nhau, nên có thể pha trộn, xếp chồng thành một tín hiệu duy nhất có phổ tần trải rộng. Tín hiệu này cuối cùng lại được dùng để điều biến một tín hiệu mạng khác. Tín hiệu thu được từ khâu này mới được truyền đi.

Đây chính là kỹ thuật dồn kênh phân tần trong truyền tải thông tin, nhằm mục đích sử dụng hiệu quả hơn đường truyền. Phía bên nhận sẽ thực hiện việc giải điều biến và phân kênh, hồi phục các tín hiệu mạng các nguồn thông tin khác nhau.

Phương thức truyền tải dải rộng và kỹ thuật dồn kênh được dùng rộng rãi trong các mạng viễn thông bởi tốc độ cao và khả năng truyền song song nhiều nguồn thông tin. Tuy nhiên, vì đặc điểm phạm vi mạng, lý do giá thành thực hiện và tính năng thời gian, truyền tải băng rộng cũng như kỹ thuật dồn kênh hầu như không đóng vai trò gì trong các hệ thống truyền thông công nghiệp.

Xem thêm: Phân loại và các đặc trưng của hệ thống mạng công nghiệp

Các chế độ truyền tải của hệ thống mạng công nghiệp phổ biến

Nội dung trong trang

Chế độ truyền tải trong mạng công nghiệp được hiểu là phương thức các bit dữ liệu được chuyển giữa các đối tác truyền thông. Nhìn nhận từ các góc độ khác nhau ta có thể phân biệt các chế độ truyền tải như sau.

  • Truyền tải bit song song hoặc truyền bit nối tiếp.
  • Truyền tải đồng bộ hoặc không đồng bộ.
  • Truyền tải một chiều hay đơn công (simplex), hai chiều toàn phần, hai chiều đồng thời hay song công (duplex, full-duplex) hoặc hai chiều, gián đoạn hay bán song công (half-duplex).
  • Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng.

1. Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp

1.1. Truyền bit song song

Phương pháp truyền bit song song (Hình 2.5a) được dùng phổ biến trong các bus nội bộ của máy tính như bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển. Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số các kênh dẫn, hay cũng chính là độ rộng của một bus song song, ví dụ 8 bit, 16 bit, 32 bit hay 64 bit.

Chính vì nhiều bit được truyền đi đồng thời, vấn đề đồng bộ hóa tại nơi phát và nơi nhận tín hiệu phải được giải quyết. Điều này gây trở ngại lớn khi khoảng cách giữa các đối tác truyền thông tăng lên.

Ngoài ra, giá thành cho các bus song song cũng là một yếu tố dẫn đến phạm vi ứng dụng của phương pháp truyền này chỉ hạn chế ở khoảng cách nhỏ, có yêu cầu rất cao về thời gian và tốc độ truyền.

1.2 Truyền bit nối tiếp

Với phương pháp truyền bit nối tiếp, từng bit được chuyển đi một cách tuần tự qua một đường truyền duy nhất. Tuy tốc độ bit vì thế bị hạn chế, những cách thực hiện lại đơn giản, độ tin cậy của dữ liệu cao. Tất cả các mạng truyền thông công nghiệp đều sử dụng phương pháp truyền này.

Một mạng truyền thông công nghiệp có nhiệm vụ kết nối các thiết bị kỹ thuật có khả năng xử lý thông tin hay nói cách khác là xử lý dữ liệu. Những thiết bị đó dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác cũng đều là những máy tính, có bộ vi xử lý và hệ thống bus nội bộ song song.

Vì vậy, để có thể dùng phương pháp truyền nối tiếp, ta cần các bộ chuyển đổi giữa bus song song và nối tiếp, như được minh họa trên.

2. Truyền đồng bộ và không đồng bộ

Sự phân biệt giữa chế độ truyền đồng bộ và không đồng bộ chỉ liên quan tới phương thức truyền bit nối tiếp. Vấn đề đặt ra ở đây là việc đồng bộ hóa giữa bên gửi và bên nhận dữ liệu, tức là vấn đề làm thế nào để bên nhận biết khi nào một tín hiệu trên đường truyền mạng dữ liệu gửi và khi nào không.

Trong chế độ truyền đồng bộ, các đối tác truyền thông làm việc theo cùng một nhịp, tức với cùng tần số và độ lệch pha cố định. Có thể quy định một trạm có vai trò tạo nhịp và dùng một đường dây riêng mang nhịp đồng bộ cho các trạm khác.

Biện pháp kinh tế hơn là dùng một phương pháp mã hóa bit thích hợp để bên nhận có thể tái tạo nhịp đồng bộ từ chính tín hiệu mạng dữ liệu. Nếu phương pháp mã hóa bit không cho phép như vậy, thì có thể dùng kỹ thuật đóng gói dữ liệu và bổ sung một dãy bit mang thông tin đồng bộ hóa vào phần đầu mỗi gói dữ liệu. Lưu ý rằng, bên gửi và bên nhận chỉ cần hoạt động đồng bộ trong khi trao đổi dữ liệu.

hinh anh mang cong nghiep

Với chế độ truyền không đồng bộ, bên gửi và bên nhận không làm việc theo một nhịp chung. Dữ liệu trao đổi thường được chia thành từng nhóm 7 hoặc 8 bit, gọi là ký tự. Các ký tự được chuyển đi vào những thời điểm không đồng đều, vì vậy cần thêm hai bit để đánh dấu khởi đầu và kết thúc cho mỗi ký tự.

Việc đồng bộ hóa được thực hiện với từng ký tự. Ví dụ, các mạch UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) thông dụng dùng bức điện 11 bit, bao gồm 8 bit ký tự, 2 bit khởi đầu cũng như kết thúc và 1 bit kiểm tra lỗi chẵn lẻ.

2.1 Truyền một chiều và truyền hai chiều

Tương tự như các đường giao thông, một đường truyền dữ liệu có khả năng hoặc làm việc dưới chế độ một chiều, hai chiều toàn phần hoặc hai chiều gián đoạn. Chế độ truyền này ít phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường truyền dẫn, mà phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn tín hiệu, chuẩn truyền dẫn (RS-232, RS-422, RS-485, …) và vào cấu hình của hệ thống truyền dẫn.

Trong chế độ truyền một chiều, thông tin chỉ được chuyển đi theo một chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trò hoặc bên phát hoặc bên nhận thông tin trong suốt quá trình giao tiếp. Có thể nêu một vài ví dụ trong kỹ thuật máy tính sử dụng chế độ truyền này như giao diện giữa bàn phím, chuột hoặc màn hình với máy tính. Các hệ thống phát thanh và truyền hình cũng là những ví dụ tiêu biểu. Hiển nhiên, chế độ truyền một chiều hầu như không có vai trò đối với mạng công nghiệp.

Chế độ truyền hai chiều gián đoạn cho phép mỗi trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận thông tin, nhưng không cùng một lúc. Nhờ vậy thông tin được trao đổi theo cả hai chiều luân phiên trên cùng một đường truyền vật lý. Một ưu điểm của chế độ này là không đòi hỏi cấu hình hệ thống phức tạp lắm, trong khi có thể đạt được tốc độ truyền tương đối cao.

Một trạm có cả một bộ phát và một bộ thu; thuật ngữ nhân tạo transceiver được hình thành từ hai chữ transmitter và receiver ghép lại. Trong khi bộ phát làm việc thì bộ thu phải nghỉ và ngược lại. Do đặc tính này, chế độ truyền hai chiều gián đoạn thích hợp với kiểu liên kết điểm-nhiều điểm cũng như kiểu nhiều điểm, hay nói cách khác là thích hợp đối với cấu trúc bus.

Trong một hệ thống bus, trạm nào cũng có quyền phát nên cần một phương pháp phân chia thời gian – tức phương pháp truy nhập bus – để tránh xung đột tín hiệu. Trong khi một trạm phát thì tất cả các trạm khác phải được giữ trong trạng thái thu nhận tín hiệu. Chế độ truyền này được sử dụng phổ biến trong mạng công nghiệp, ví dụ với chuẩn RS-485.

Với chế độ truyền hai chiều toàn phần mỗi trạm đều có thể gửi và nhận thông tin cùng một lúc. Thực chất, chế độ này chỉ khác với chế độ hai chiều gián đoạn ở chỗ phải sử dụng hai đường truyền riêng biệt cho thu và phát, tức là khác ở cấu hình hệ thống truyền thông. Dễ dàng nhận thấy, chế độ truyền hai chiều toàn phần chỉ thích hợp với kiểu liên kết điểm- điểm, hay nói cách khác là phù hợp với cấu trúc mạch vòng và cấu trúc hình sao.

2.2. Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng

a. Truyền tải dải cơ sở

Một tín hiệu mang một nguồn thông tin có thể biểu diễn bằng tổng của nhiều dao động có tần số khác nhau nằm trong một phạm vi hẹp, được gọi là dải tần cơ sở hay dải hẹp. Tín hiệu được truyền đi cũng chính là tín hiệu được tạo ra sau khi mã hóa bit, nên có tần số cố định hoặc nằm trong một khoảng hẹp nào đó, tùy thuộc vào phương pháp mã hóa bit.

Ví dụ có thể quy định mức tín hiệu cao ứng với bit 0 và mức tín hiệu thấp ứng với bit 1. Tần số của tín hiệu thường nhỏ hơn, hoặc cùng lắm là tương đương với tần số nhịp bus.

Tuy nhiên, trong một nhịp (có thể tương đương hoặc không tương đương với chu kỳ của tín hiệu), chỉ có thể truyền đi một bit duy nhất. Có nghĩa là, đường truyền chỉ có thể mang một kênh thông tin duy nhất, một thành viên trong mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đường truyền. Tốc độ truyền tải vì thế tuy có bị hạn chế, những phương pháp này dễ thực hiện và tin cậy, được dùng chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp.

b. Truyền tải dải mạng

Trong một số trường hợp, dải tần cơ sở không tương thích trong môi trường làm việc. Ví dụ, tín hiệu có các tần số này có thể bức xạ nhiễu ảnh hưởng tới hoạt động của các thiết bị điện tử khác, hoặc ngược lại, bị các thiết bị khác gây nhiễu.

Để khắc phục tình trạng này, người ta sử một tín hiệu khác – gọi là tín hiệu mang, có tần số nằm trong một dải tần thích hợp – gọi là dải mang. Dải tần này thường lớn hơn nhiều so với tần số nhịp. Dữ liệu cần truyền tải sẽ dùng để điều chế tần số, biên độ hoặc pha của tín hiệu mạng. Bên nhận sẽ thực hiện quá trình giải điều chế để hồi phục thông tin nguồn.

Khác với truyền tải dải rộng nêu dưới đây, phương thức truyền tải dải mạng chỉ áp dụng cho một kênh truyền tin duy nhất, giống như truyền tải dải cơ sở.

c. Truyền tải dải rộng

Một tín hiệu có thể chứa đựng nhiều nguồn thông tin khác nhau bằng cách sử dụng kết hợp một cách thông minh nhiều thông số thông tin. Ví dụ một tín hiệu phức tạp có thể là tổng hợp bằng phương pháp xếp chồng từ nhiều tín hiệu thành phần có tần số khác nhau mang các nguồn thông tin khác nhau.

Sau khi nhiều nguồn thông tin khác nhau đã được mã hoá bit, mỗi tín hiệu được tạo ra sẽ dùng để điều biến một tín hiệu khác, thường có tần số lớn hơn nhiều, gọi là tín hiệu mạng. Các tín hiệu mạng đã được điều biến có tần số khác nhau, nên có thể pha trộn, xếp chồng thành một tín hiệu duy nhất có phổ tần trải rộng. Tín hiệu này cuối cùng lại được dùng để điều biến một tín hiệu mạng khác. Tín hiệu thu được từ khâu này mới được truyền đi.

Đây chính là kỹ thuật dồn kênh phân tần trong truyền tải thông tin, nhằm mục đích sử dụng hiệu quả hơn đường truyền. Phía bên nhận sẽ thực hiện việc giải điều biến và phân kênh, hồi phục các tín hiệu mạng các nguồn thông tin khác nhau.

Phương thức truyền tải dải rộng và kỹ thuật dồn kênh được dùng rộng rãi trong các mạng viễn thông bởi tốc độ cao và khả năng truyền song song nhiều nguồn thông tin. Tuy nhiên, vì đặc điểm phạm vi mạng, lý do giá thành thực hiện và tính năng thời gian, truyền tải băng rộng cũng như kỹ thuật dồn kênh hầu như không đóng vai trò gì trong các hệ thống truyền thông công nghiệp.

Xem thêm: Phân loại và các đặc trưng của hệ thống mạng công nghiệp

Các chế độ truyền tải của hệ thống mạng công nghiệp phổ biến

Tóm tắt nội dung

Chế độ truyền tải trong mạng công nghiệp được hiểu là phương thức các bit dữ liệu được chuyển giữa các đối tác truyền thông. Nhìn nhận từ các góc độ khác nhau ta có thể phân biệt các chế độ truyền tải như sau.

  • Truyền tải bit song song hoặc truyền bit nối tiếp.
  • Truyền tải đồng bộ hoặc không đồng bộ.
  • Truyền tải một chiều hay đơn công (simplex), hai chiều toàn phần, hai chiều đồng thời hay song công (duplex, full-duplex) hoặc hai chiều, gián đoạn hay bán song công (half-duplex).
  • Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng.

1. Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp

1.1. Truyền bit song song

Phương pháp truyền bit song song (Hình 2.5a) được dùng phổ biến trong các bus nội bộ của máy tính như bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển. Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số các kênh dẫn, hay cũng chính là độ rộng của một bus song song, ví dụ 8 bit, 16 bit, 32 bit hay 64 bit.

Chính vì nhiều bit được truyền đi đồng thời, vấn đề đồng bộ hóa tại nơi phát và nơi nhận tín hiệu phải được giải quyết. Điều này gây trở ngại lớn khi khoảng cách giữa các đối tác truyền thông tăng lên.

Ngoài ra, giá thành cho các bus song song cũng là một yếu tố dẫn đến phạm vi ứng dụng của phương pháp truyền này chỉ hạn chế ở khoảng cách nhỏ, có yêu cầu rất cao về thời gian và tốc độ truyền.

1.2 Truyền bit nối tiếp

Với phương pháp truyền bit nối tiếp, từng bit được chuyển đi một cách tuần tự qua một đường truyền duy nhất. Tuy tốc độ bit vì thế bị hạn chế, những cách thực hiện lại đơn giản, độ tin cậy của dữ liệu cao. Tất cả các mạng truyền thông công nghiệp đều sử dụng phương pháp truyền này.

Một mạng truyền thông công nghiệp có nhiệm vụ kết nối các thiết bị kỹ thuật có khả năng xử lý thông tin hay nói cách khác là xử lý dữ liệu. Những thiết bị đó dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác cũng đều là những máy tính, có bộ vi xử lý và hệ thống bus nội bộ song song.

Vì vậy, để có thể dùng phương pháp truyền nối tiếp, ta cần các bộ chuyển đổi giữa bus song song và nối tiếp, như được minh họa trên.

2. Truyền đồng bộ và không đồng bộ

Sự phân biệt giữa chế độ truyền đồng bộ và không đồng bộ chỉ liên quan tới phương thức truyền bit nối tiếp. Vấn đề đặt ra ở đây là việc đồng bộ hóa giữa bên gửi và bên nhận dữ liệu, tức là vấn đề làm thế nào để bên nhận biết khi nào một tín hiệu trên đường truyền mạng dữ liệu gửi và khi nào không.

Trong chế độ truyền đồng bộ, các đối tác truyền thông làm việc theo cùng một nhịp, tức với cùng tần số và độ lệch pha cố định. Có thể quy định một trạm có vai trò tạo nhịp và dùng một đường dây riêng mang nhịp đồng bộ cho các trạm khác.

Biện pháp kinh tế hơn là dùng một phương pháp mã hóa bit thích hợp để bên nhận có thể tái tạo nhịp đồng bộ từ chính tín hiệu mạng dữ liệu. Nếu phương pháp mã hóa bit không cho phép như vậy, thì có thể dùng kỹ thuật đóng gói dữ liệu và bổ sung một dãy bit mang thông tin đồng bộ hóa vào phần đầu mỗi gói dữ liệu. Lưu ý rằng, bên gửi và bên nhận chỉ cần hoạt động đồng bộ trong khi trao đổi dữ liệu.

hinh anh mang cong nghiep

Với chế độ truyền không đồng bộ, bên gửi và bên nhận không làm việc theo một nhịp chung. Dữ liệu trao đổi thường được chia thành từng nhóm 7 hoặc 8 bit, gọi là ký tự. Các ký tự được chuyển đi vào những thời điểm không đồng đều, vì vậy cần thêm hai bit để đánh dấu khởi đầu và kết thúc cho mỗi ký tự.

Việc đồng bộ hóa được thực hiện với từng ký tự. Ví dụ, các mạch UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) thông dụng dùng bức điện 11 bit, bao gồm 8 bit ký tự, 2 bit khởi đầu cũng như kết thúc và 1 bit kiểm tra lỗi chẵn lẻ.

2.1 Truyền một chiều và truyền hai chiều

Tương tự như các đường giao thông, một đường truyền dữ liệu có khả năng hoặc làm việc dưới chế độ một chiều, hai chiều toàn phần hoặc hai chiều gián đoạn. Chế độ truyền này ít phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường truyền dẫn, mà phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn tín hiệu, chuẩn truyền dẫn (RS-232, RS-422, RS-485, …) và vào cấu hình của hệ thống truyền dẫn.

Trong chế độ truyền một chiều, thông tin chỉ được chuyển đi theo một chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trò hoặc bên phát hoặc bên nhận thông tin trong suốt quá trình giao tiếp. Có thể nêu một vài ví dụ trong kỹ thuật máy tính sử dụng chế độ truyền này như giao diện giữa bàn phím, chuột hoặc màn hình với máy tính. Các hệ thống phát thanh và truyền hình cũng là những ví dụ tiêu biểu. Hiển nhiên, chế độ truyền một chiều hầu như không có vai trò đối với mạng công nghiệp.

Chế độ truyền hai chiều gián đoạn cho phép mỗi trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận thông tin, nhưng không cùng một lúc. Nhờ vậy thông tin được trao đổi theo cả hai chiều luân phiên trên cùng một đường truyền vật lý. Một ưu điểm của chế độ này là không đòi hỏi cấu hình hệ thống phức tạp lắm, trong khi có thể đạt được tốc độ truyền tương đối cao.

Một trạm có cả một bộ phát và một bộ thu; thuật ngữ nhân tạo transceiver được hình thành từ hai chữ transmitter và receiver ghép lại. Trong khi bộ phát làm việc thì bộ thu phải nghỉ và ngược lại. Do đặc tính này, chế độ truyền hai chiều gián đoạn thích hợp với kiểu liên kết điểm-nhiều điểm cũng như kiểu nhiều điểm, hay nói cách khác là thích hợp đối với cấu trúc bus.

Trong một hệ thống bus, trạm nào cũng có quyền phát nên cần một phương pháp phân chia thời gian – tức phương pháp truy nhập bus – để tránh xung đột tín hiệu. Trong khi một trạm phát thì tất cả các trạm khác phải được giữ trong trạng thái thu nhận tín hiệu. Chế độ truyền này được sử dụng phổ biến trong mạng công nghiệp, ví dụ với chuẩn RS-485.

Với chế độ truyền hai chiều toàn phần mỗi trạm đều có thể gửi và nhận thông tin cùng một lúc. Thực chất, chế độ này chỉ khác với chế độ hai chiều gián đoạn ở chỗ phải sử dụng hai đường truyền riêng biệt cho thu và phát, tức là khác ở cấu hình hệ thống truyền thông. Dễ dàng nhận thấy, chế độ truyền hai chiều toàn phần chỉ thích hợp với kiểu liên kết điểm- điểm, hay nói cách khác là phù hợp với cấu trúc mạch vòng và cấu trúc hình sao.

2.2. Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng

a. Truyền tải dải cơ sở

Một tín hiệu mang một nguồn thông tin có thể biểu diễn bằng tổng của nhiều dao động có tần số khác nhau nằm trong một phạm vi hẹp, được gọi là dải tần cơ sở hay dải hẹp. Tín hiệu được truyền đi cũng chính là tín hiệu được tạo ra sau khi mã hóa bit, nên có tần số cố định hoặc nằm trong một khoảng hẹp nào đó, tùy thuộc vào phương pháp mã hóa bit.

Ví dụ có thể quy định mức tín hiệu cao ứng với bit 0 và mức tín hiệu thấp ứng với bit 1. Tần số của tín hiệu thường nhỏ hơn, hoặc cùng lắm là tương đương với tần số nhịp bus.

Tuy nhiên, trong một nhịp (có thể tương đương hoặc không tương đương với chu kỳ của tín hiệu), chỉ có thể truyền đi một bit duy nhất. Có nghĩa là, đường truyền chỉ có thể mang một kênh thông tin duy nhất, một thành viên trong mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đường truyền. Tốc độ truyền tải vì thế tuy có bị hạn chế, những phương pháp này dễ thực hiện và tin cậy, được dùng chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp.

b. Truyền tải dải mạng

Trong một số trường hợp, dải tần cơ sở không tương thích trong môi trường làm việc. Ví dụ, tín hiệu có các tần số này có thể bức xạ nhiễu ảnh hưởng tới hoạt động của các thiết bị điện tử khác, hoặc ngược lại, bị các thiết bị khác gây nhiễu.

Để khắc phục tình trạng này, người ta sử một tín hiệu khác – gọi là tín hiệu mang, có tần số nằm trong một dải tần thích hợp – gọi là dải mang. Dải tần này thường lớn hơn nhiều so với tần số nhịp. Dữ liệu cần truyền tải sẽ dùng để điều chế tần số, biên độ hoặc pha của tín hiệu mạng. Bên nhận sẽ thực hiện quá trình giải điều chế để hồi phục thông tin nguồn.

Khác với truyền tải dải rộng nêu dưới đây, phương thức truyền tải dải mạng chỉ áp dụng cho một kênh truyền tin duy nhất, giống như truyền tải dải cơ sở.

c. Truyền tải dải rộng

Một tín hiệu có thể chứa đựng nhiều nguồn thông tin khác nhau bằng cách sử dụng kết hợp một cách thông minh nhiều thông số thông tin. Ví dụ một tín hiệu phức tạp có thể là tổng hợp bằng phương pháp xếp chồng từ nhiều tín hiệu thành phần có tần số khác nhau mang các nguồn thông tin khác nhau.

Sau khi nhiều nguồn thông tin khác nhau đã được mã hoá bit, mỗi tín hiệu được tạo ra sẽ dùng để điều biến một tín hiệu khác, thường có tần số lớn hơn nhiều, gọi là tín hiệu mạng. Các tín hiệu mạng đã được điều biến có tần số khác nhau, nên có thể pha trộn, xếp chồng thành một tín hiệu duy nhất có phổ tần trải rộng. Tín hiệu này cuối cùng lại được dùng để điều biến một tín hiệu mạng khác. Tín hiệu thu được từ khâu này mới được truyền đi.

Đây chính là kỹ thuật dồn kênh phân tần trong truyền tải thông tin, nhằm mục đích sử dụng hiệu quả hơn đường truyền. Phía bên nhận sẽ thực hiện việc giải điều biến và phân kênh, hồi phục các tín hiệu mạng các nguồn thông tin khác nhau.

Phương thức truyền tải dải rộng và kỹ thuật dồn kênh được dùng rộng rãi trong các mạng viễn thông bởi tốc độ cao và khả năng truyền song song nhiều nguồn thông tin. Tuy nhiên, vì đặc điểm phạm vi mạng, lý do giá thành thực hiện và tính năng thời gian, truyền tải băng rộng cũng như kỹ thuật dồn kênh hầu như không đóng vai trò gì trong các hệ thống truyền thông công nghiệp.

Xem thêm: Phân loại và các đặc trưng của hệ thống mạng công nghiệp

Bài cùng chủ đề