Nghiên cứu và đánh giá các loại mã điều khiển lỗi trong kỹ thuật truyền số liệu

Nghiên cứu và đánh giá các loại mã điều khiển lỗi phổ biến trong kỹ thuật truyền số liệu, phục vụ cho đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên.

• Tác giả: Võ Tröồng Sôn
• Người hướng dẫn: Ts Võ Xuân Tửu
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Đánh Giá Các Loại Mã Điều Khiển Lỗi Trong Truyền Số Liệu
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đánh giá các loại mã điều khiển lỗi trong truyền số liệu

Trong lĩnh vực truyền số liệu, việc đảm bảo tính chính xác của dữ liệu là rất quan trọng. Các loại mã điều khiển lỗi được phát triển nhằm phát hiện và sửa chữa các lỗi xảy ra trong quá trình truyền tải. Đánh giá các loại mã này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền thông. Bài viết này sẽ phân tích các loại mã điều khiển lỗi phổ biến và ứng dụng của chúng trong thực tiễn.

1.1. Các khái niệm cơ bản về mã điều khiển lỗi

Mã điều khiển lỗi là các phương pháp được sử dụng để phát hiện và sửa chữa lỗi trong dữ liệu truyền tải. Các loại mã này bao gồm mã Hamming, mã Reed-Solomon, mã cyclic và mã convolutional. Mỗi loại mã có những đặc điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với các yêu cầu khác nhau trong truyền số liệu.

1.2. Tại sao cần đánh giá mã điều khiển lỗi

Đánh giá mã điều khiển lỗi giúp xác định hiệu suất và khả năng sửa lỗi của từng loại mã. Việc này không chỉ giúp cải thiện chất lượng truyền tải mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian trong quá trình truyền thông. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc lựa chọn mã phù hợp có thể tăng cường đáng kể độ tin cậy của hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong truyền số liệu

Trong quá trình truyền số liệu, nhiều vấn đề có thể phát sinh, bao gồm nhiễu tín hiệu, mất gói dữ liệu và lỗi bit. Những thách thức này đòi hỏi các giải pháp hiệu quả để đảm bảo dữ liệu được truyền tải chính xác. Việc hiểu rõ các vấn đề này là cần thiết để phát triển các mã điều khiển lỗi hiệu quả.

2.1. Nhiễu tín hiệu và ảnh hưởng đến dữ liệu

Nhiễu tín hiệu có thể làm thay đổi giá trị của các bit trong dữ liệu truyền tải. Điều này dẫn đến việc phát sinh lỗi, làm giảm độ chính xác của thông tin. Các mã điều khiển lỗi cần phải có khả năng phát hiện và sửa chữa những lỗi này để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

2.2. Mất gói dữ liệu trong truyền thông

Mất gói dữ liệu là một vấn đề phổ biến trong các hệ thống truyền thông. Khi một gói dữ liệu bị mất, thông tin không thể được phục hồi nếu không có các phương pháp điều khiển lỗi thích hợp. Việc sử dụng mã điều khiển lỗi giúp giảm thiểu tác động của vấn đề này.

III. Phương pháp mã điều khiển lỗi phổ biến

Có nhiều phương pháp mã điều khiển lỗi được sử dụng trong truyền số liệu. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các tình huống khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

3.1. Mã Hamming và ứng dụng của nó

Mã Hamming là một trong những mã điều khiển lỗi phổ biến nhất, cho phép phát hiện và sửa chữa lỗi đơn giản. Mã này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông và lưu trữ dữ liệu, nhờ vào khả năng sửa lỗi hiệu quả.

3.2. Mã Reed Solomon và khả năng sửa lỗi mạnh mẽ

Mã Reed-Solomon được sử dụng trong nhiều ứng dụng như CD, DVD và truyền hình số. Mã này có khả năng sửa chữa nhiều lỗi liên tiếp, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống truyền thông yêu cầu độ tin cậy cao.

3.3. Mã cyclic và mã convolutional

Mã cyclic và mã convolutional là hai loại mã điều khiển lỗi khác, mỗi loại có những ứng dụng riêng. Mã cyclic thường được sử dụng trong các hệ thống truyền thông số, trong khi mã convolutional thường được áp dụng trong các hệ thống không dây.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mã điều khiển lỗi

Mã điều khiển lỗi không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Chúng được sử dụng trong các hệ thống truyền thông, lưu trữ dữ liệu và nhiều lĩnh vực khác. Việc áp dụng các mã này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống.

4.1. Ứng dụng trong truyền thông không dây

Trong truyền thông không dây, mã điều khiển lỗi giúp giảm thiểu tác động của nhiễu và mất gói dữ liệu. Các hệ thống như Wi-Fi và mạng di động sử dụng các mã này để đảm bảo chất lượng dịch vụ.

4.2. Ứng dụng trong lưu trữ dữ liệu

Mã điều khiển lỗi cũng được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ như ổ cứng và đĩa quang. Chúng giúp phát hiện và sửa chữa lỗi trong quá trình đọc và ghi dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin.

V. Kết luận và tương lai của mã điều khiển lỗi

Mã điều khiển lỗi đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính chính xác của dữ liệu trong truyền số liệu. Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp mã điều khiển lỗi cũng đang được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao. Tương lai của mã điều khiển lỗi hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới cho các thách thức trong truyền thông.

5.1. Xu hướng phát triển mã điều khiển lỗi

Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các mã điều khiển lỗi mới với khả năng sửa chữa lỗi tốt hơn và hiệu suất cao hơn. Điều này sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng truyền thông trong tương lai.

5.2. Tầm quan trọng của mã điều khiển lỗi trong công nghệ mới

Với sự phát triển của các công nghệ mới như IoT và 5G, mã điều khiển lỗi sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong việc đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu truyền tải. Việc nghiên cứu và phát triển các mã này sẽ tiếp tục là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghệ thông tin.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỹ thuật truyền số liệu hiện đại, đảm bảo tính toàn vẹn của luồng thông tin là điều kiện tiên quyết cho mọi hệ thống viễn thông. Khi truyền dữ liệu qua các môi trường truyền dẫn vật lý như mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN, kênh truyền vi ba hay vệ tinh, tỷ lệ lỗi bit (BER - Bit Error Rate) thường xuyên dao động từ $10^{-3}$ đến $10^{-6}$ do tác động của tạp âm trắng, nhiễu xung điện từ và hiện tượng suy hao tín hiệu. Hiện tượng này làm biến đổi các mức điện áp đại diện cho bit 0 thành bit 1 và ngược lại, gây tổn thất từ 20% đến 40% hiệu suất kênh truyền nếu phải liên tục hủy bỏ và gửi lại các gói tin hỏng.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là phân tích, hệ thống hóa và đánh giá định lượng hiệu năng của các phương pháp điều khiển lỗi phổ biến, bao gồm mã kiểm tra chẵn lẻ Parity, mã khối hai chiều BCC (VRC/LRC), mã khối tuyến tính, mã Hamming, mã vòng CRC, mã đa lỗi BCH và mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LDPC. Đề tài được triển khai trong phạm vi kỹ thuật mạng viễn thông và truyền số liệu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải Cơ sở II TP.HCM, hoàn thành vào tháng 5 năm 2008. Kết quả đánh giá cung cấp bức tranh toàn diện về cán cân giữa độ phức tạp tính toán và khả năng bảo vệ dữ liệu, chứng minh mã CRC đạt hiệu suất phát hiện lỗi cụm tới 99,9984% và mã Hamming (7,4) tối ưu hóa tỷ lệ thông tin ở mức 57,14%, tạo cơ sở khoa học vững chắc cho việc thiết kế các hệ thống truyền dẫn số đáng tin cậy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai trục lý thuyết nền tảng của kỹ thuật viễn thông:

Thứ nhất là Lý thuyết thông tin và mã hóa kênh của Claude Shannon, tập trung vào mô hình hóa kênh nhị phân đối xứng và xác định giới hạn dung thông của kênh truyền có nhiễu. Lý thuyết này phân loại hai hình thái lỗi cơ bản: lỗi đơn bit (single-bit error) do nhiễu nhiệt ngẫu nhiên và lỗi chùm (burst error) do xung điện từ đột biến.

Thứ hai là Lý thuyết đại số trừu tượng trên trường Galois $GF(2)$ và $GF(2^m)$, cung cấp công cụ toán học để xây dựng không gian vector, ma trận sinh $G$, ma trận kiểm tra chẵn lẻ $H$ và các đa thức sinh tuần hoàn.

Các khái niệm then chốt được vận dụng xuyên suốt bao gồm:

1. Kiểm soát lỗi chuyển tiếp (FEC - Forward Error Correction): Phương thức thêm các bit dư thừa vào khung truyền để bên nhận tự phát hiện và sửa sai trực tiếp mà không cần yêu cầu truyền lại.
2. Kiểm soát lỗi phản hồi (ARQ - Automatic Repeat Request): Cơ chế phát hiện lỗi kết hợp phản hồi tín hiệu xác nhận ACK hoặc phủ nhận NAK với 3 biến thể: Dừng và chờ (Stop-and-Wait), Trở lại N (Go-Back-N) và Truyền lại có lựa chọn (Selective-Repeat).
3. Khoảng cách Hamming tối thiểu ($d_{min}$): Số lượng bit khác nhau ít nhất giữa hai từ mã bất kỳ, quyết định năng lực phát hiện và sửa sai của bộ mã.
4. Vector hội chứng (Syndrome): Giá trị đại số thu được từ phép nhân vector nhận được với ma trận kiểm tra chuyển vị nhằm xác định vị trí bit lỗi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa suy luận giải tích đại số và mô phỏng thực nghiệm toán học:

• Nguồn dữ liệu: Kế thừa các hệ thống đa thức sinh chuẩn quốc tế (CRC-16, CRC-CCITT, CRC-32) và dữ liệu chuẩn tắc từ các công trình nghiên cứu viễn thông quốc tế của Gallager, Hamming và Bose-Chaudhuri.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Đề tài tiến hành thử nghiệm trên tập mẫu gồm 500 vector chuỗi dữ liệu nhị phân chuẩn hóa, phân tầng theo các độ dài từ mã 4 bit, 7 bit, 11 bit, 15 bit và 20 bit, mô phỏng trong các điều kiện lỗi đơn bit và lỗi đa bit ngẫu nhiên.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phép tính ma trận trên trường nhị phân modulo 2, phân tích đa thức chia dư và giải thuật truyền niềm tin (Belief Propagation / Sum-Product) trên đồ thị nhân tử Tanner cho mã LDPC. Phương pháp này được lựa chọn vì tính chính xác tuyệt đối trong việc mô hình hóa không gian vector lỗi, giúp kiểm chứng năng lực giải mã trước khi triển khai trên phần cứng viễn thông.
• Timeline nghiên cứu: Toàn bộ quá trình nghiên cứu lý thuyết, tính toán giải tích và đánh giá so sánh được thực hiện tập trung trong thời gian 6 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích định lượng đã làm sáng tỏ hiệu năng của từng họ mã điều khiển lỗi:

Thứ nhất, phương pháp kiểm tra chẵn lẻ đơn giản theo ký tự (Parity 7 bit dữ liệu kết hợp 1 bit kiểm tra) có chi phí tổng phí (overhead) thấp nhất nhưng hiệu suất truyền tin kém, chiếm khoảng 20% phụ phí đường truyền trong chế độ bất đồng bộ và hoàn toàn không có khả năng phát hiện khi số bit bị đảo là số chẵn (2, 4, 6 bit sai).

Thứ hai, phương pháp kiểm tra khối hai chiều BCC (kết hợp kiểm tra chiều ngang VRC và chiều dọc LRC) nâng cao năng lực bảo vệ dữ liệu khi định vị và sửa chính xác 100% các lỗi đơn bit nhờ xác định giao điểm tọa độ hàng và cột, song vẫn thất bại trước các mẫu lỗi chẵn đối xứng xuất hiện đồng thời trên cùng hàng và cột.

Thứ ba, mã kiểm tra dư tuần hoàn CRC thể hiện độ tin cậy vượt bậc. Khi ứng dụng các đa thức sinh chuẩn như CRC-16 ($x^{16} + x^{12} + x^5 + x$) hoặc CRC-32, hệ thống đạt khả năng phát hiện 100% đối với lỗi 1 bit, 100% đối với lỗi 2 bit, 100% đối với lỗi số lẻ bit, 100% đối với lỗi chùm có chiều dài nhỏ hơn 16 bit và đạt tỷ lệ 99,9984% đối với các lỗi chùm tổng quát.

Thứ tư, mã Hamming (7,4) tạo ra bước đột phá trong kỹ thuật sửa sai FEC với tỷ lệ thông tin đạt $4/7 \approx 57,14%$. Thuật toán sắp xếp các bit chẵn lẻ đan xen tại các vị trí lũy thừa của 2 ($2^0, 2^1, 2^2$) cho phép sửa hoàn toàn 100% lỗi đơn bit và phát hiện 100% lỗi 2 bit. Đối với các mã cấp cao như mã BCH trên $GF(2^4)$ với độ dài từ mã $n=15$, khoảng cách Hamming $d_{min} \ge 5$ cho phép sửa đồng thời 2 bit lỗi độc lập.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả vượt trội của mã Hamming bắt nguồn từ cơ chế gối bit chẵn lẻ (overlap parity), tạo ra các vector hội chứng đơn vị định danh chính xác cột lỗi trong ma trận giải mã $H_d$. So với phương pháp mã tái diễn lặp 3 lần với tỷ lệ thông tin chỉ đạt 33,33% làm suy giảm công suất đường truyền 3 lần, mã Hamming (7,4) tăng tỷ lệ sử dụng băng thông thêm 23,81% mà vẫn đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu.

Khi so sánh với các nghiên cứu viễn thông kinh điển, kết quả phân tích mã LDPC ma trận thưa phù hợp với các khám phá của Mackay và Neal, chứng minh khả năng tiệm cận giới hạn dung năng Shannon khi kích thước khối tăng lên. Trong thực tế, dữ liệu so sánh hiệu năng được biểu diễn trực quan thông qua bảng đối chiếu tỷ lệ thông tin và đồ thị suy giảm tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm ($E_b/N_0$). Mô hình trực quan này minh chứng rõ nét sự kết hợp tối ưu giữa mã vòng CRC cho tầng liên kết dữ liệu và mã sửa lỗi FEC cho tầng vật lý.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn trong các mạng viễn thông và hệ thống nhúng, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

1. Triển khai cấu trúc kiểm tra mã vòng CRC-32 kết hợp giao thức truyền lại chọn lọc Selective-Repeat ARQ cho các đường truyền dữ liệu gói qua mạng diện rộng và kết nối công nghiệp, nhằm đạt tỷ lệ phát hiện lỗi trên 99,9984% và giảm độ trễ truyền lại xuống dưới 5%, do các kỹ sư quản trị mạng thực hiện trong vòng 3 tháng.
2. Tích hợp mã sửa sai chuyển tiếp FEC ứng dụng mã Hamming (7,4) hoặc mã BCH (15,7) vào các modem viễn thông vô tuyến băng hẹp và thiết bị cảm biến không dây, mục tiêu sửa tự động 100% lỗi đơn bit mà không cần đường truyền ngược, hoàn thành thử nghiệm trong 6 tháng bởi các đơn vị phát triển thiết bị phần cứng.
3. Tối ưu hóa giải thuật giải mã lặp Sum-Product trên đồ thị Tanner cho mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LDPC không đều, hướng tới nâng cao hiệu suất năng lượng kênh truyền lên 15% và duy trì tỷ lệ BER ổn định dưới ngưỡng $10^{-7}$, do các viện nghiên cứu viễn thông triển khai trong lộ trình 12 tháng.
4. Chuẩn hóa quy trình phần cứng hóa bộ mã hóa đa thức bằng cách sử dụng thanh ghi dịch phản hồi tuyến tính (LFSR), giảm độ phức tạp tính toán mạch số xuống dưới 2 microgiây trên một khung dữ liệu 1024 byte, do các kỹ sư thiết kế vi mạch FPGA/ASIC đảm nhiệm trong 9 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị học thuật và thực tiễn thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

1. Giảng viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông: Khai thác tài liệu như một nguồn tham khảo chuẩn mực về không gian đại số trường Galois $GF(2)$, phương pháp xây dựng ma trận kiểm tra chẵn lẻ $H$ và giải thuật truyền thông báo cho các đề tài nghiên cứu chuyên sâu.
2. Kỹ sư thiết kế hệ thống nhúng và mạng IoT: Nắm vững nguyên lý và mã nguồn thuật toán CRC-16 cùng mã Hamming để lập trình trực tiếp lên vi điều khiển 8-bit và 32-bit, gia tăng khả năng chống nhiễu trên các giao tiếp nối tiếp UART, SPI và I2C.
3. Chuyên viên phát triển giao thức mạng và truyền số liệu: Sử dụng các mô hình đánh giá 3 cơ chế ARQ để lựa chọn kiến trúc phục hồi gói tin tối ưu theo từng đặc tính độ trễ của kênh truyền cáp quang hay vệ tinh.
4. Sinh viên đại học các ngành Kỹ thuật Máy tính và Công nghệ Thông tin: Sử dụng luận văn làm tài liệu học tập nền tảng về mã hóa kênh, chuyển đổi đa thức nhị phân và cơ chế bảo vệ khung dữ liệu (FCS) trong các học phần Mạng máy tính và Truyền số liệu.

Câu hỏi thường gặp

Mã kiểm tra chẵn lẻ Parity có khả năng tự sửa lỗi được không?

Mã Parity đơn lẻ chỉ có chức năng phát hiện lỗi số lẻ bit và hoàn toàn không có khả năng tự sửa sai vì không xác định được vị trí của bit bị đảo. Để sửa được lỗi, hệ thống phải kết hợp kiểm tra hai chiều VRC và LRC tạo thành mã khối BCC, cho phép xác định tọa độ hàng và cột để sửa chính xác 1 lỗi đơn bit.

Tại sao mã CRC lại được sử dụng phổ biến hơn mã Parity trong các giao thức mạng?

Mã CRC sử dụng phép chia đa thức modulo 2 trên toàn bộ khung dữ liệu, mang lại năng lực phát hiện lỗi vượt trội. Trong khi Parity bỏ sót 100% các trường hợp sai 2 bit, CRC-16 và CRC-32 phát hiện chính xác 100% lỗi 1 bit, 2 bit, lỗi số lẻ và tới 99,9984% lỗi chùm nhiều bit liên tiếp.

Nguyên lý cơ bản để mã Hamming (7,4) có thể tự sửa lỗi là gì?

Mã Hamming (7,4) xen kẽ 3 bit kiểm tra vào 4 bit dữ liệu tại các vị trí lũy thừa của 2 ($2^0=1, 2^1=2, 2^2=4$). Khi nhận dữ liệu, bộ giải mã nhân vector nhận được với ma trận kiểm tra $H_d$ để tạo ra vector hội chứng syndrome mang giá trị từ 1 đến 7, chỉ đích danh vị trí bit bị sai để đảo ngược lại trạng thái đúng.

Khi nào nên sử dụng cơ chế điều khiển lỗi FEC thay vì cơ chế ARQ?

Cơ chế FEC được ưu tiên tuyệt đối trong các kênh truyền vô tuyến có độ trễ truyền lan lớn như truyền thông vệ tinh hoặc truyền phát đa phương tiện thời gian thực, nơi việc gửi lại gói tin qua ARQ gây nghẽn kênh và trễ vượt ngưỡng cho phép. Ngược lại, ARQ phù hợp với các đường truyền dây dẫn có tỷ lệ lỗi thấp.

Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LDPC có ưu điểm gì nổi bật?

Mã LDPC sử dụng ma trận kiểm tra chẵn lẻ thưa chứa phần lớn các phần tử 0 và rất ít phần tử 1. Kết hợp với giải thuật giải mã lặp trên đồ thị Tanner, mã LDPC cho phép hệ thống truyền dẫn tiệm cận sát giới hạn dung thông lý thuyết của Shannon ở tỷ lệ lỗi BER dưới $10^{-6}$ mà không đòi hỏi độ phức tạp tính toán quá cao.

Kết luận

• Luận văn hệ thống hóa toàn diện cơ sở toán học của các họ mã điều khiển lỗi từ kiểm tra chẵn lẻ Parity, mã khối hai chiều BCC, mã tuyến tính đến mã Hamming, mã vòng CRC, mã BCH và mã LDPC.
• Khẳng định tính ưu việt của mã Hamming (7,4) với tỷ lệ thông tin đạt 57,14% trong việc sửa lỗi đơn bit và hiệu năng vượt trội của mã CRC-32 với độ chính xác phát hiện lỗi chùm đạt 99,9984%.
• Đóng góp chính của đề tài là làm sáng tỏ bản chất đại số modulo 2 và cung cấp mô hình tính toán định lượng giúp tối ưu hóa việc phân bổ bit dư thừa trên kênh truyền có tạp âm.
• Lộ trình 12 tháng tiếp theo mở ra tiềm năng nghiên cứu tích hợp thuật toán giải mã lặp LDPC trên các nền tảng chip xử lý tín hiệu số thế hệ mới.
• Các kỹ sư và nhà nghiên cứu quan tâm được khuyến khích tham khảo sâu tài liệu luận văn để ứng dụng hiệu quả các mô hình toán mã hóa vào thực tiễn thiết kế hệ thống viễn thông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Trang 1 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU I. Caùc khaùi nieäm cô baûn veà truyeàn soá lieäu. Khi truyeàn soá lieäu giöõa hai thieát bò, coù theå duøng 1 trong 3 cheá ñoä thoâng tin sau: + Ñôn coâng: ñöôïc duøng khi döõ lieäu ñöôïc truyeàn chæ theo 1 höôùng. + Baùn song coâng: ñöôïc duøng khi hai thieát bò keát noái vôùi nhau muoán trao ñoåi thoâng tin moät caùch luaân phieân.

+ Song coâng hoaøn toaøn: ñöôïc duøng khi soá lieäu ñöôïc trao ñoåi giöõa 2 thieát bò theo caû hai höôùng moät caùch ñoàng thôøi. Caùc cheá ñoä truyeàn: 1 Truyeàn baát ñoàng boä: a. Ñoù laø caùch thöùc truyeàn trong ñoù caùc kí töï döõ lieäu maõ hoùa thoâng tin ñöôïc truyeàn ñi taïi nhöõng thôøi ñieåm khaùc nhau, maø khoaûng thôøi gian noái tieáp giöõa hai kí töï khoâng caàn thieát phaûi laø moät giaù trò thôøi gian noái tieáp giöõa hai kí töï khoâng caàn thieát phaûi laø moät giaù trò coá ñònh. ÔÛ cheá ñoä truyeàn naøy, hieåu theo baûn chaát truyeàn tín hieäu soá thì maùy phaùt vaø maùy thu ñoäc laäp trong vieäc söû duïng ñoàng hoà, ñoàng hoà chính laø boä phaùt xung clock cho vieäc dòch bit döõ lieäu vaø nhö vaäy khoâng caàn keânh truyeàn tín hieäu ñoàng boä giöõ hai ñaàu phaùt vaø ñaàu thu.

Ñaëc ñieåm: - Döõ lieäu ñöôïc truyeàn theo kyù töï (5  8 bits) + Chæ caàn giöõ ñoàng boä trong moät kyù töï + Taùi ñoàng boä cho moãi kyù töï môùi - Haønh vi: + Ñoái vôùi doøng döõ lieäu ñeàu, khoaûng caùch giöõa caùc kyù töï laø ñoàng nhaát (chieàu daøi cuûa phaàn töû stop). +ÔÛ traïng thaùi raûnh, boä thu phaùt hieän söï chuyeån 1  0. + Laáy maãu 7 khoaûng keá tieáp (chieàu daøi kyù töï). + Ñôïi vieäc chuyeån 1 ≠ 0 cho kyù töï keá tieáp.

GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 2 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU - Hieäu suaát: + Ñôn giaûn. + Phí toån 2 hoaëc 3 bit cho moät kyù töï (~20%) + Thích hôïp cho döõ lieäu vôùi khoaûng troáng giöõa caùc kyù töï lôùn (döõ lieäu nhaäp töø baøn phím). GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 3 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU 2. Truyeàn ñoàng boä: a.

Ñoù caùch thöùc truyeàn trong ñoù khoaûng thôøi gian cho moãi bit laø nhö nhau, vaø trong heä thoáng truyeàn kí töï khoaûng thôøi gian töø bit cuoái cuûa kí töï naøy ñeán bit ñaàu cuûa kí töï keá tieáp baèng 0 hoaëc baèng boäi soá toång thôøi gian caàn thieát truyeàn hoaøn chænh moät kí töï. Ñaëc ñieåm: - Truyeàn khoâng caàn start/stop. - Phaûi coù tín hieäu ñoàng boä. Kieåm soaùt loãi: trong quaù trình truyeàn luoàng bit giöõa 2 DTE (Data Terminal Equipment – Thieát bò ñaàu cuoái döõ lieäu), raát thöôøng xaûy ra sai laïc thoâng tin, coù nghóa laø möùc tín hieäu töông öùng vôùi bit 0 bò thay ñoåi laøm cho maùy thu dòch ra laø bit 1 vaø ngöôïc laïi, ñaëc bieät khi coù khoaûng caùch vaät lyù truyeàn khaù xa, ví duï nhö duøng maïng PSTN ñeå truyeàn.

Vì theá, khí truyeàn soá lieäu giöõa 2 thieát bò, caàn coù phöông tieän phaùt loãi coù theå xaûy ra loãi neân coù phöông tieän söûa chöõa chuùng. Ñieàu khieån luoàng döõ lieäu: Ñaây laø vieäc heát söùc quan troïng khi hai thieát bò ñang truyeàn thoâng tin qua maïng soá lieäu. Giao thöùc lieân keát soá lieäu: + Khuoân daïng cuûa maãu soá lieäu ñang trao ñoåi, nghóa laø soá bit treân moät phaân töû thoâng tin vaø daïng löôïc ñoà ñaõ maõ hoùa ñang ñöôïc duøng. GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 4 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU + Daïng vaø thöù töï caùc thoâng ñieäp ñöôïc trao ñoåi ñeå ñaït ñöôïc ñoä tin caäy giöõa hai ñoái taùc truyeàn.

Maõ truyeàn: moãi toå hôïp bit nhò phaân mang yù nghóa cuûa moät kí töï naøo ñoù theo quy ñònh cuûa töøng boä maõ. Soá löôïng bit nhò phaân trong moät toå hôïp bit noùi leân quy moâ cuûa moät boä maõ hay soá kí töï chứa trong boä maõ. Neáu goïi n laø soá bit trong moät toå hôïp bit thì kí töï coù theå maõ hoùa laø 2n. Caùc ñôn vò döõ lieäu: Theo ñôn vò ño löôøng dung löôïng thoâng tin thì ñôn vò cô baûn laø byte.

Giao thöùc truyeàn: laø taäp hôïp caùc quy ñònh lieân quan ñeán caùc yeáu toá kó thuaät truyeàn soá lieäu. Ñöôøng noái: laø ñöôøng keát noái thöïc teá xuyeân qua moâi tröôøng truyeàn, vì vaäy noù laø ñoái töôïng truyeàn daãn mang tính vaät lí. Thoâng tin noái tieáp ñoàng boä: Vieäc theâm caùc Start bit vaø nhieàu Stop bit vaøo moãi kí töï hay byte trong thoâng tin noái tieáp baát ñoàng boä laøm cho hieäu suaát truyeàn giaûm xuoáng, ñaëc bieät laø khi truyeàn moät thoâng ñieäp goàm moät khoái kí töï. Maët khaùc, phöông phaùp ñoàng boä bit ñöôïc duøng ôû ñaây trôû neân thieáu tin caäy khi gia taêng toác ñoä truyeàn.

Vì lí do naøy, ngöôøi ta ñöa ra phöông phaùp môùi goïi laø truyeàn ñoàng boä, truyeàn ñoàng boä khaéc phuïc nhöõng nhöôïc ñieåm nhö treân. GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 5 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU • Nguyeân taéc ñoàng boä bit: Trong truyeàn baát ñoàng boä, ñoàng hoà thu chaïy moät caùch baát ñoàng boä vôùi tín hieäu thu. Ñeå xöû lí thu hieäu quaû, caàn phaûi coù keá hoaïch duøng ñoàng hoà thu laáy maãu tín hieäu ñeán, ngay ñieåm giao thôøi cuûa döõ lieäu. Toång quan veà phaùt hieän loãi vaø söûa sai.

Ñieàu khieån loãi: - Moâi tröôøng truyeàn daãn bò nhieãu (ñieän, töø, …)  döõ lieäu nhaän coù loãi. - 2 caùch khaéc phuïc khi phaùt hieän coù loãi: + Forward error control: thoâng tin söûa sai ñöôïc theâm vaøo caùc kyù töï hoaëc caùc frame truyeàn ñi, ñeå beân nhaän coù theå phaùt hieän khi naøo coù loãi vaø loãi naèm ôû ñaâu ñeå söûa (coù khaû naêng söûa loãi). GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 6 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU + Feedback (backward) error control: thoâng tin söûa sai ñöôïc theâm vaøo caùc kyù töï hoaëc caùc frame truyeàn ñi chæ ñuû ñeå phaùt hieän khi naøo coù loãi (khoâng coù khaû naêng söûa loãi). Cô cheá yeâu caàu truyeàn laïi kyù töï/frame sai ñöôïc duøng trong tröôøng hôïp naøy.

- Cô cheá phaùt hieän loãi: + BER: xaùc suaát 1 bit ñôn bò loãi trong moät thôøi khoaûng nhaát ñònh + Phaân loaïi loãi:. Single-bit error – nhieãu traéng. Burst error: chuoãi caùc bit lieân tieáp bò loãi – nhieãu xung, suy giaûm (khi truyeàn voâ tuyeán) Khi döõ lieäu ñöôïc truyeàn giöõa 2 DTE, caùc tín hieäu ñieän ñaïi dieän luoàng bit truyeàn raát deã bò thay ñoåi sai soá do nhieàu nguyeân nhaân: ñöôøng daây truyeàn, löu löôïng truyeàn, loaïi maõ duøng, loaïi ñieàu cheá, loaïi theiest bò phaùt thu. Ñaëc bieät laø do söï GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 7 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU thaâm nhaäp ñieän töø caûm öùng leân caùc ñöôøng daây töø caùc thieát bò ñieän gaàn ñoù.

Ñeå choáng sai khi truyeàn soá lieäu thöôøng coù 2 caùch: + Duøng boä giaûi maõ coù khaùi nieäm töï söûa sai. + Truyeàn laïi 1 boä phaän cuûa döõ lieäu ñeå thöïc hieän vieäc söûa sai, caùch naøy thöôøng goïi laø ARQ – Automatic Repeat reQuest. - Phöông phaùp thoâng duïng nhaát ñöôïc duøng ñeå phaùt hieän loãi cuûa bit trong truyeàn khoâng ñoàng boä vaø truyeàn ñoàng boä höôùng kí töï laø phöông phaùp parity bit. Ngoaøi ra coøn coù phöông phaùp kieåm tra theo ma traän vaø kieåm tra baèng maõ voøng.

Hình 1: Nhöõng khaû naêng phaùt hieän vaø söûa sai. Caùc maõ söûa loãi thöôøng duøng trong truyeàn soá lieäu 1. Kieåm tra chaün leû theo kí töï: - Ta ñaõ bieát maõ ASCII cuûa moãi kí töï goàm 7 bit & 1 bit kieåm tra. Vôùi kieåm tra chaün, giaù trò cuûa bit kieåm tra la 0 neáu soá löôïng caùc bit coù giaù trò 1 trong 7 bit laø chaün vaø coù giaù trò trong tröôøng hôïp ngöôïc laïi.

Kieåm tra leû thì ngöôùi laïi. Ví duï: 1001001 1 Kieåm tra chaün. GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 8 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU 1001001 0 Kieåm tra leû. Vaán ñeà laø trong khi duøng bit kieåm tra, thoâng thöôøng, nhieàu xung keùo daøi khoâng phaûi chæ coù ñoä daøi 1 bit maø laø nhieàu bit, nhaát laø khi toác ñoä ñöôøng truyeàn taêng cao.

Vôùi caùch kieåm tra treân, neáu soá bit sai laø chaün (2, 4, 6) ta khoâng theå phaùt hieän ñöôïc. - Nhaän xeùt: + Chæ doø ñöôïc loãi sai moät soá leû bit, khoâng doø ñöôïc moät soá chaün bit. + Khoâng söûa ñöôïc loãi. + Hieäu suaát truyeàn thoâng tin keùm, do soá bit theâm vaøo ñeå doø tìm loãi chieám tæ leä lôùn hôn so vôùi döõ lieäu truyeàn ñi.

GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 9 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU - Ñeå giaûm bôùt sai soá, ngöôøi ta duøng maõ kieåm tra khoái BCC. Kieåm tra khoái - Quaù trình baûo veä kí töï coù theå giaûm thieåu sai neáu nhö ngöôøi ta duøng caùch kierm tra theo chieàu ngang (VRC), ñoàng thôøi theo chieàu doïc (LRC). Khi ta truyeàn moät khoái thoâng tin, ngöôøi ta goïi laø kieåm tra khoái. neáu nhö moät sai soùt naøo ñoù sinh ra taïi moät bit baát kì, döïa vaøo caùc bit kieåm tra ngang vaø doïc GVHD: Ts Voõ Xuaân Töïu Sinh Vieân thöïc hieän: Ths Voõ Tröôøng Sôn Nguyeãn Phuù Bình Voõ Thò Anh Ñaøo Nguyeãn Ngoïc Huy Trang 10 NGHIEÂN CÖÙU VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÄT SOÁ LOAÏI MAÕ ÑIEÀU KHIEÅN LOÃI THÖÔØNG DUØNG TRONG KYÕ THUAÄT TRUYEÀN SOÁ LIEÄU ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc toïa ñoä cuûa noù vaø ñöông nhieân nhö vaäy ta coù theå tìm ra vaø söûa noù.

- Moät frame coi nhö laø moät khoái kí töï saép xeáp coù hai chieàu.