Bài giảng Mạng truyền thông trong ô tô

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.13 MB, 20 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI GIẢNG

HỌC PHẦN: MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG Ô TÔ

SỐ TÍN CHỈ: 02

LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TƠ

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

1
MỤC LỤC

MỤC LỤC

TÍN CHỈ 1 ...Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN Ô TÔ ... 1

1.1. Sơ đồ tổng quát ... 2

1.2. Ƣu điểm của MPX ... 8

1.3. Định nghĩa MPX ... Error! Bookmark not defined.
1.4. Đặc điểm chính của MPX ... Error! Bookmark not defined.
1.5. Nguyên tắc cơ bản của truyền thông trên MPX ... Error! Bookmark not defined.
1.6. Các loại giao thức truyền thông sử dụng trên ô tô ... 6

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA TRUYỀN THÔNG ... 8

2.1. Các khái niệm cơ bản ... 8

2.2. Chế độ truyền tải ... 12

2.3. Cấu trúc mạng ... 14

2.4. Truy nhập bus ... 18

2.5. Bảo toàn dữ liệu ... 22

2.6. Mã hóa bít ... 25

2.7 Kỹ thuật truyền dẫn ... 29

TÍN CHỈ 2 ... 40

CHƢƠNG 3. CÁC GIAO THỨC CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN ÔTÔ 40
3.1. Giao thức BEAN... 40

3.2. Giao thức AVC-LAN ... 45

3.3. Giao thức CAN ... 51

3.4. Giao thức LIN ... 58

CHƢƠNG 4. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ... 62

4.1. Hƣớng dẫn đọc và phân tích một số sơ đồ mạng tiêu biểu ... 62

4.2. Thực hành lập trình CAN điều khiển điện thân xe ………... 62

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

CHƢƠNG 1

: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN Ô TÔ

1.1. KHÁI NIỆM VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG

Sự phổ biến của các giải pháp tự động hố sử dụng hệ thống truyền thơng số là kết quả
tổng hợp của các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật máy tính, kỹ thuật thơng tin và
đ-ơng nhiên là của cả kỹ thuật tự động hố. Mạng truyền thơng cơng nghiệp nói chung và
mạng truyền thơng trên ơtơ nói riêng là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền
thơng số, truyền bít nối tiếp, đ-ợc sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp, các thiết bị
trong một hoặc nhiều hệ thống với nhau Các hệ thống truyền thông phổ biến hiện nay cho phép
liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành d-ới cấp tr-ờng cho
đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính
cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.

Mạng truyền thông thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, có thể so sánh với
mạng máy tính thơng th-ờng ở những điểm giống nhau và khác nhau nh- sau:

* Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc tr-ng chung của cả hai lĩnh vực.
* Trong nhiều tr-ờng hợp, mạng máy tính sử dụng trong ơ tơ đ-ợc coi là một phần trong
mơ hình phân cấp của mạng cơng nghiệp.

* u cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng t-ơng thích trong ô tô của
mạng truyền thông cao hơn so với một mạng máy tính thơng th-ờng, trong khi đó mạng máy
tính th-ờng địi hỏi cao hơn về độ bảo mật.

* Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau, ví dụ có thể nhỏ nh- mạng LAN
cho một nhóm vài máy tính, hoặc rất lớn nh- mạng Internet. Trong nhiều tr-ờng hợp, mạng

máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thơng. Trong khi đó, cho đến
nay các hệ thống mạng truyền thông trên ô tơ th-ờng có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động
t-ơng đối hẹp.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

1.2.VAI TRÒ CỦA MẠNG TRUYỀN THƠNG

Ghép nối thiết bị, trao đổi thơng tin là một trong những vấn đề cơ bản trong bất cứ một
giải pháp tự động hoá nào. Một bộ hoặc nhiều bộ điều khiển cần đ-ợc ghép nối với các cảm
biến và cơ cấu chấp hành,. Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiển phân tán
cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển quá trình ghép nối và
giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo dõi, giám sát tồn bộ q trình hoạt động và hệ
thống điều khiển.

Vậy, mạng truyền thơng trên ơtơ có vai trị quan trọng nh- thế nào trong các lĩnh vực đo
l-ờng, điều khiển và tự động hóa các hệ thống? Sử dụng mạng truyền thông trên ôtô, đặc biệt

là bus tr-ờng để thay thế cách nối điểm - điểm cổ điển giữa các thiết bị đó mang lại hàng loạt

nh÷ng lợi ích nh- sau:

* Đơn giản hoá cấu trúc liên kết giữa các thiết bị: Một số l-ợng lớn các thiết bị thuộc các
chủng loại khác nhau đ-ợc ghép nối với nhau thông qua một đ-ờng truyền duy nhÊt.

* Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết
kế hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhiều. Một số l-ợng lớn cáp truyền đ-ợc thay thế bằng một
đ-ờng duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt.

* Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thơng tin: Khi dùng ph-ơng pháp truyền tín

hiệu t-ơng tự cổ điển, tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thơng tin mà các thiết bị
khơng có cách nào nhận biết. Nhờ kỹ thuật truyền thông số, không những thơng tin truyền đi
khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nối mạng cịn có thêm khả năng tự phát hiện lỗi và chẩn
đoán lỗi nếu có. Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại t-ơng tự - số và số –
t-ơng tự nâng cao độ chính xác của thơng tin.

* Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hoá quốc
tế tạo điều kiện cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau. Việc thay thế thiết bị,
nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều. Khả năng
t-ơng tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) đ-ợc nâng cao nhờ các giao diện
chuẩn.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

thể có khả năng cảnh giới lẫn nhau. Việc cấu hình hệ thống. lập trình, tham số hố, chỉnh định
thiết bị và đ-a vào vận hành có thể thực hiện từ xa qua một trạm kỹ thuật trung tâm.

* Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống: Sử dụng mạng truyền
thông cho phép áp dụng các kiến trúc điều khiển mới nh- điều khiển phân tán, điều khiển phân
tán với các thiết bị tr-ờng, điều khiển giám sát hoặc chẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp
thông tin của hệ thống điều khiển và giám sát thông tin.

Có thể nói, mạng truyền thơng cơng nghiệp nói chung và mạng truyền thơng trên ơtơ nói
riêng đã làm thay đổi hẳn t- duy về thiết kế và tích hợp hệ thống. -u thế của giải pháp dùng
mạng truyền thông không những nằm ở ph-ơng diện kỹ thuật, mà cịn ở khía cạnh hiệu quả
kinh tế. Chính vì vậy, ứng dụng của nó rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực cơng nghiệp, nh-
điều khiển q trình, tự động hóa xí nghiệp, tự động hố tồ nhà, điều khiển giao thơng, v.v..
Trong điều khiển q trình, các hệ thống bus tr-ờng đã dần thay thế các mạch dòng t-ơng tự
(current loop) 4-20mA. Trong các hệ thống tự động hố xí nghiệp hoặc tự động hóa tồ nhà,
một số l-ợng lớn các phần tử trung gian đ-ợc bỏ qua nhờ các hệ bus ghép nối trực tiếp các

thiết bị cảm biến và chấp hành. Nói tóm lại, sử dụng mạng truyền thông là không thể thiếu
đ-ợc trong việc tích hợp các hệ thống tự động hóa hiện đại.

1.3. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT

Hình 1.1. Minh họa về số lƣợng ECU sử dụng trên ô tô

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

5
Hình 1.2. Mạng khơng dây trong hệ thống giao thông hiện đại

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

6
Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của mạng truyền thông trên xe Lexus

1.4. CÁC LOẠI GIAO THỨC TRUYỀN THƠNG TRÊN ƠTƠ
B¶ng 1.1. Các loại giao thức truyền thông hay sử dụng trên ô tô

Protocol BEAN

(TOYOTA Original) 
CAN 
(ISO Standard) 
LIN 
(ISO Standard) 
AVC-LAN 
(TOYOTA Original)

Application Body Electrical Power Train Body Electrical Audio

Communication

Speed 10 kbps

500 kbps (HS)

250 kbps (MS) 9.6 kbps 17.8 kbps

Data Length 1 – 11 Byte

(Variable)

1 – 8 Byte
(Variable)

0 – 8 Byte

(0, 2, 4, 8) 0 – 32 Byte (Variable)

Communication

Wire AV Signal Wire Twisted-pair wire AV Signal Wire Twisted-pair wire

Drive Type Single Wire Voltage

Drive
Differential 
Voltage Drive
Single Wire
Voltage Drive
Differential Voltage
Drive

Communication 
Direction 
One-way and
Two-way
Communications
Two-way
Communication
Two-way
Communication
Two-way
Communication

Access System CSMA/CD

(Multi Master)
CSMA/CR
(Multi Master)
Master/Slave
(Single Master)
Master/Slave
(Single Master)

Topology Bus (Daisy Chain) Bus Star Star

Sleep/Wake-up Available N.A. Available N.A.

Error Detection CRC CRC N.A. Parity Check

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

7
+ Truyền dữ liệu một chiều tốc độ thấp giữa cơng tắc chính cửa sổ điện và ECU thân xe.

Đây chỉ là việc giao tiếp một chiều đến ECU định trƣớc do hệ thống truyền tín hiệu một chiều
(tốc độ truyền là 1 kbps).

+ BEAN (Body Electronics Area Network - Mạng điện tử thân xe): Hệ thống này có tốc độ
truyền dữ liệu là 10kbps.

+ AVC-LAN (Audio Visual Communication-Local area Network): Hệ thống này đƣợc sử
dụng để truyền tín hiệu cho hệ thống âm thanh, nghe nhìn, hệ thống dẫn đƣờng, định vị tồn
cầu,… (tốc độ truyền dữ liệu là 17kbps).

+ UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitting- Truyền/Nhận dữ liệu nối tiếp
không đồng bộ): Hệ thống này đƣợc dùng trong việc truyền tín hiệu giữa các ECU có liên
quan đến việc điều khiển xe: giữa ECU động cơ và ECU điều khiển trƣợt, ECU động cơ và
ECU của xe HV (xe dùng động cơ lai),…(tốc độ truyền dữ liệu là 9600 - 19200 bps).

+ LIN (Local Interconnect Network- mạng cục bộ trên xe): Hệ thống này cũng sử dụng để
truyền dữ liệu giữa các ECU của thân xe (tốc độ truyền dữ liệu là 20kps).

+ CAN (Controller Area Network): Dùng để truyền tín hiệu giữa các ECU trên xe (có 2 tốc
độ truyền: CAN tốc độ thấp-125kbps và CAN tốc độ cao- 1Mbps)

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

8
CHƢƠNG 2:

CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA TRUYỀN THÔNG

2.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

2.1.1. Thơng tin, dữ liệu và tín hiệu

2.1.1.1. Thơng tin

Thông tin là một trong những khái niệm cơ sở quan trọng nhất trong khoa học kỹ thụât, cũng

giống nh- vật chất và năng l-ợng. Các đầu vào cũng nh- các đầu ra của một hƯ thèng kü tht
chØ cã thĨ lµ vËt chÊt, năng l-ợng hoặc thông tin, nh- mô tả trên hình 2.1.

Mét hƯ thèng xư lý th«ng tin hoặc một hệ thống truyền thông là một hệ thống kỹ thuật chỉ
quan tâm tới các đầu vào và đầu ra là thông tin. Tuy nhiên, đa số các hệ thống kỹ thụât khác
th-ờng có các đầu vào và đầu ra hỗn hợp (vật chất, năng l-ợng và thông tin).

Hình 2.1. Vai trò của thông tin trong hệ thèng kü thuËt

Thông tin là th-ớc đo mức nhận thức, sự hiểu biết về một vấn đề, một sự kiện hoặc một hệ
thống. Ví dụ, một thông tin cho chúng ta biết một cách chính xác hay t-ơng đối về nhiệt độ
ngoài trời hay mực n-ớc trong bể chứa. Thông tin giúp chúng ta phân biệt giữa các mặt của
một vấn đề, giữa các trạng thái của một sự vật. Nói một cách khác, thơng tin chính là sự loại
trừ tính chất bất định. Trong khi vật chất và năng l-ợng là nền tảng của vật lý và hố học, thì
thơng tin chính là chủ thể của tin học và công nghệ thông tin.

Thông tin là cơ sở cho sự giao tiếp. Thông qua việc giao tiếp mà các đối tác có thêm hiểu
biết lẫn nhau hoặc về cùng một vấn đề, một sự kiện hoặc một hệ thống.

2.1.1.2. Dữ liệu

Thông tin là một đại l-ợng khá trừu t-ợng, vì vậy cần đ-ợc biểu diễn d-ới một hình thức

khác. Khả năng biểu diễn thơng tin rất đa dạng, ví dụ qua chữ viết, hình ảnh, cử chỉ, vv.. Dạng
biểu diễn thơng tin phụ thuộc vào mục đích, tính chất của ứng dụng. Đặc biệt thơng tin có thể
được mơ tả, hay nói cách khác là được ‘số lượng hóa” bằng dữ liệu để có thể lưu trữ và xử lý
trong máy tính. Trong tr-ờng hợp đó, ta cũng nói rằng thơng tin đ-ợc số hố sử dụng hệ đếm
nhị phân, hay mã hoá nhị phân. Nói trong ngữ cảnh cấu trúc một bức điện, dữ liệu chính là
phần thơng tin hữu ích đ-ợc biểu diễn bằng dãy các bit [1.0].

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

cách mô tả. Ta có thể so sánh quan hệ giữa dữ liệu và thông tin với quan hệ trong toán học
giữa số và ý nghÜa sư dơng cđa sè.

Theo nghÜa thø hai, dữ liệu đ-ợc hiểu là phần biểu diễn thông tin hữu dụng (thông tin
nguồn) trong một bức điện. Tuy nhiên, căn cứ vào ngữ cảnh cụ thể mà ta không sự nhầm lẫn
giữa hai cách sử dụng thuật ngữ này.

L-ợng thông tin

Thông tin là thƣớc đo mức độ nhận thức, sự hiểu biết về một vấn đề, một sự kiện hoặc một

hệ thống. Thông tin là cơ sở cho sự giao tiếp, thông qua giao tiếp các đối tác có thể hiểu biết
lẫn nhau hoặc về cùng một vấn đề, một sự kiện hoặc một hệ thống

Thơng tin chính là sự xố bỏ tính bất định, ví dụ một sự khẳng định về một sự kiện có xảy ra
hay khơng, một câu trả lời đúng hay sai. Mức độ của sự xóa bỏ tính bất định này – hay nói
cách khác, giá trị về sự hiểu biết một nguồn thông tin mang lại - đ-ợc gọi là l-ợng thông tin.
Chính vì dữ liệu là một dạng biểu diễn thơng tin có thể xử lý đ-ợc trong máy tính, nên l-ợng
thông tin đ-ợc cũng đ-ợc đo bằng đơn vị dữ liệu (bit = binary digit). Trong tr-ờng hợp thông
tin về sự khẳng định đúng /sai, rõ ràng chỉ cần một bit để ghi mã 1 hoặc 0, hay nói cách khác
là l-ợng thơng tin bằng 1 bit. Với một ví dụ khác, để biểu diễn hay phân biệt một màu nào
trong số 16 màu ta cần 4 bit, trong 256 màu ta cần 8 bit. Để biểu diễn hay phân biệt một chữ
cái trong bảng ký tự có 256 chữ cái và ký hiệu cần 8 bit. Một thông báo cần gửi đi như “Hello”

gåm cã 5 ký tù sÏ cÇn 40 bit. Ta nói rằng, l-ợng thông tin ở đây là 4 bit, 8 bit, 40 bit… Ta cã 1

kbit = 1024 bit, 1Mbit = 1024 kbit vµ 1Gbit = 1024 Mbit. .

2.1.1.3. Tín hiệu

Là một đại lƣợng vật lý mang thông tin/dữ liệu (chứa đựng thơng tin trong nó) và có thể
đƣợc truyền dẫn.

Tín hiệu đƣợc đặc trƣng bởi các tham số vật lý: Biên độ, pha, tần số, và đƣợc phân chia
thành các dạng cơ bản sau:

+ Tín hiệu tƣơng tự: Tham số thơng tin có thể có một giá trị bất kỳ trong một khoảng nào
đó

+ Tín hiệu rời rạc: Tham số thơng tin chỉ có thể có một số giá trị (rời rạc) nhất định.

+ Tín hiệu liên tục: Tín hiệu có ý nghĩa tại bất kỳ thời điểm nào trong một khoảng thời gian
quan tâm. (hàm liên tục của biến thời gian trong một khoảng xác định).

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

10
Dạng tín hiệu: tuơng tự, liên tục

Tham số mang thơng tin: biên độ

Dạng tín hiệu: tuơng tự, gián đoạn
Tham số mang thông tin: biên độ xung

Dạng tín hiệu: rời rạc, liên tục
Tham số mang thơng tin: biên độ

Dạng tín hiệu: rời rạc (số), gián đoạn
Tham số mang thông tin: tần số xung
 Hình 2.2. Một số dạng tín hiệu thơng dụng

2.1.2. Truyền thơng, truyền dữ liệu và truyền tín hiệu

2.1.2.1. Giao tiếp và truyền thông:

Giao tiếp hay truyền thông là một quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể với nhau,
đƣợc gọi là các đối tác giao tiếp, theo một phƣơng pháp đƣợc quy định trƣớc. Đối tác này có
thể điều khiển đối tác kia hoặc quan sát trạng thái của đối tác.

Đối tác có thể là con ngƣời hoặc các hệ thống kỹ thuật (Phần cứng, phần mềm). với các hệ
thống kỹ thuật thì hai khái niệm giao tiếp và truyền thông đƣợc sử dụng với nghĩa tƣơng
đƣơng.

Truyền dữ liệu là phƣơng pháp truyền thơng duy nhất giữa các máy tính (mạng máy tính).
Để có thể truyền dữ liệu trong hệ truyền thơng phải thực hiện q trình mã hóa và giải mã tín
hiệu.

2.1.2.2. Mã hóa và giải mã

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

- Mã hóa: là q trình biến đổi nguồn thơng tin (dữ liệu) cần trao đổi sang một chuỗi tín hiệu

thích hợp để truyền dẫn. Quá trình này gồm ít nhất hai bƣớc là mã hóa nguồn và mã hóa
đƣờng truyền.

+ Mã hóa nguồn: Dữ liệu nguồn (ban đầu) đƣợc bổ sung các thông tin phụ trợ cần thiết cho
việc truyền dẫn nhƣ địa chỉ bên gửi và bên nhận, kiểu dữ liệu, thông tin kiểm lỗi… nhƣ v ậy
lƣợng thơng tin chứa đựng trong một tín hiệu sẽ nhiều hơn lƣợng thông tin thực cần truyền tải.
+ Mã hóa đƣờng truyền: Là q trình tạo tín hiệu tƣơng ứng với các bit trong gói dữ liệu 
hay bức điện theo một phƣơng pháp nhất định để phù hợp với đƣờng truyền và kỹ thuật truyền

dẫn. Trong mạng truyền thông công nghiệp mã hóa đƣờng truyền đồng nghĩa với việc mã hóa
bít, bởi tín hiệu do khâu mã hóa từng bít tạo ra cũng chính là tín hiệu đƣợc truyền dẫn.

Khi một tín hiệu đƣợc truyền tải đi, cần có một phƣơng pháp để bên nhận phân biệt giới hạn
giữa các bít dữ liệu nối tiếp nhau, gọi là phƣơng thức đồng bộ hóa. Nhƣ hình minh họa dƣới
đây.

Hình 2.4. Ví dụ về mã hóa bít

- Giải mã: Là q trình chuyển đổi các tín hiệu nhận đƣợc thành dãy bít tƣơng ứng và sau đó

xử lý, loại bỏ các thông tin bổ sung để tái tạo thông tin gốc.

2.1.2.3. Điều chế và điều biến tín hiệu

Điều chế: là một q trình tạo một tín hiệu trực tiếp mang tham số thông tin, thể hiện qua

biên độ, tần số hoặc pha, trong đó tham số thơng tin có thể lấy một giá trị bất kỳ.

Điều biến: chỉ quá trình dùng tín hiệu mang thơng tin để điều khiển, biến đổi các tham số

thích hợp của một tín hiệu thứ 2 (tín hiệu mang)

2.1.2.4. Tốc độ truyền và tốc độ bít

- Tốc độ Baud: Là số lần tín hiệu thay đổi giá trị tham số thông tin (nhƣ biên độ) trong

một giây và có đơn vị là baud.

Đối với nhiều phƣơng pháp mã hóa bit, tín hiệu không bắt buộc phải thay đổi trạng thái

trong mỗi nhịp, vì thế tốc độ baud khơng hồn tồn chính xác. Vì vậy ngƣời ta sử dụng khái
niệm tốc độ truyền hay tốc độ bit.

- Tốc độ truyền hay tốc độ bit: đƣợc tính bằng số bit dữ liệu truyền đi trong một giây, và

đƣợc tính bằng bit/s hoặc bps

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

2.1.2.5. Tính năng thời gian thực

Tính năng thời gian thực là một trong những đặc trƣng quan trọng nhất đối với hệ thống tự
động hóa. Một hệ thống có tính năng thời gian thực không nhất thiết phải có phản ứng thật
nhanh, mà quan trọng hơn là phải có phản ứng kịp thời với các tác động bên ngoài

2.2.CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI

Chế độ truyền tải là phƣơng thức các bit dữ liệu đƣợc chuyền gi ữa các đối tác truyền thông.
Các chế độ truyền tải:

- Truyền bit song song hoặc truyền bit nối tiếp
- Truyền đồng bộ hoặc không đồng bộ

- Truyền một chiều (simplex), hai chiều đồng thời (full-duplex), hai chiều dán đoạn
(halp-duplex).

- Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng.

2.2.1. Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp

2.2.1.1. Truyền bit song song

- Truyền đồng thời nhiều bit (8 bit, 16 bit hoặc
32 bit)

- Khoảng cách truyền ngắn

- Đƣợc dùng phổ biến trong các bus nội của
máy tính nhƣ: bus dữ liệu, bus địa chỉ, bus điều
khiển.

Hình 2.5. Truyền bit song song 
 2.2.1. 2. Truyền bit nối tiếp

Từng bít một đƣợc truyền đi tuần tự qua một
đƣờng truyền duy nhất. Do vậy tốc độ bị hạn chế
nhƣng bù lại việc thực hiện lại đơn giản, truyền
đƣợc đi xa. Do đó tất cả các mạng truyền thông

đều sử dụng phƣơng thức truyền này. Hình 2.6. Truyền bít nối tiếp

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

13
Mặt khác cần phải lƣu ý rằng các thiết bị kỹ thuật dùng để xử lý thông tin trong mạng dù
tồn tại ở dạng này hay dạng khác thì bản chất của nó chính là một máy tính có bộ vi xử lý và
hệ thống bus nội song song. Vì vậy để dùng phƣơng pháp truyền nối tiếp ta cần phải chuyển
đổi giữa bus song song và nối tiếp nhƣ hình 2.7

2.2.2. Truyền đồng bộ và khơng đồng bộ

Sự phân biệt giữa truyền đồng bộ và không đồng bộ chỉ liên quan tới phƣơng thức truyền
bit nối tiếp. Nội dung đƣợc đề cập ở đây là việc đồng bộ hóa giữa bên nhận và bên gửi dữ liệu,

nói cách khác làm thế nào để bên nhận biết khi nào một tín hiệu trên đƣờng truyền mang dữ
liệu gửi và khi nào không.

2.2.2.1. Chế độ đồng bộ

Các đối tác truyền thông làm viêc theo cùng một nhịp, tức với cùng tần số và độ lệch pha cố
định. Trong đó bên gửi và bên nhận chỉ cần hoạt động đồng bộ trong khi trao đổi dữ liệu.
Để đồng bộ đƣợc thì có thể có các giải pháp sau:

- Một trạm có vai trò tạo nhịp và dùng một đƣờng dây riêng mang nhịp đồng bộ cho các
trạm khác.

- Dùng phƣơng pháp mã hóa bit thích hợp để bên nhận có thể tái tạo nhịp đồng bộ từ chính
tín hiệu mang dữ liệu.

- Bổ xung vào gói dữ liệu một dãy bit mang thơng tin đồng bộ hóa vào phần đầu mỗi gói
dữ liệu.

2.2.2.2. Chế độ khơng đồng bộ

Bên gửi và bên nhận không làm việc theo một nhịp chung. Dữ liệu trao đổi thƣờng đƣợc
chia thành từng nhóm 7 đến 8 bit, gọi là ký tự. Các ký tự đƣợc chuyển đi vào các 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 đƣợc thực hiện với từng ký tự.

2.2.3. Truyền một chiều và truyền hai chiều

2.2.3.1. Chế độ truyền một chiều

Thông tin chỉ đƣợc truyền đi theo một chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trị hoặc bên phát
hoặc bên nhận thơng tin trong suốt quá trình giao tiếp. Chế độ này không đƣợc ứng dụng trong

công nghiệp

2.2.3.2. Chế độ truyền hai chiều gián đoạn

Một trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận thông tin, nhƣng không cùng một lúc, nhờ vậy
thông tin đƣợc trao đổi theo cả hai chiều luân phiên trên cùng một đƣờng truyền vật lý.

2.2.3.3. Chế độ truyền hai chiều toàn phần

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

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

2.2.4.1. Truyền tải dải cơ sở

Một tín hiệu mang một nguồn thơng tin có thể biểu diễn bằng tổng của nhiều giao động có
tần số khác nhau nằm trong một phạm vi hẹp, đƣợc gọi là dải tần cơ sở hay dải hẹp.

Tín hiệu đƣợc truyền đi là tín hiệu đƣợc tạo ra sau khi mã hóa bít, nên có một tần số cố định
hoặc nằm trong một khoảng hẹp nào đó. Tùy thuộc vào phƣơng pháp mã hóa bít.

Với phƣơng pháp truyền tải này, đƣờng truyền chỉ mang một kênh thông tin duy nhất, mọi
thành viên trong mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đƣờng truyền. vì vậy, tốc độ truyền
tải bị hạn chế, nhƣng nó dễ thực hiện và độ tin cậy cao nên đƣợc dùng chủ yếu trong mạng
truyền thông công nghiệp.

2.2.4.2. Truyền tải dải mang

Trong một số trƣờng hợp dải tần cơ sở không tƣơng thích trong mơi trƣờng làm việc. nó chịu
ảnh hƣởng của các thiết bị điện tử khác, khi đó ngƣời ta sử dụng 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 thƣờng 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 mang. Sau đó bên nhận sẽ thực hiện quá trình giải điều chế để hồi phục thông
tin nguồn.

Phƣơng pháp này chỉ áp dụng cho một kênh truyền tin duy nhất, giống nhƣ truyền tải dải cơ
sở.

2.2.4.3. Truyền tải dải rộng

Một tín hiệu có thể chứa đựng nhiều nguồn thông tin khác nhau bằng cách kết hợp nhiều
thông số thông tin bằng cách xếp chồng từ nhiều tín hiệu thành phần có tần số khác nhau
mang nguồn thông tin khác nhau .

Sau khi nhiều nguồn thông tin khác nhau đã đƣợc mã hóa bít, mỗi tín hiệu đƣợc tạo ra sẽ
dùng để điều biến một tín hiệu khác, thƣờng có tần số lớn hơn nhiều, gọi là tín hiệu mang. Các
tín hiệu mang đã đƣợc 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 đƣợc dùng để điều chế
một tín hiệu mang khác. Tín hiệu thu đƣợc ở khâu này mới đƣợc truyền đi. Đây chính là kỹ
thuật dồn kênh phân tần trong truyền tải thông tin, nhằm mục đích sử dụng hiệu quả hơn
đƣờng truyền. phía bên nhận sẽ thực hiện việc giải điều biến và phân kênh, khơi phục các tín
hiệu mang các nguồn thơng tin khác nhau.

Do giá thành thực hiện và tính năng thời gian nên phƣơng pháp này hầu nhƣ không đƣợc
dùng trong mạng truyền thông công nghiệp.

2.3. CẤU TRÚC MẠNG

2.3.1. Khái niệm

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Ở đây các đối tác chính là các trạm truyền thơng đƣợc liên kết với nhau qua một môi trƣờng
vật lý.

Các kiểu liên kết:

- Liên kết điểm- điểm (point to point): Là một mối liên kết chỉ có hai đối tác tham gia.
- Liên kết điểm- nhiều điểm (multi - drop): Trong một mối liên kết có nhiều đối tác tham

gia, nhƣng chỉ có một đối tác cố định duy nhất (trạm chủ) có khả năng phát trong khi
các đối tác còn lại (trạm tớ) thu nhận thơng tin cùng một lúc. Cịn việc giao tiếp theo
chiều ngƣợc lại chỉ đƣợc thực hiện theo kiểu điểm – điểm.

- Liên kết nhiều điểm (multipoint): Trong một mối liên kết có nhiều đối tác tham gia và có
thể trao đổi thơng tin qua lại tự do theo bất kỳ hƣớng nào. Bất cứ một đối tác nào cũng
có quyền phát và bất cứ trạm nào cũng nghe đƣợc. có thể sử dụng một cáp duy nhất để
nối mạng giữa các đối tác.

Khả năng liên kết nhiều điểm là đặc trƣng của mạng truyền thông công nghiệp.

2.3.2. Topology

Topology đƣợc hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng, nhƣng cũng có thể là
cách sắp xếp logic của các nút mạng, cách định nghĩa về tổ chức logic các mối liên kết giữa
các nút mạng.

2.3.2.1. Cấu trúc bus

- Đặc điểm cơ bản của cấu trúc bus là
việc sử dụng chung một đƣờng dẫn duy nhất

cho tất cả các trạm do vậy có thể tiết kiệm
đƣợc cáp dẫn.

- Phân loại: gồm 3 loại
+ Daisy-chain

+ Trunk-line/drop-line
+ Mạch vịng khơng tích cực

Daisy-chain (dãy bệ)

Mỗi trạm đƣợc nối mạng trực tiếp tại
giao lộ của hai đoạn dây dẫn, không qua một
đoạn dây nối phụ nào.

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

Trunk-line/drop-line

Mỗi trạm đƣợc nối qua một đƣờng nhánh (drop-line) để đến đƣờng trục (Trunk-line).. 
Mạch vịng khơng tích cực

Đƣờng truyền đƣợc khép kín và các trạm có vai trò là ngang nhau.
Ƣu điểm:

- Mỗi nút đồng thời có thể là một bộ khuếch đại, do vậy số trạm trong mạng có thể tăng
lên rất lớn. mỗi trạm có khả năng vừa nhận vừa phát tín hiệu cùng một lúc. Bởi mỗi
thành viên ngăn cách mạch vịng ra làm hai phần và tín hiệu đƣợc truyền theo một chiều
- Biện pháp tránh xung đột đƣờng truyền đƣợc thực hiện đơn giản.

Với kiểu mạch vịng khơng có điều khiển trung tâm, các trạm đều bình đẳng nhƣ nhau trong
nhận và phát tín hiệu. Việc kiểm soát đƣờng dẫn do các trạm tự phân chia.

Với kiểu có điều khiển trung tâm, một trạm chủ sẽ đảm nhiệm vai trị kiểm sốt việc truy
nhập đƣờng dẫn.

Cấu trúc mạch vòng thực chất là dựa trên liên kết điểm – điểm nên thích hợp trong việc sử
dụng các phƣơng tiện truyền dẫn hiện đại nhƣ cáp quang…

Cấu trúc hình sao

Cấu trúc hình sao là một cấu trúc mạng
có một trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả
các nút khác. Nút này sẽ điều khiển hoạt
động truyền thơng của tồn mạng. các thành
viên khác đƣợc kết nối gián tiếp qua trạm
trung tâm. Do đó nếu trạm trung tâm bị hỏng

thì sẽ làm tê liệt tồn bộ hệ thớng. Hình 2.9. Cấu trúc hình sao 
Cấu trúc này ít đƣợc sử dụng trong mạng truyền thông công nghiệp.

2.3.3. Kiến trúc giao thức

Để có thể giao tiếp đƣợc với nhau thì các đối tác phải sử dụng chung một ngôn ngữ. trong
kỹ thuật truyền thông, bên cung cấp dịch vụ cũng nhƣ bên sử dụng dịch vụ đều phải tuân thủ
theo các quy tắc, thủ tục cho việc giao tiếp, gọi là giao thức.

Một quy chuẩn giao thức gồm các thành phần sau:

- Cú pháp (syntax): Quy định về cấu trúc bức điện, gói dữ liệu dùng khi trao đổi, trong đó

có phần thơng tin hữu ích (dữ liệu) và các thông tin bổ trợ nhƣ: địa chỉ, thông tin điều
khiển, thông tin kiểm lỗi…

- Ngữ nghĩa (semantic): Quy định ý nghĩa cụ thể của tầng phần trong một bức điện, nhƣ 
phƣơng pháp định địa chỉ, phƣơng pháp bảo toàn dữ liệu, xử lý lỗi…

- Định thời (Timing): Quy định về trình tự, thủ tục giao tiếp, chế độ truyền (đồng bộ hay 
không đồng bộ), tốc độ truyền thông…

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

17
- Giao thức cấp cao gần với ngƣời thực hiện và thƣờng đƣợc xử lý bằng phần mềm.

- Giao thức cấp thấp gần với phần cứng và đƣợc thực hiện trực tiếp bởi các mạch điện tử. 
Các giao thức cấp thấp thƣờng đƣợc dùng là HDLC (High level Data – Link Control) và
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter):

Giao thức UART là một mạch điện tử đƣợc sử dụng rất rộng rãi cho việc truyền bit nối tiếp

cũng nhƣ chuyển đổi song song/nối tiếp giữa đƣờng truyền và bus máy tính.
Khung truyền có dạng nhƣ sau:

- Bít khởi đầu (start bit): bao giờ cũng là bit 0 và bít kết thúc (stop bit) bao giờ cũng là 1. 
Các bit đƣợc truyền đi theo thứ tự từ bit thấp tới bit cao, giá trị của bit chẵn lẻ P phụ
thuộc vào cách chọn:

+ Nếu chọn parity chẵn, thì p = 0 khi tổng số bit 1 là chẵn. 
+ Nếu chọn parity lẻ, p = 0 khi tổng số bit 1 là lẻ.

Đây là phƣơng thức truyền không đồng bộ, do đó bên nhận và bên gửi phải tự chỉnh nhịp của
mình để đồng bộ với đối tác.

2.3.4. Mơ hình lớp

Để thực hiện một dịch vụ truyền thông, mỗi bức điện đƣợc xử lý qua nhiều lớp trên cơ sở
các giao thức quy định, gọi là xử lý giao thức theo mơ hình lớp. Mỗi lớp ở đây có thể thuộc
chức năng của phần cứng hoặc phần mềm. Càng ở lớp cao hơn thì phần mềm càng đóng vai
trò quan trọng, trong khi việc xử lý giao thức ở các lớp dƣới thƣờng đƣợc các vi mạch điện tử
trực tiếp thực hiện.

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

18
Hình 2.10 minh họa q trình thơng tin đƣợc gửi đi từ bên gửi, qua mỗi lớp từ trên xuống
dƣới, một số thông tin bổ trợ lại đƣợc gắn thêm vào phần dữ liệu do lớp trên đƣa xuống, gọi là

đầu giao thức. Bên cạnh đó thông tin cần đƣợc truyền đi có thể đƣợc chia thành nhiều bức

điện có đánh số thứ tự, hoặc một bức điện có thể tổng hợp nhiều nguồn thơng tin khác nhau.
Hoặc ta có thể dùng các khái niệm “đóng gói dữ liệu” hay tạo khung để chỉ các thao tác này.

Quá trình ngƣợc lại sẽ diễn ra bên nhận thông tin. Các phần header sẽ đƣợc các lớp tƣơng
ứng đọc, phân tích và tách ra trƣớc khi gửi tiếp lên lớp trên. Các bức điện mang một nguồn
thông tin sẽ đƣợc tổng hợp lại. Hoặc một bức điện mang nhiều nguồn thông tin khác nhau sẽ
đƣợc phân chia tƣơng ứng. Đến lớp trên cùng thông tin nguồn đƣợc tái tạo.

2.4.TRUY NHẬP BUS

2.4.1. Phân loại

Phân loại truy nhập bus thành nhóm các phƣơng pháp tiền định và nhóm các phƣơng pháp
ngẫu nhiên. Với các phƣơng pháp tiền định, trình tự truy nhập bus đƣợc xác định rõ ràng. Việc

truy nhập bus đƣợc kiểm soát chặt chẽ theo cách tập trung ở một trạm chủ (Master/Slave –
chủ/ tớ) theo sự quy định trƣớc về thời gian (phƣơng pháp TDMA) hoặc phân tán bởi các
thành viên (phƣơng pháp token passing). Nếu mỗi hoạt động truyền thông đƣợc hạn chế bởi
một khoảng thời gian hoặc một độ dài dữ liệu nhất định, thì thời gian đáp ứng tối đa cũng nhƣ
chu kỳ bus có thể tính tốn đƣợc các hệ thống này vì thế đƣợc gọi là có tính năng thời gian
thực.

Hình 2.11. Phân loại các phƣơng pháp truy nhập bus

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

2.4.2. Chủ tới ( Master/Slave)

Trong phƣơng pháp chủ/tớ, một trạm chủ (master) có trách nhiệm chủ động phân chia
quyền truy nhập bus cho các trạm tớ (slave). Các trạm tớ đóng vai trò bị động, chỉ có quyền
truy nhập bus và gửi tín hiệu đi khi u cầu. Trạm chủ có thể dùng phƣơng pháp hỏi tuần tự
(polling) theo chu kỳ để kiểm sốt tồn bộ hoạt động giao tiếp của cả hệ thống. Nhờ vậy, các
trạm tớ có thể gửi các dữ liệu thu thập từ quá trình kỹ thuật tới trạm chủ cũng nhƣ nhận các
thông tin từ trạm chủ.

Hình 2.12. Phƣơng pháp chủ tớ

Trong một số hệ thống, thậm chí các hệ thống khơng có quyền giao tiếp trực tiếp với nhau,
khi cần trao đổi bắt buộc phải qua trạm chủ. Trình tự đƣợc tham gia giao tiếp, hay trình tự
đƣợc hỏi của các trạm tớ có thể do ngƣời sử dụng quy định trƣớc (tiền định) bằng các cơng cụ
tạo lập cấu hình. Trong trƣờng hợp chỉ có một trạm chủ duy nhất thời gian cần cho trạm chủ
hoàn thành việc hỏi tuần tự một vòng cũng chính là thời gian tối thiểu của chu kỳ bus. Do vậy,
chu kỳ bus có thể tính tốn đƣợc một cách tƣơng đối chắc chắn. Đây chính là một trong những
yếu tố thể hiện tính năng thời gian thực của hệ thống.

Phƣơng pháp chủ tớ có một ƣu điểm là việc kết nối các trạm tớ đơn giản, đỡ tốn kém bởi gần

nhƣ toàn bộ “trí tuệ” tập trung ở trạm chủ. Một trạm chủ thƣờng lại là một thiết bị điều khiển,
vì vậy việc tích hợp thêm chức năng xử lý truyền thông là điều không khó.

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là hiệu suất truyền thông thấp do dữ liệu phải đi qua
khâu trung gian là trạm chủ.

Một nhƣợc điểm nữa của phƣơng pháp này là độ tin cậy của hệ thống truyền thơng dựa
hồn tồn vào một trạm chủ duy nhất. Do đó, nếu trạm chủ có lỗi thì tồn bộ hệ thống truyền
thơng bị tê liệt.

</div>