Các phương pháp đa truy nhập

4.3: các phương pháp đa truy nhập Người thực hiện: Nguyễn Đức Hiếu Lớp :ĐT2-K48 4.3: các phương pháp đa truy nhập Trong thông tin di động, cần phải điều tiết càng nhiều người sử dụng càng tốt trên các nguồn tần số giới hạn Trong mạng thông tin, để tiết kiệm tài nguyên ,người ta thường sử dụng phương pháp để nhiều thuê bao cùng sử dụng chung một kênh truyền,việc nhiều thuê bao cùng sử dụng chung kênh truyền người ta gọi là đa truy nhập hiện nay có rất nhiều phương pháp đa truy nhập như TDMA,FDMA,CDMA,CSMA,ALOHA 4.3.1: TDMA(time division multiple access) là phương pháp đa truy nhập phânchia theo thời gian Người sử dụng dùng chung một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng nhỏ(gọi là các khe thời gian_TS_time slot) một kênh thông tin sẽ chiếm toàn bộ dải thông W của đường truyền trong một khoảng thời gian nhất định trên tổng số thời gian cuộc gọi được thực hiện và lặp lại theo chu kỳ nhất định. 4.3.1: TDMA(time division multiple access) Có 2 phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian cơ bản : -ghép xen bit(bit -by- bit): lấy tất cả các bit cùng tên của các kênh nhánh ghép lại với nhau thành một nhóm. tốc độ bit mỗi kênh nhánh là v = 8b/T­f ,ghép 4 kênh nhánh lại thành một kênh duy nhất thì tốc độ bit sẽ là v’ = 32b/Tf ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc khung độc lập,dung lượng bộ nhớ yêu cầu thấp,tuy nhiên bên thu sẽ tách kênh phức tạp và chậm . -ghép xen byte/ghép từ (word-by-word):dòng số đầu ra của bộ ghép kênh sẽ gồm một chuỗi các từ mã của các kênh nhánh được sắp xếp liên tiếp. đặc điểm : dung lượng bộ nhớ yêu cầu cao,và bên thu phải đồng bộ chính xác. 4.3.1: TDMA(time division multiple access) Một loại hình ứng dụng TDMA phổ biến nhất là hệ thống GSM trong thông tin di động GSM là một hệ thống thông tin số của Châu Âu sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian sao cho tạo nên được sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin điều khiển. Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ BS đến máy di động. 4.3.1: TDMA(time division multiple access)Cấu trúc khung TDMA 4.3.2:FDMA(frequency division multiple access) là phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số các kênh thông tin được sắp xếp liên tiếp nhau trên dải tần thông tần của đường truyền. tín hiệu nguyên thuỷ phải được điều chế để chuyển lên băng tần cao hơn nhờ các sóng mang phụ(subcarrier) 4.3.2:FDMA(frequency division multiple access) sau quá trình điều chế,phổ tần của tín hiệu lúc này bao gồm hai băng ở hai bên tần số sóng mang phụ fc - băng dưới LSB(lower sideband) - băng trên USB(upper sideband). Tín hiệu bao gồm cả hai băng này gọi là tín hiệu đa biên DSB(double sideband).Trong tín hiệu này: 4.3.2:FDMA(frequency division multiple access) Có sóng mang phụ fc là thành phần một chiều,không chứa thông tin nhưng lại chiếm hơn 60% năng lượng phổ. Hai băng LSB và USB chứa thông tin giống hệt nhau và chiểm 30% năng lượng phổ. 4.3.2:FDMA(frequency division multiple access) nếu ta truyền cả hai băng thi băng thông cần thiết phải tăng gấp 2 lần trong đó có một băng không cần thiết, do đó dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng. để giải quyết vấn đề này người ta đưa ra các phương án giải quyết như sau: bỏ thành phần một chiều fc và truyền cả hai băng LSB và USB( kỹ thuật DSB không song mang) bỏ thành phần một chiều fc và truyền tải một băng,thông thường người ta truyền băng dưới(kỹ thuật SSB không sóng mang ) phát đơn băng (LSB hoặc USB )kèm sóng mang VSB(vestigial sideband ) 4.3.2:FDMA(frequency division multiple access) Ưu điểm : không cần đồng bộ Nhược điểm : băng tần giới hạn do đó số kênh ghép bị hạn chế Tốn kém nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận, đồng thời cũng không thể tránh khỏi các loại nhiễu khác như nhiễu xuyên âm,và bị ảnh hưởng của các tập âm do dây truyền tải thường làm bằng bằng dây trần. 4.3.3:CDMA(code division multiple access) 4.3.3:CDMA(code division multiple access) CDMA viết đầy đủ là Code Division Multiple Access nghĩa là Đa truy nhập (đa người dùng) phân chia theo mã thuê bao của mạng CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã giả ngẫu nhiên PN(Pseudo Noise) Mã giả ngẫu nhiên:là loại tín hiệu mang tính chất của tín hiệu ngẫu nhiên nhưng hoàn toàn xác định để có thể tái tạo lại ở phía thu nên người ta gọi là mã giả ngẫu nhiên. 4.3.3:CDMA(code division multiple access) Mã giả ngẫu nhiên có các tính chất sau: Tính cân bằng (balance): số bit 0 và 1 trong mã giả ngẫu nhiên chỉ khác nhau là 1 - tính tương quan:hiệu số giữa các bit giống nhau và các bit khác nhau ở chuỗi giả ngẫu nhiên PN với chính nó quay đi 1 đơn vị không quá 1.  dễ dàng thu lại ở phía thu 4.3.3:CDMA(code division multiple access) Ưu điểm: Tính bảo mật cao Ghép được nhiều kênh Dung lượng lớn Giảm hiện tượng nghẽn mạng hiệu quả Nhược điểm: Tốn kém Vẫn còn nhiễu giữa các kênh trong cùng 1 tế bào và các tế bào lân cận. Nguyên lý của hệ thống CDMA 4.3.4: CSMA (carrier sense multiple access) Là phương pháp đa truy nhập cảm nhận sóng mang carrier sense multiple access Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm , hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng , không có một trạm điều khiển trung tâm.Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung còn gọi là đuờng trung gian. Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi , từng bit một , qua đường trung gian tới tất cả các trạm thành viên. Để gửi dữ liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh có rỗi không , nếu rỗi thì mới gửi đi các gói (data). 4.3.4: CSMA (carrier sense multiple access) Cơ hội để tham gia vào truyền là bằng nhau đối với mỗi trạm . không có sự ưu tiên . Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết dịnh bởi nhóm điều khiển truy nhập trung gian ( Medium Access Control-MAC) được đặt trong mỗi trạm . MAC thực thi dựa trên cơ sở sự phát hiện va chạm sóng mang ( CSMA/CD). 4.3.4: CSMA (carrier sense multiple access) Thuật toán của truy nhập CSMA/CD(CSMA with colloise detect) các adaptor sẽ nhận gói dữ liệu từ tầng trọng lượng và tạo thành các khung (frame) nếu các adaptor cảm nhận kênh rỗi thì nó sẽ bắt đầu truyền khung,nếu nó cảm nhận được kênh truyền đang bận thì nó sẽ đợi đến khi nào kênh rỗi nó sẽ gửi. Nếu các adaptor dò thấy có sự truyền nào khác thì quá trình truyền của nó sẽ bị dừng lại và gửi đi một tín hiệu giao thông (jam signal) sau khi dừng phát thì adaptor sẽ tuân theo hàm mũ backoff(exponential backoff): sau va chạm thứ m ,adaptor sẽ chọn một số k bất kỳ từ tập hợp {0,1,2…2m-1},các adaptor sẽ đợi trong khoảng k*512 thời gian bit (bit time)và quay trở lại bước 2. 4.3.4: CSMA (carrier sense multiple access) Jam signal: là tín hiệu giao thông có nhiệm vụ thông báo cho các máy phát khác nhận thấy có sự va chạm Bit time : 1 µs ứng với 10 Mbps trong Ethernet. Vd: nếu k=1023 thì thời gian chờ của các adaptor sẽ là 50 ms. Exponential backoff: mục tiêu: sự truyền lại sẽ được cố gắng ước lượng tuỳ thuộc vào dòng tải(current load). nếu dòng tải nặng (heavy load):thời gian chờ ngẫu nhiên sẽ dải hơn. Sau va chạm thứ nhất: chọn k trong tập {0,1} và chờ trong khoảng thời gian k*512 thời gian truyền bit Sau va chạm thứ hai: chon k trong tập {0,1,2,3} … 4.3.4: CSMA (carrier sense multiple access) Hiệu suất(efficiency) của CSMA/CD: Chu kỳ truyền(Tprop): sự truyền cực đại giữa 2 nút trong mạng thời gian truyền(ttrans): thời gian truyền khung với kích thước cực đại. hiệu suất sẽ tiến dần đến 1 khi tprop tiến dần đến 0 hoặc ttrans không xác định. Hiệu suất của phương thức truy nhập này tốt hơn so với ALOHA tuy nhiên vẫn còn phân tán,đơn giản và giá rẻ. 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA Là một giao thức đa truy nhập trong mạng máy tính. Có 2 phương thức truy nhập ALOHA slotted ALOHA: giả định: tất cả các khung có kích thước bằng nhau thời gian truyền một khung được chia nhỏ thành các khe Các nút truyền một khung luôn luôn bắt đầu truyền từ khe thứ 1 Các nút được đồng bộ với nhau. nếu 2 nút hay nhiều hơn truyền cùng một khe thì tất cả các nút khác sẽ dò thấy va chạm. 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA Hoạt động: Các nút sẽ gửi đi khe tiếp theo nếu nó nhận được một khung mới. nếu không có va chạm thì nó sẽ gửi đi khung mới bắt đầu từ slot tiếp theo. Nếu có va chạm thì nó sẽ phát lại khung tại thời điểm slot tiếp theo với xác suất cho trước tới khi thành công thì thôi/ Dưới đây là hoạt động của 3 nút theo phương thức slotted ALOHA 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA Ưu điểm Các nút hoạt động có thể sử dụng toàn bộ tốc độ kênh truyền Tính phân bố cao: chỉ có các khe mới cần đồng bộ với nhau đơn giản Nhược điểm: dễ gây va chạm,phí phạm các khe thời gian các nút cần phải dò va chạm trong khoảng thời gian it truyền dữ liệu phải có xung đồng bộ 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA Hiệu suất của phương thức: giả sử N nodes với nhiều khung được gửi đi, mỗi lần truyền một slot với xác suất p xác suất thành công 1 slot/node = p(1-p)N-1 xác suất tất cả các nút truyền thành công: Np(1-p)N-1 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA Pure(unslotted) ALOHA: Là phương thức đơn giản hơn slotted ALOHA,không cần đồng bộ Khi một khung đầu tiên đến thì sẽ ngay lập tức truyền khung tiếp theo. Khi có va chạm sẽ huỷ frame,và sẽ truyền lại frame đó trong trong một dịp random. 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA 4.3.5: phương thức đa truy nhập ALOHA frame gửi tại thời điểm t0-1 sẽ va chạm với frame gửi trong khoảng (t0-1,t0+1)  phương thức này sẽ tăng xác suất va chạm. Hiệu suất thấp. Xin chân thành cảm ơn!