Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
Tiểu luận môn học
HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP
ĐỀ TÀI: “Các nguyên lý cơ bản của các giao thức mức thấp cho truyền dữ
liệu trong mạng truyền thông công nghiệp”.

Nhóm thực : Nhóm 20

Hà Nội, tháng 12/2011
1
Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Văn Khang
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 20
*****
ĐỀ TÀI: Các nguyên lý cơ bản của các giao thức mức thấp cho truyền dữ liệu
trong mạng truyền thông công nghiệp”.
STT Họ tên MSHV Nhiệm vụ các thành viên
1 Mai Thủy Anh CB110807  Trong quá trình làm việc, cả
nhóm đã cùng nhau thảo luận,
dịch và đóng góp ý kiến cho tất
cả các nội dung để hoàn thiện
bài báo cáo.
 Với mục tiêu tất cả các thành
viên đều phải nắm được 100%
nội dung nên về cơ bản, tất cả
các nội dung trong báo cáo đều
có sự tham gia của tất cả các
thành viên.
2 Phạm Lê Minh CB110881

(end-to-end) thông qua nhiều trạm trung gian.
Do các lớp thấp truyền qua kênh vật lý nên bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi đặc
tính vật lý của kênh (như băng thông, lỗi kênh ) , điều đó ảnh hưởng đến thiết
kế của chúng. Điều quan trọng của các lớp thấp đối với các hệ thống thông tin
công nghiệp phải đảm bảo thời gian thực ngặt nghèo và độ tin cậy: nếu các lớp
thấp không bảo đảm truyền thành công một gói/ khung trong một khoảng thời
gian nhất định, thì ở các lớp trên không thể bù lại được bằng bất kỳ cách nào.
Do đó nhiều kỹ thuật đã được phát triển để thực hiện các bảo đảm này và khắc
phục những thuộc tính kênh vật lý xấu như các lỗi truyền dẫn.
Hầu hết trong các mạng thông tin công nghiệp, truyền dẫn dựa trên truyền
gói, tức là dữ liệu được phân đoạn thành một số gói riêng biệt và các gói này
được truyền qua kênh. Do đó chúng ta sẽ quan tâm đến các vấn đề sau đây:
Khi nào ta truyền một gói tin? Nếu có nhiều trạm, cùng 1 lúc muốn truyền
tải gói dữ liệu của họ trên cùng một kênh truyền, do đó, cần có 1 giải pháp chia
sẻ kênh truyền cho từng trạm, nhằm đảm bảo các kênh đều có thể truyền dữ
liệu. Vấn đề này được giải quyết bằng cách ứng dụng giao thức điều khiển truy
nhập MAC.
Vậy làm thế nào để khắc phục sự cố khi có các lỗi trên kênh truyền? Đây là
lý do tại sao ta cần có cơ chế kiểm soát lỗi.
Gói tin nào được truyền đi tiếp theo? Đây là vấn đề của việc lập kế hoạch gói
tin.
Làm thế nào để đảm bảo an toàn khi người nhận phải nhận quá nhiều luồng
dữ liệu từ máy phát? Đây là vấn đề của việc kiểm soát luồng.
Sau đây, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu một số vấn đề cơ bản nhất.
2. Tạo khung và đồng bộ
Vấn đề đồng bộ liên quan đến việc truyền các đơn vị thông tin (gói,
khung) giữa một thực thể gửi và và một thực thể nhận. Trong các hệ thống máy
4
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
tính, thông tin thường được lưu và xử lý ở dạng số nhị phân (bit). Một gói được

minh họa điều này.
Đối với các dòng bít thông tin dài hơn, cần đồng bộ clock thu một cách
liên tục. Vòng khóa pha số (DPLL) là một mạch điện mà nó điều khiển một
5
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
clock nội bộ và điều chỉnh nó theo clock thu được là clock được trích ra từ tín
hiệu đến. Để khôi phục clock từ tín hiệu, thì các thay đổi mức tín hiệu đủ
thường xuyên là cần thiết. Mặt khác, nếu đường dây xuất hiện mức tín hiệu
giống nhau trong một thời gian dài (như có thể xảy ra đối với phương pháp mã
hóa NRZ, ở đây các bit được ánh xạ trực tiếp thành các mức điện áp), thì clock
thu có thể trôi khỏi clock truyền. Mã hóa Manchester (hình 1) đảm bảo rằng có
ít nhất một sự thay đổi tín hiện trên một bit. Mỗi mức logic 1 được biểu diễn bởi
một sự thay đổi tín hiệu từ 1 về 0, còn một mức logic 0 thì ngược lại được biểu
diễn bởi sự thay đổi tín hiệu từ 0 về 1. Clock bên trong của DPLL lấy mầu tín
hiệu vào với một tần số cao hơn nhiều, ví dụ như là, 16 lần trên bit. Đối với một
bit logic “0” đến đúng lúc, thì DPLL thu một mẫu 0000000011111111. Nếu sự
chuyển đổi giữa các mẫu “0” và “1” không ở chính giữa của bit, thay vào đó là
ở bên phải hoặc bên trái của nó, thì clock nội bộ phải được điều chỉnh lại cho
chạy nhanh hơn hoặc chậm đi một cách lần lượt. Trong IEEE 802.3, thì các bit
được mã hóa theo kiểu Manchester. Để cho phép một DPLL của phần thu đồng
bộ với luồng bit thu được, thì một mào đầu dài 64 bit sẽ được truyền ở đầu mỗi
khung. Mào đầu nay gồm các bit “0” và “1” luân phiên tạo ra một sóng vuông
5MHz. Điểm kết thúc của mào đầu và bắt đầu của một khung dữ liệu được đánh
dấu bằng 2 bit 1 liên tiếp.
Hình 1: Mã NRZ, mã Manchester và Manchester vi sai
6
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
Hình 2: DIN 12945 Profibus: ký tự và các định dạng khung
2.2. Đồng bộ khung
Phía thu cần biết đươc thông thu được là trọn vẹn và chính xác hay chưa.

là một chuỗi bit bất kỳ, có thể giống với chuỗi bít cờ. Để tránh sự hiểu sai một
mẩu dữ liệu truyền đi như là điểm kết thúc của một khung , thì bến gửi phải
đảm bảo rằng nó chỉ gửi mẫu cờ nếu nó thực sự là một cờ. Bất kỳ một dữ liệu
nào giống với cờ phải được biến đổi theo một cách thuận lợi để phía thu khôi
phục được dữ liệu gốc. Điều này có thể thực hiện bằng cách sử dụng các kỹ
thuật chèn bit hoặc byte.
Kỹ thuật chèn bit trong điều khiển liên kết dữ liệu mức cao (HDLC) có
nghĩa là phía gửi sẽ chèn các bit 0 sau 5 bit 1 liên tiếp. Phía nhận sẽ kiểm tra
nếu bit thứ 6, sau bit thứ 5 là một bit 0 hay bit 1. Nếu phát hiện bit 0, hệ thống
sẽ loại bỏ bit này khỏi dãy dãy. Ngược lại, nếu phát hiện bit 1, nó có thể chắc
chắn rằng đây chính là ranh giới khung. Tuy nhiên, vẫn có thể xảy ra lỗi truyền
dẫn khi sửa đổi chuỗi dữ liệu 01111100 thành 01111110,sẽ tạo ra một cờ khởi
tạo. Do đó, cơ chế bổ xung các khoảng trống thời gian sẽ giúp loại bỏ các bit
tiếp theo và phát hiện sự kết thúc của khung. Kĩ thuật chèn bit nhằm tránh các
bit cờ trên khung dữ liệu.
Kĩ thuật chèn byte như giao thức Point to Point ( PPP) cũng sử dụng các
bit cờ, nhưng dựa vào phương thức truyền một byte định hướng. Khi này, các
cờ được xem như các giá trị hexa 0X7E. Mỗi lần xuất hiện của các bit cờ sẽ
được thay thế bởi 2 kí tự, 0x7D 0x5D. Bằng cách này, các bit cờ mất đi, nhưng
nếu trong chuỗi dữ liệu người dùng có chứ 0x7D (còn gọi là kí tự Escape) thì nó
cũng bị thay thế. Phía nhận sau khi phát hiện mất các kí tự khỏi dòng byte, nó sẽ
loại bỏ byte này và tiến hành thuật toán XOR của 0x20 với các byte kế tiếp để
phục hồi chuỗi dữ liệu gốc.
8
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
Trong cả hai trường hợp, nếu dữ liệu truyền đi nhiều thì không cần đến
việc sử dụng kĩ thuật chèn bit hay byte, lúc này để giải quyết bài toán đồng bộ
khung, số lượng các bit thêm vào đầu phải được tách rời với luồng bit dữ liệu
truyền đi. Một cách sử dụng không hợp lý có thể làm tăng mức độ ảnh hưởng
lên gấp đôi tốc độ bit (chèn byte) hoặc làm tăng khoảng 20% (chèn bit) bằng

cho các kết nối trong phạm vi nhỏ, số lượng người dùng ít, tạo kết nối để người
dùng có thể giao tiếp với nhau trong mạng.
Với mô hình tham chiếu OSI, lớp MAC không tạo thành một lớp giao
thức riêng. Nhưng nó là một lớp con của lớp vật lý hoặc lớp liên kết dữ liệu.
Tuy vây, trong tài liệu này, chúng ta sẽ coi MAC như là một lớp vì nó có một
nhiệm vụ riêng. Tầm quan trọng của lớp MAC được phản ánh bởi một thực tế là
rất nhiều chuẩn giao thức MAC tồn tại, ví dụ, các chuẩn IEEE 802.x. Nhiệm vụ
cơ nhất của nó là để xác định cho mỗi trạm đã gắn với một môi trường truyền
quảng bá chung là khi nào được phép truy cập để gửi khung dữ liệu hoặc khung
điều khiển cho nó.
Hoạt động và cách ứng xử của một giao thức MAC bị ảnh hưởng nhiều
bởi các thuộc tính của lớp vật lý cơ sở và mục đích thiết kế. Đặc biệt là đối với
thông tin đòi hỏi thời gian thực, thì lớp MAC là một thành phần then chốt: nếu
trễ trên lớp MAC không bị giới hạn một cách chặt chẽ, thì các lớp trên không
thể bù lại được. Nhiều giao thức MAC đã được phát triển trong 3 thập kỷ gần
đây. Trong phần này, chúng ta chỉ xét những lớp giao thức quan trong cho các
ứng dụng công nghiệp, đã triển khai ở một vài nhà máy hoặc như các giao thức
độc lập hoặc như các giao thức phức tạp hơn trong các tòa nhà.
3.1. Các yêu cầu và chất lượng phục vụ
Có một số yêu cầu đối với các giao thức MAC, một số trong chúng dành
riêng cho các ứng dụng công nghiệp với yêu cầu về độ tin cậy và thời gian thực
chặt chẽ.
Có 2 thước đo trễ chủ yếu là: trễ truy cập và trễ truyền dẫn. trễ truy cập là
khoảng thời gian giữa thời điểm đến của một khung so với thời điểm bắt đầu
truyên khung đó. Thời gian này bị ảnh hưởng bởi phần mào đầu hoạt động của
chính bản thân MAC, như các xung đột, các khung điều khiển MAC, phản hồi
và thời gian chờ. . . Trễ truyền dẫn biểu thị khoảng thời gian giữa thời điểm
khung đến với thời điểm nhận thành công của nó ở máy. Đối với các ứng dụng
công nghiệp với các yêu cầu thời gian thực ngặt nghèo, cả 2 loại trễ này nhất
thiết phải được giới hạn trên.

3.2. Các nhân tố thiết kế
Các nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến thiết kế các giao thức MAC
là các thuộc tính cũng như cấu trúc (topo) của phương tiện truyền và các phản
hồi từ phương tiện truyền có thể có.
Chúng ta có thể phân một cách tương đối thành phương tiện truyền dùng
dây dẫn và phương tiện không dây. Ở phương tiên truyền dùng dây dẫn, thì tín
hiệu xuất phát ra từ các truyền dẫn khung truyền đi bên trong các rang giới địa
lý xác đinh, chủ yếu là bên trong cáp đồng và cáp quang. Nếu môi trường truyền
được bảo vệ một cách thích hợp, thì 2 cáp có thể đặt gần nhau mà không có
nhiễu lẫn nhau do tín hiệu đã bị suy yếu. Ngược lại, ở các phương tiện truyền
11
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
không dây, thì việc truyền sóng có thể thấy được trên toàn bộ vùng lân cận, và
các truyền dẫn có thể bị thu ở bất kỳ điểm nào đủ gần để truyền. Do đó 2 mạng
khác nhau chồng lấn trong cùng vùng địa lý có thể tác động lẫn nhau.
Mạng phương tiện truyền dùng dây dẫn có thể có số mô hình. Trong một
mô hình dạng vòng (hình 3), mỗi trạm có một liên kết điểm-điểm tới 2 trạm lân
cận, như thế các trạm tạo thành một vòng. Trong một mô hình dạng tuyến “bus”
như ở hình 4 , các trạm được kết nối tời một bus chung và tất cả các trạm đều
thấy các tín hiệu giống nhau. Vì thế bus là một phương tiện quản bá. Trong cấu
hình dạng sao (hình 5), tất cả các trạm chỉ có một kết nối tới một thiết bị trung
tâm, bộ nối hình sao, thiết bị này lặp lại và có thể khuếch đại các tín hiệu đến từ
một đường tới tất cả các đường khác. Một mạng với cấu hình dạng sao cũng
cung cấp một phương tiện quảng bá, ở đó mỗi trạm có thể nghe thấy tất cả các
truyền dẫn. Khi sử dụng phương tiện truyền dẫn không dây, khoảng cách giữa
các trạm có thể quá rộng để cho phép tất cả các trạm thu đươc tất cả các truyền
dẫn. Do vậy, mạng này thường chỉ được kết nối một phần hoặc có cấu trúc
mạng lưới một phần. như hình 6.
Hình3: Mô hình dạng vòng
12

Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
thời gian được chia thành các khe thời gian kích thước cố đinh. Ở Slotted
ALOHA, các khung vừa đến được gửi tại điểm bắt đầu của khe thời gian tiếp
theo. Ở cả hai trường hợp, phía truyền khởi động một bộ đếm thời gian sau khi
truyền khung. Phía thu phải gửi một khung xác nhận ngay lập tức trong lúc
nhân được một khung dữ liệu thành công. Khi phía phát nhân được xác nhận, nó
dừng bộ đếm và xem khung đó đã truyền thành công. Nếu bộ đếm kết thúc, phía
truyền chọn một cách ngẫu nhiên một khoảng thời gian “backoff time”, để nó
kết thúc trước khi nó thử truyền lại một khung. “backoff time” được chọn ngẫu
nhiên để tránh đồng bộ và xung đột giữa các trạm. Giao thức này có 2 ưu điểm:
nó cực kỳ đơn giản và đưa ra các trễ ngắn, trong trường hợp lượng tải của mạng
thấp. Tuy vậy, giao thức không hỗ trợ quyền ưu tiên và với việc tăng lên của tải
mạng thì tỉ lệ xung đột sẽ tăng và trễ truyền dẫn cũng lớn lên. Ngoài ra,
ALOHA không ổn định: vượt qua một lượng tải ngưỡng nào đó, một sự tăng ở
lượng tải tổng thể dẫn đến một sự giảm ở thông lượng tổng thể. Thông lượng
chuẩn hóa lớn nhất của ALOHA là 1/2e ~ 18,4% đối với các tiếp nhận với phân
bố Poisson và một số lượng không hạn chế các trạm. Thông lượng lớn nhất có
thể gấp đôi Slotted ALOHA. Tham số then chốt trong ALOHA là “backoff
time”, nó chủ yếu được chọn từ một khoảng thời gian nào đó (backoff
window). Một xung đột có thể được hiểu như là một dấu hiệu của tắc nghẽn.
Nếu sau backoff time xung đột khác lại xuất hiện, thì backoff tiếp theo sẽ được
chọn từ một của sổ backoff rộng hơn để giảm sức ép trên kênh. Một quy tắc để
mở rộng backoff windowlà “truncated binary exponential backoff scheme”, ở
đây kích thước cửa sổ gấp đôi sau mỗi xung đột, đến một ngưỡng nào đó, mà
sau đó cửa sổ giữ cố định. Sau khi truyền thành công cửa sổ sẽ được phục hổi
về giá trị ban đầu.
- Các giao thức đa truy câp cảm nhận sóng mang CSMA
Trong đa truy cập cảm nhận sóng mang (CSMA), các trạm hành xử cẩn
thận hơn trong ALOHA: trước khi truyền một khung chúng lắng nghe môi
trường truyền (cảm nhận sóng mang) để xem nó bận hay rỗi. Nếu môi trường

cách lớn nhất giữa các trạm. Còn như các giao thức trong ALOHA, trong
ALOHA nguyên thủy để nhận biết các xung đột cần các khung phúc đap.
Mặc dù thông lượng các giao thức CSMA cơ sở lớn hơn nhiệu so với
ALOHA (các truyền dẫn đang diễn ra có thể được hoàn thành mà không bị ảnh
hưởng), nhưng số lượng các va chạm và khoảng thời gian của chúng hạn chế
thông lượng. Các kỹ thuật nhận biết và tránh va chạm có thể được sử dụng để
giảm bớt vấn đề này.
Đặc biết đối với phương tiện không dây, nhiệm vụ cảm nhận sóng mang
có nhiều vấn đề, bởi nó là bên truyền cảm nhận môi trường truyền để biết trạng
thái phương tiện truyền tại phía thu mong muốn (xung đột chỉ quan trọng tại
máy thu). Tuy vậy, bởi vì tổn hao đường truyền nên tín hiệu bị suy giảm khi
khoảng cách tăng. Nếu một cường độ tín hiệu nhỏ nhất được yêu cầu, thì vấn đề
đầu cuối bị ẩn đi “hidden terminal problem” sẽ xuất hiện (hình 7): quan sát 3
trạm A,B, C với bán kính truyền dẫn được xác đinh bởi các đường tròn. Trạm
A, C ở trong vùng phủ sóng của B, nhưng A không nằm trong vùng phủ sóng
của C. Nếu trạm C bắt đầu truyền tới B, thì trạm A không thể nhận biết được
điều này bằng phương pháp cảm nhận sóng mang của nó và xem là môi trường
truyền đang rảnh rỗi. Vì thế, A cũng có thể bắt đầu việc truyền dẫn khung và
một xung đột sẽ xuất hiện ở B.
Đối với phương tiện truyền không dây, có một kịch bản thứ hai nơi cảm
nhận sóng mang dẫn đến dự đoán nhầm về trạng thái kênh tại máy thu: gọi là
kịch bản đầu cuối bị loại ra “exposed terminal scenatio”, vẽ trong hình 8. bốn
16
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
trạm A, B, C và D được đặt thành từng cặp có thể nghe thấy nhau A/B, B/C, và
C/D, còn tất cả các kết hợp khác thì không thể. Coi trường hợp B truyền tới A,
và sau đó một thời gian ngắn C muốn truyền tới D. Trạm C thực hiện việc cảm
nhận sóng mang và nhận thấy môi trường như là đang bận, vì truyền dẫn của B.
Kết quả là, C trì hoãn việc truyền của mình. Mặc dù, C có thể truyền an toàn
khung của nó tới D mà không ảnh hưởng tới A.

thu. Nếu các trạm có thể nhận biết và phá bỏ các xung đột ở trong một thời gian
ngắn hơn thời gian cần để truyền khung dài nhất, thì độ rộng băng nhỏ hơn
không còn. Lớp các giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang có nhận biết
xung đột (CSMA/CD) dưa trên phương thức CSMA cơ bản cùng với một một
khả năng nhận biết xung đột. Nhận biết xung đột được thực hiện bằng cách lắng
nghe lại tín hiệu trên cáp trong khi truyền và so sánh tín hiệu đo được với cái đã
truyền. Nếu các tín hiệu khác nhau, thì một xung đột đã xuất hiện.
Khi một trạm trải qua một xung đột, nó có thể thực hiện một sơ đồ ngắt
để phát lại “backoff scheme”. Sơ đồ này làm việc với thời gian được chia khe, ở
đây một khe thời gian rộng đủ để điều chỉnh thời gian đi-về lớn nhất đảm bảo
rằng tất cả các trạm có trao đổi nhận ra một truyền dẫn đang diễn ra một cách
đáng tin cậy. Như một ví dụ, ở phương pháp IEEE 802.3 CSMA/CD một
backoff scheme bậc hai rút gọn được dùng: sau xung đột đầu tiên một trạm chọn
18
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
để đợi khe 0 hoặc khe 1. Nếu một trạm khác khởi động truyền trong thời gian
đợi, trạm này sẽ trì hoãn. Sau xung đột thứ 2 một trạm chọn để đợi một trong 4
khe từ 0 đến 3, và đối với tất cả xung đột tiếp theo của sổ backoff được tăng gấp
đôi. Sau 10 xung đột của sổ backoff sẽ giữ cố định ở 1024 khe, và sau 16 xung
đột trạm đó sẽ dừng và loại bỏ khung đó.
Sử dụng quyền ưu tiên cho CSMA/CD bằng cách dùng các kích thước
cửa sổ ban đầu khác nhau hoặc các tốc độ mở rộng backoff window khác nhau,
như được thực hiện cho biến thể CSMA sử dụng trong chuẩn LAN không dây
IEEE 802.11
Trong mạng LAN không dây (LAN không dây IEEE 802.11 ), các khung
xác nhận thường xuyên được dùng để cho bên truyền một phản hồi, bởi vì các
máy vô tuyến thu phát không dây không thể truyền và nhận đồng thời. Việc
thiếu một khung phản hồi chỉ ra hoặc là một xung đột hoặc là một lỗi truyền
dẫn. Hơn nữa, hai khung xung đột không cần dẫn đến một tổn thất thông tin
tổng thể: khi cường độ một khung tín hiệu khỏe hơn nhiều cái khác, thì phía thu

R
.
Các giao thức phân phối theo quyền ưu tiên cùng ý tưởng với giao thức
theo cây thích nghi; tuy vậy, chúng không giữ bất kỳ một thông tin có trước nào
cần thiết để đạt được tính công băng. Như với giao thức thức đa truy nhập CAN.
Môi trường truyền bảo đảm rằng các tín hiệu chồng lấn không phá hủy nhau, mà
vẫn có một tín hiệu hợp lệ. Nếu 2 trạm truyền cùng bit, môi trường truyền sẽ
làm làm thích ứng giá trị chung này. Nếu một trạm truyền một bit 0 và trạm
khác truyền một bit 1, môi trường truyền sẽ chọn trạng thái được xem là tốt
nhất, bit 0 chẳng hạn. Giao thức CAN sử dụng một trường ưu tiên với một chiều
dài nào đó ở điểm bắt đầu một khung MAC. Các trạm bị tồn lại đợi cho đến khi
kết thúc một khung đang tiếp diễn và sau đó truyền bit đầu tiên của truờng ưu
tiên. Đồng thời, chúng đọc trả lại trạng thái thiết bị truyền và so sánh nó với bit
gửi đi. Nếu cả hai đồng ý, trạm này sẽ tiếp tục với bit thứ 2 của trường ưu tiên.
Nếu các bit khác nhau, trạm đã mất sự cạnh tranh và phải trì hoãn đến khi kết
thúc khung tiếp theo. Nếu bảo đảm được rằng tất cả các trạm sử dụng các
trường ưu tiên khác nhau, thì sẽ không có xung đột nào xuất hiện. Giao thức này
hỗ trợ các quyền ưu tiên các khung toàn cục theo một cách tự nhiên, và thời
gian truy cập phương tiện truyền dẫn đối với khung có quyền ưu tiên cao nhất bị
giới hạn. Tuy vậy, gán các quyến ưu tiên cho các trạm hoắc các khung là một
vấn đề không đơn giản. Nếu các quyền ưu tiên được gán cố định dựa trên một
cơ sở các trạm, thì giao thức này lại là không công bằng. Nếu tính công bằng
cần đảm bảo, thì các quyền ưu tiên phải thay đổi theo thời gian. Do đó, ở các
ứng dụng CAN, các quyến ưu tiên được gán dựa vào kiểu của thông báo.
- Các giao thức CSMA tránh xung đột
Nếu về kỹ thuật không thể thực hiện nhận biết các xung đột, ta có thể
tránh chúng. Các giao thức thuộc về lớp này được gọi là đa truy cập cảm nhận
sóng mang với việc tránh xung đột (CSMA/CA ). Một lĩnh vực ứng dụng quan
trọng của các giao thức này là mạng LAN không dây, ở chỗ:
(a) các trạm không thể truyền và thu đồng thời trên cùng một kênh, và

Ở các hệ thống đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) các trạm trải các
khung của chúng trên một băng tần rộng hơn nhiều băng tần cần thiết, và dùng
các mã khác nhau để tách các truyền dẫn của chúng. Phía thu phải biết mã được
dùng ở phía phát. Tất cả các truyền dẫn đồng thời sử dụng mã khác được coi
như là tạp âm. Cũng giống như FDMA các trạm có thể truyền các khung đến
ngay lập tức.
Trong các hệ thống đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), thời
gian được chia thành các siêu khung “superframe” chiều dài cố định, mà chúng
được chia lần lượt thành các khe thời gian. Mỗi trạm được gán cho một tập các
khe trong mỗi siêu khung. Trong một khe của nó, một trạm có thể sử dụng toàn
21
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
bộ băng thông của kênh. Các trạm cần được đồng bộ ở các biên của khe; tuy
vậy, giứa các khe có khoảng bảo vệ để bù cho đồng bộ không chính xác. Trong
một cấu hình tập trung, nơi mà tất các các trạm truyền tới một trạm trung tâm,
thì sự đồng bộ không chính xác là do các lượng trễ truyền sóng khác nhau và
các vấn đề xác định khoảng cách chính xác giữa một trạm và trạm trung tâm.
Còn trong các hệ thống đa truy cập phân chia theo không gian (SDMA),
các tài nguyên không gian được chia sẻ giữa các trạm. Trong các hệ thống
không dây nơi mà một trạm trung tâm được trang bị các mảng anten thông
minh, trạm trung tâm có thể tạo một số chùm vết định hướng và hội tụ chúng
vào các trạm. Nếu một Beam phủ 2 trạm hoặc nhiều hơn, thì chúng phải chia sẻ
kênh truyền bằng giao thức khác; nhưng các trạm ở các Beam khác nhau có thể
truyền song song.
Trong tất cả các cấu hình trên, việc cấp phát tài nguyên kênh cho các trạm
có thể là tĩnh hoặc động. Trong trường hợp tĩnh, việc cấp phát có thể được cấu
hình trước hoặc một trạm yêu cầu một tài nguyên từ một hạ tầng quản lý tài
nguyên (có thể là một phần của một tram trung tâm/điểm truy cập). ). Giao thức
kích hoạt theo thời gian là một ví dụ như vậy. Một ví dụ khác là cửa sổ xoay
vòng cấp các khe thời gian được cấu hình từ trước trong giao thức WorldFIP.

- Chiến lược tập trung: giao thức hub-polling và giao thức đặt trước
Một hệ thống hub-polling gồm một trạm trung tâm(hub) và một số các trạm,
mỗi trạm có một hàng đợi cho các yêu cầu hay frame.Trạm hub này thực hiện
hai nhiệm vụ sau:đầu tiên nó truy vấn trạng thái hàng đợi từ các trạm sau đó
phân dải tần cho các trạm theo kết quả truy vấn và theo một chính sách thăm dò
nào đó. Nói chung một truy vấn được công nhận là ít tốn kém hơn là phục vụ
một frame. Để được truy vấn các trạm phải đăng kí với hub. Các chiến lược
thăm dò khác nhau ở trình tự những trạm nào được thăm dò:
• Trong chiến lược xoay vòng “round-robin ”, các trạm được thăm dò lần
lượt trạm này sau trạm khác.
• Trong chiến lược dùng bảng, trạm kế tiếp được xác định từ một bảng
được chỉ rõ từ trước.
• Trong chiến lược thăm dò ngẫu nhiên, trạm kế tiếp được xác định ngẫu
nhiên.
Ngoài ra còn có thể phân chia chiến lược thăm dò theo kiểu hình dịch vụ mà
trạm được thăm dò nhận được:
• Dịch vụ giới hạn k: Các trạm được phục vụ k frame trước khi chuyển đến
trạm kế tiếp.
23
Hệ thống thông tin công nghiệp Nhóm 20
• Dịch vụ giới hạn thời gian: Các trạm có thể truyền frame tính cả việc
truyền lại trong một khoảng thời gian cụ thể.
• Dịch vụ đầy đủ: Một hàng đợi được phục vụ tới khi trống không.
• Dịch vụ khóa: Phục vụ chỉ những frame nào của trạm i mà đã hiện diện
khi bắt đầu dịch vụ cho trạm i.
Ví dụ giao thức chủ-tớ của PROFIBUS có thể xem như là dịch vụ giới hạn
thời gian và dùng bảng( tuy với chủ thay đổi). Trong giao thức BITBUS vai trò
chủ không thay đổi theo thời gian. Một biến thể của giao thức hub-polling là
giao thức thăm dò. Các giao thức này dựa trên nhận xét rằng thăm dò mỗi trạm
riêng rẽ là lãng phí nếu như tải thấp, thay vì vậy hiệu quả hơn là thăm dò một

Trong chiến lược phân tán không có hạ tầng trung tâm kiểm soát, phân
phối tài nguyên hay truy nhập môi trường. Thay vì vậy một frame đặc biệt gọi
là frame thẻ bài được gửi đi giữa các trạm. Trạm nào hiện đang nắm giữ thẻ bài
được quyền truyền tin. Sau một khoảng thời gian nào đó chủ thẻ hiện tại được
yêu cầu chuyển thẻ đến trạm khác nghĩa là gửi đi một frmae thẻ bài. Chiến lược
chuyền thể bài được áp dụng trong các topo dạng vòng( ví dụ Token
Ring,FDDI) hoặc topo dạng cây hay bus( ví dụ Token Bus hoặc PROFIBUS).
Để bảo đảm có một giới hạn trên về độ trễ truy nhập môi trường truyền, IEEE
Token Bus,FDDI hay PROFIBUS sử dụng các biến thể giao thức thẻ bài được
định thời. Trong giao thức này, các trạm thỏa thuận một tham số chung, thời
gian luân phiên thẻ bài đích T
TTRT
. Hơn thế nữa, mỗi trạm được yêu cầu đo thời
gian trôi qua giữa lần cuối cùng nó nhận thẻ bài và thời điểm nhận thẻ bài thực
sự. Thời điểm này gọi là thời gian luân phiên thẻ bài. Nếu hiệu T
TTRT
-T
TRT
dương thẻ bài gọi là thẻ bài sớm trái lại là thẻ bài muộn. Các giao thức truyền
thẻ trên môi trường truyền quảng bá (bus,cây) tạo nên một vòng chuyền thẻ
logic. Thẻ bài được chuyền trong tất cả các trạm thuộc vòng và mỗi trạm nhận
thẻ bài một lần trên một vòng. Các thành viên của vòng có thêm gánh nặng thực
hiện giải thuật bảo vệ vòng gồm nhiều hoạt động: Thêm trạm mới, loại bỏ các
trạm hỏng hóc hoặc đang nghỉ, phát hiện và sửa chữa việc mất thẻ bài Những
cơ chế này sử dụng một số frame điều khiển nào đó và được thiết kế theo cách
không gây ảnh hưởng đến các đảm bảo định thời đã cho của giao thức thẻ bài
định thời.
3.6. Các giao thức Meta-MAC
Ý tưởng cơ bản của giao thức này rất đơn giản: một trạm không chỉ chứa
một giao thức MAC đơn độc, mà một vài giao thức có thể cùng hoạt động. Các