Hệ thống truyền dữ liệu bằng ánh sáng nhìn thấy (visible light data transmission system)

Các hệ thống Internet cáp đồng trước đây đã lỗi thời trong thời đại ngày nay do tốc độ giới hạn đạt tối đa là 100 Mbps, suy hao lớn, đi dây phức tạp … Hệ thống thông tin quang khả kiến s

trường đại học bách khoa hà nội

-[[ \\ -PHÙNG THỊ THANH

HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG

ÁNH SÁNG NHèN THẤY (VISIBLE LIGHT DATA TRANSMISSION SYSTEM)

Những nghiên cứu mới về thông tin quang đang ngày càng được mở rộng và phát triển, thể hiện vai trò to lớn trong khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống con người Hiện nay, rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực trao đổi thông tin bằng thông tin quang, đặc biệt là thông tin quang vô tuyến Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một hệ thống quang với chi phí thấp mà vẫn thỏa mãn những yêu cầu cần thiết sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển khoa học kỹ thuật cũng như kinh tế Việt Nam

Mục đích của luận văn là nghiên cứu về hệ thống truyền dữ liệu bắng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Data Transmission System) Hệ thống mà em nghiên cứu gồm khối phát và khối thu quang được đặt cách nhau với cự ly gần cho phép truyền thông tin tốc độ 100 Mbps, với photodiode có độ nhạy cao và các linh kiện với khả năng tích hợp các khối xử lý số và tương tự, hệ thống truyền với hiệu suất cao mà còn rất gọn nhẹ, tiêu hao ít năng lượng và có chi phí sản xuất thấp

Quá trình nghiện cứu và hoàn thành luận văn em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Ngọc Nam (Bộ môn Điện tử Tin học - Khoa Điện tử Viễn Thông - Đại học

Bách khoa Hà Nội đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, chu đáo Đồng thời em cũng xin cảm ơn quí thầy cô giáo ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên trong thời gian qua

Hà Nội, tháng 3 năm 2012

Học viên Phùng Thị Thanh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn "HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY " là do tôi tự nghiên cứu và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS PHẠM NGỌC NAM

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này

Hà Nội, Ngày 25 tháng 03 năm 2012

Học viên

Phùng Thị Thanh

TT  Bảng  Tên bảng  Trang 

8   Hình 2-7 Ứng dụng truyền thông tin trong nhà 8

9   Hình 2-8 Ứng dụng truyền thông tin trên máy bay 8

10   Hình 2-9 Kế hoạch triển khai ứng dụng VLC 9

11   Hình 2-10 Led của hãng Luxeon 12

12   Hình 2-11 Sự hấp thụ khí quyển của các bước song 13

20   Hình 3-7 Cấu hình mạng Star Bus 25

21   Hình 3-8 Các chuẩn IEEE 802 không dây 38

28   Hình 3-15 Ví dụ về tín hiệu cuối cùng sau khi mã hoá MLT-3 47

29   Hình 4-1 Sử dụng thấu kính cho hệ thống VLC 51

30   Hình 4-2 Mắt Webcam dùng làm thấu kính 51

31   Hình 4-3 Sơ đồ khối mạch phát 51

32   Hình 4-4 Mạch shunt trong module phát dùng MAX3967 54

33   Hình 4-5 Sơ đồ nguyên lý của module phát dùng MAX3967A 54

34   Hình 4-6 Nguồn 5 V dùng 7805 56

35   Hình 4-7 Hình minh họa MAX3967A 57

36   Hình 4-8 Cấu tạo bên trong của MAX3967A 57

37   Hình 4-9 Cách mắc đầu vào MAX3967A 58

44   Hình 4-16 Các khối bên trong MC2042 63

45   Hình 4-17 Biểu đồ dòng điều khiển LED theo nhiệt độ 65

46   Hình 4-18 Mạch in mặt trên 67

47 Hình 4-19 Mạch in mặt dưới 68

48 Hình 4-20 Hình minh họa mạch thực tế 68

49 Hình 4-21 Biểu diễn hình học để thiết lập ánh sáng truyền đến PIN 69

50 Hình 5-1 Sơ đồ các khối trong một modul thu quang điển hình 70

51 Hình 5-2 Đáp ứng quang của OPF430 72

52 Hình 5-3 Cấu hình khối khuếch đại chuyển trở kháng cơ bản 73

53 Hình 5-4 Sơ đồ mạch thu 74

54 Hình 5-5 Mạch in module thu 75

Ngày nay những ứng dụng liên quan đến thông tin quang vô tuyến đang rất phát triển trên thế giới, đặc biệt là hệ thống thông tin quang khả kiến bởi dễ triển khai, lắp đặt trong văn phòng Các hệ thống Internet cáp đồng trước đây đã lỗi thời trong thời đại ngày nay do tốc độ giới hạn đạt tối đa là 100 Mbps, suy hao lớn, đi dây phức tạp …

Hệ thống thông tin quang khả kiến sử dụng LEDs chiếu sáng thể hiện nhiều

ưu điểm so với việc sử dụng cáp đồng và hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng trong công tác nghiên cứu khoa học cũng như các ứng dụng khác trong đời sống Với khả năng có thể truyền tốc độ từ hàng trăm Mbps đến hàng Gbps, ứng dụng của hệ thống sẽ giải quyết được nhiều vấn đề trong việc triển khai mạng gia đình với tốc độ cao và chi phí thấp mà lại gọn nhẹ, không phải đi dây phức tạp v.v

Sự kết hợp của driver LED MC2042 của hãng Motorola và các IC của MAXIM không những giải quyết được bài toán kỹ thuật mà còn giải quyết cả bài toán kinh tế Một sản phẩm với độ tin cậy cao cùng chi phí sản xuất thấp luôn phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam hiện nay

Nội dung Luận văn gồm 5 chương, trong đó :

Chương I: Giới thiệu

Chương II: Tìm hiểu về hệ thống thông tin quang khả kiến và nguồn sáng LED Chương III: Tổng quan về mạng băng rộng

Chương IV: Trình bày các bước thiết kế module phát sử dụng LED cho hệ

thống thông tin quang khả kiến cự ly gần

Chương V: Trình bày các bước thiết kế module thu sử dụng PIN cho hệ thống thông tin quang khả kiến

Trang

Trang phụ bìa

Lời nói đầu Tóm tắt luận văn Dang mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Danh mục các từ viết tắt

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

1.1 VLDT (Visible light Data transmission) là gì? 1

1.2 Ứng dụng 3

1.3 Vì sao nghiên cứu VLDT 3

1.4 Nội dung nghiên cứu 3

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG KHẢ KIẾN

2.1 Thông tin quang khả kiến 4

2.1.1 Hệ thống thông tin quang khả kiến là gì 4

2.1.2 Ưu điểm chính 4

2.2 Xu thế phát triển của các nguồn sáng 5

2.2.1 Thế hệ một – đèn sợi đốt 5

2.2.2 Thế hệ hai – đèn huỳnh quang 6

2.2.3 Thế hệ ba – đèn LED……… 7

2.3 LED chiếu sáng và ứng dụng trong hệ thống thông tin quang khả kiến 7 2.4 Kế hoạch triển khai đề tài……… 8

2.5 Một số đặc tính cơ bản của LED và LED chiếu sáng……… 9

2.6 So sánh LED với LD trong hệ thống thông tin quang……… 10

2.6.1 Về bản chất……… 10

2.6.2 Về hoạt động……… 11

2.7 Lựa chọn loại LED phù hợp……… 12

2.7.1 Các phương án lựa chọn……… 12

2.7.2 Phương thức truyền dẫn dữ liệu của LED……… 13

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BĂNG RỘNG………

3.1 Các chuẩn IEEE cho mạng truyền thông……… 15

3.1.3.1 FTTH là gì? 16

3.1.3.2 Các vấn đề kỹ thuật liên quan……… 17

3.2 Một số cấu hình mạng……… 20

3.2.1 Cấu hình mạng BUS……… 21

3.2.1.1 Gửi tín hiệu……… 22

3.2.1.2 Dội tín hiệu……… 22

3.2.1.3 Terminator……… 22

3.2.2 Cấu hình mạng Star……… 22

3.2.3 Cấu hình mạng Ring……… 23

3.2.4 Cấu hình mạng lưới (Mesh)……… 24

3.2.5 Cấu hình mạng kết hợp……… 24

3.3 Các chuẩn IEEE cho mạng truyền thông……… 25

3.3.1 IEEE 802 3……… 31

3.3.2 IEEE 802 7……… 34

3.3.3 IEEE 802 11……… 34

3.3.4 IEEE 802 16……… 38

3.3.5 IEEE 802 20……… 40

3.3.5.1 Tổng quan……… 40

3.3.5.2 Đặc điểm kỹ thuật……… 40

3.4 Tìm hiểu một số bộ modem quang trong hệ thống Internet theo chuẩn Ethernet………

41 3.4.1 Modem TPlink MC100CM……… 41

3.4.1.1 Giới thiệu……… 41

3.4.1.2 Đặc điểm……… 42

3.4.2 Modem Planet 10/100 Base – Fx Smart media converter 43

3.5 Chuẩn J45 45

3.5.1 Giới thiệu 45

3.5.2 Cách mã hóa dữ liệu khi truyền qua cáp xoắn loại 5 45

3.6 Chuẩn đầu vào PECL 48

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MODULE PHÁT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG KHẢ KIẾN

4.1 Yêu cầu hệ thống 49

4.3.1 Nguồn sáng 52

4.3.2 Mạch điều khiển LED 53

4.3.2.1 Mạch điều khiển sử dụng IC điều khiển LED MAXIM3967A 53

4.3.2.2 Mạch điều khiển sử dụng IC điều khiển LED MC 2042 61

4.4 Thiết kế hệ thống quang học 68

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MODULE PHÁT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG KHẢ BIẾN

5.1 Thiết kế module thu quang 70

5.1.1 Photodetector 70

5.1.2 Khuếch đại chuyển trở kháng 72

5.1.3 Tính toán giá trị các linh kiện 73

5.2 Tích hợp hệ thống quang với MC100CM cho hệ thống VLC cự ly gần 75 KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU

Chương này trình bày những khái quát chung về hệ thống truyền dữ liệu bằng ánh sáng nhìn thấy Ưu điểm của hệ thống VLDT

1.1 VLDT (Visible light Data Transmission) là gì?

Ánh sáng mắt người nhìn thấy được gọi là Ánh sáng nhìn thấy, có bước sóng 380nm – 700nm nằm trong dải tần 1014 – 1017 Để tiết kiệm năng lượng điện và tính bảo mật thông tin cao hơn Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đưa ra một công nghệ truyền dữ liệu không dây mới, tận dụng nguồn ánh sáng LED từ đèn, từ màn hình nhằm tiết kiệm năng lượng Ánh sáng đèn LED cũng là loại ánh sáng nhìn thấy Được ứng dụng truyền dữ liệu dựa trên hệ thống ánh sáng đèn LED có thể kết nối với mạng băng rộng

Ngoài ra các công nghệ hội tụ mới nhất đã được các kỹ sư thuộc trường đại học Boston của Mỹ công bố Từ nguồn trợ cấp nghiên cứu khoa học quốc gia, các nhà nghiên cứu đã phát minh ra mạng truyền thông dữ liệu vô tuyến hội tụ trong một bóng đèn thắp sáng bình thường Các kỹ sư hi vọng sẽ sử dụng các bóng đèn LED nhẹ và có công suất thấp để thay thế mạng vô tuyến quang

Công nghệ vô tuyến hiện nay đã tạo ra một mạng dữ liệu vô tuyến song nó lại tiêu tốn nhiều nguồn và dễ bị tổn hại trước các tấn công từ bên ngoài Các đèn LED mới này có thể truyền dữ liệu với thông qua ánh sáng nhìn thấy với tốc độ cực nhanh Băng thông ban đầu được kỳ vọng là sẽ nằm trong dải từ 1-100Mbps

Nếu máy tính, iPhone, TV, radio, bộ điều nhiệt tự động của bạn có thể truyền thông tin tới bạn khi bạn đang đi bộ trong phòng thông qua một chuyển mạch ánh sáng và không cần sử dụng bất cứ sợi cáp nào Điều này dường như là hơi hoang

Hình 1.1 The visible spectrum: Phổ của ánh

tưởng song hoàn toàn có thể thực hiện được bằng ánh sáng nhìn thấy Ví dụ với một mạng thông tin dựa trên đèn LED với công suất tiêu thụ thấp, độ tin cậy cao và không gây nhiễu điện từ Mỗi bóng đèn LED có thể làm việc giống như một điểm truy cập vô tuyến (Wireless Access Point), cung cấp băng thông lớn hơn và giảm đáng kể tiêu thụ nguồn Cuối cùng thì hệ thống này được kỳ vọng sẽ được ứng dụng trong các thiết bị chiếu sáng

Bởi vì mạng truyền thông quang dựa trên các đèn LED sử dụng các tín hiệu thông qua ánh sáng nhìn thấy, nên những người ngoài vùng phủ của mạng (bị che khuất bởi tường, sàn…) không thể truy nhập vào và do đó sẽ tránh được sự tấn công của các hacker một cách rất đơn giản Chúng ta hình dung nếu có thể kết nối tới nhà hoặc mạng vô tuyến của cơ quan chỉ với công tắc chuyển mạch ánh sáng thì rất tiện lợi Dù mới chỉ là những thử nghiệm nghiên cứu ban đầu song nó đã mở ra một hướng nghiên cứu mới đầy tiềm năng cho một mạng truyền dữ liệu đơn giản mà hiệu quả

1.2 Ứng dụng

Giáo sư Harald Hass tại Đại học Edinburgh (Scotland, vương quốc Anh) cho biết ông vừa phát triển một công nghệ có thể truyền dữ liệu thông qua một bóng đèn bình thường [7] Theo đó, chỉ cần bật bóng đèn trong phòng, bạn đã có thể truy cập Internet Những tiềm năng khác của thiết bị có tên “Li-fi” bao gồm gửi dữ liệu vô tuyến từ “khoảng trắng” trong quang phổ của ti-vi hoặc các tín hiệu vệ tinh không được sử dụng [7]

Hiện tại, chúng ta dùng sóng radio để truyền dữ liệu nhưng theo Giáo sư Hass, phương pháp này kém hiệu quả Chúng ta truyền dữ liệu vô tuyến bằng các sóng điện từ không hiệu quả, nhất là sóng radio, vốn bị hạn chế, yếu ớt, tốn kém và chỉ hoạt động trong một phạm vi nhất định Đối với điện thoại di động, dù có đến 1,4 triệu trạm phát sóng giúp gia tăng tín hiệu nhưng khả năng truyền dữ liệu cũng thấp do hầu hết năng lượng của nó được dùng để làm mát Nếu truyền dữ liệu không dây qua bóng đèn sẽ hiệu quả hơn vì thế giới hiện có khoảng 40 tỉ bóng đèn đang được sử dụng Bằng cách thay thế các loại bóng đèn kiểu cũ bằng đèn LED, có thể

sử dụng toàn bộ các bóng đèn thành các điểm truy cập Internet không dây

Phát minh D-light, có thể chuyển dữ liệu nhanh hơn 10 megabit/giây (tương đương tốc độ kết nối Internet băng thông rộng) bằng cách thay đổi tần số của ánh sáng trong phòng Công nghệ này có thể ứng dụng trong các bệnh viện, máy bay, quân sự và thậm chí là dưới nước Hành khách đi máy bay về lý thuyết có thể lướt web từ các tín hiệu được phát ra từ các bóng đèn trong khoang “Những gì chúng ta cần làm là gắn một vi mạch vào mỗi bóng đèn và nó sẽ kết hợp chiếu sáng với truyền dữ liệu, giúp chúng ta giải quyết các vấn đề gặp phải trong truyền thông không dây”, Giáo sư Hass đã nghiên cứu và kết luận

1.3 Vì sao phải nghiên cứu VLDT

Tìm hiểu ứng dụng của ánh sáng nhìn thấy, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận mới nhất là sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu Với ý nghĩ thay thế các loại bóng đèn đang được sử dụng bằng các đèn LED để vừa thắp sáng vừa có thể truyền dữ liệu Nghiên cứu kỹ thuật truyền dữ liệu qua đèn LED hứa hẹn nhiều lợi ích thiết thực, nhất

là cho các thiết bị điện tử gia đình Tốc độ truyền có thể đạt tối đa 100 Mbps

Đặc điểm của công nghệ này là các thiết bị phát/thu phải “thấy” nhau Khả năng ứng dụng truyền dẫn không dây qua ánh ra, so với các công nghệ truyền dẫn không dây khác dựa trên sóng điện từ có thể gây hại cho sức khoẻ con người Hiện nay Mỹ, Nhật và châu Âu cũng đang hướng đến công nghệ truyền dẫn LED này

1.4 Nội dung nghiên cứu

Thiết kế module thu/phát quang và sử dụng trong hệ thống thông tin quang khả kiến (Visible Light Communication - VLC)

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

THÔNG TIN QUANG KHẢ KIẾN

Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống thống tin quang khả kiến (Visible Light Communication) và thế hệ các nguồn chiếu sáng

2.1 Thông tin quang khả kiến

™ 2.1.1 Hệ thống thông tin quang khả kiến là gì?

™ Hệ thống thông tin quang khả kiến là phương pháp truyền dữ liệu sử dụng ánh sáng khả kiến trong khoảng từ 400 THz (780 nm) đến 800 THz (375 nm)

™ Công nghệ sử dụng các loại đèn LED với tốc độ có thể lên đến 500 Mbps

™ Đặc biệt các thiết bị điện tử được thiết kế đều có điôt thu quang nhận tín hiệu từ các nguồn sáng trên

™ Hệ thống thông tin quang khả kiến có thể được sử dụng làm phương tiện kết nối ở khắp mọi nơi cho các máy tính bởi vì tất cả các thiết bị chiếu sáng đều cần thiết được sử dụng ở mọi nơi

™ 2.1.2 Ưu điểm chính

™ Vô hại đối với cơ thể con người và không gây nhiễu cho các thiết bị điện tử

™ Băng tần cho phép khoảng 300THz từ 450 THz đến 750 THz, lớn hơn đáng kể so với băng tần RF (khoảng 300 GHz)

™ Hệ thống thông tin quang khả kiến có những thuộc tính duy nhất phù hợp cho các ứng dụng đặc biệt như : bảo mật, chỉ đường, ứng dụng trong nhà

™ Không bị chặn bởi vì phạm vi truyền bị hạn chế

™ Sử dụng trong nhiều khu vực đặc biệt như: máy bay, tàu vũ trụ, bệnh viện…

™ An toàn cho mắt

™ Giao diện thân thiện với người sử dụng

™ Không cần bất kỳ quy tắc nào như hệ thống kết nối vô tuyến

và đến mức phát ra ánh sáng

™ Đèn sợi đốt thường ít được dùng hơn vì công suất quá lớn (thường là 60W), hiệu suất phát quang rất thấp (chỉ khoảng 5% điện năng được biến thành quang năng, phần còn lại tỏa nhiệt nên bóng đèn khi sờ vào có cảm giác nóng và có thể bị bỏng) Đèn dây tóc dùng điện áp từ 1,5 V đến 300 V

™ 2.2.2 Thế hệ hai – đèn huỳnh quang

Hình 2.3 Đèn compact

Hình 2.4 Đèn huỳnh quang

™ Đèn huỳnh quang gồm điện cực (vonfram), vỏ đèn và lớp bột huỳnh quang Ngoài ra, người ta còn bơm vào đèn một ít hơi thủy ngân và khí trơ (neon, argon ) để làm tăng độ bền của điện cực và tạo ánh sáng màu

™ Khi đóng điện, hiện tượng phóng điện giữa hai điện cực làm phát ra tia tử ngoại (tia cực tím) Tia tử ngoại tác dụng vào lớp bột huỳnh quang làm đèn phát sáng Ngoài ra, để giúp cho hiện tượng phóng điện xảy ra, người ta phải lắp thêm chấn lưu và tắc te

™ Dùng đèn này giúp ta tiết kiệm nhiều điện Bình quân, dùng đèn huỳnh quang tiết kiệm hơn đèn sợi đốt 8 đến 10 lần Hiện nay, ngoài thị trường xuất hiện đèn huỳnh quang thu nhỏ (còn gọi là compact) Nó cũng rất giống với đèn huỳnh quang nhưng hiệu suất phát quang cao hơn và tiết kiệm điện năng hữu hiệu hơn

™ 2.2.3 Thế hệ ba – đèn LED

Hình 2.5 Các loại đèn led trong thực tế

™ LED (Light Emitting Diode - diode phát quang) là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đèn LED tạo ra nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt ít hơn

so với các thiết bị chiếu sáng khác

™ Càng ngày các thế hệ đèn càng được cải thiện rõ rệt, an toàn cho người sử dụng và có thể ứng dụng nhiều trong thực tế

2.3 LED chiếu sáng và ứng dụng trong hệ thống thông tin quang khả kiến

Hình 2.7 Ứng dụng truyền thông tin trong nhà

Hình 2.8 Ứng dụng truyền thông tin trên máy bay

2.4 Kế hoạch triển khai đề tài

Hệ thống truyền dữ liệu bằng ánh sáng nhìn thấy gồm một khối phát và khối thu, được thể hiện như hình 2.9

Hình 2.9 Kế hoạch triển khai ứng dụng VLC

Sử dụng LED theo phương thức truyền dẫn kết nối quang không dây vì :

™ Đường kết nối LED trong hệ thống thông tin quang khả kiến có khả năng kết nối hai thiết bị với tốc độ cao mà chi phi và điện năng tiêu thụ của đèn LED thấp Đường kết nối này sẽ cung cấp sự thay thế cho đường truyền không dây truyền thống RF mà hiện giờ băng thông của nó gần giới hạn

™ Một lợi thế quan trọng với hệ thống đèn LED là chi phí Kết nối quang trong không gian sẽ bao gồm hai module tích hợp cả hệ thống phát và hệ thống thu

để truyền song công Chi phí tổng cộng của hệ thống này ít hơn đáng kể so với kết nối quang học Laser và tốn ít điện năng Hệ thống thông tin quang khả kiến sẽ được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần với chi phí thấp và chi phí sẽ tiếp tục giảm khi hệ thống trở nên phổ biến

™ Mục tiêu của luận văn: Hệ thống sẽ có khả năng làm việc trên đường kết nối khoảng từ 10 đến 15 mét với tốc độ 100 Mbps và tốc độ lỗi bit BER = 10-10 để kết nối mạng LAN giữa các máy tính trong phòng Các thị trường mục tiêu cho dự

án này là người có thu nhập trung bình cần có tốc độ cao và chi phí truyền tải dữ liệu thấp và các văn phòng có số lượng người khá lớn như thư viện, công sở

2.5 Một số đặc tính cơ bản của LED và LED chiếu sáng

- LED là linh kiện chuyển đổi tín hiệu điện thành ánh sáng kết hợp truyền

trong tín hiệu quang

- Mỗi điểm LED là một diode cực nhỏ, phát sáng do sự vận động của các

electron bên trong môi trường bán dẫn

™ Một số ưu điểm của công nghệ LED

™ Những tính chất riêng đã có quy định đặc thù của công nghệ đèn LED và tạo nên những ưu điểm khiến LED đánh bại bất cứ công nghệ chiếu sáng nào đã từng tồn tại

™ Tiêu thụ điện năng thấp so với ánh sáng thông thường Tiết kiệm mức

thấp nhất, hiệu suất chiếu sáng cao hơn nữa tiết kiệm khoảng 75% điện so với đèn chiếu sáng thông thường

™ Thân thiện với môi trường: không tia cực tím, không bức xạ tia hồng

ngoại, phát nhiệt của ánh sáng thấp, không chứa thuỷ ngân và những chất có hại, không gây ô nhiễm môi trường Giảm thiểu tối đa việc sử dụng chì cho các mối hàn,

ít nhất thì người dùng cũng sẽ an tâm hơn hẳn khi giảm được một phần tác hại

không mong muốn của các vật dụng luôn theo sát bên mình trong khi làm việc hay

giải trí

™ Nhiệt độ làm việc thấp: Nhiệt độ làm việc của bóng đèn LED cao hơn

nhiệt độ môi trường khoảng 5 - 8oC, thấp hơn so với đèn huỳnh quang thông thường

So sánh về bản chất giữa LED và Laser được tóm tắt theo bảng 2.1 sau:

Bảng 2.1 So sánh giữa Led và Laser

Công suất ra Dòng điều khiển tỉ lệ

đến 100 Ma

Dòng ngưỡng: 5 đến

40 mA

FWHM)

Hẹp hơn (0.00001 nm đến 10 nm FWHM)

™ 2.6.2 Về hoạt động

™ Hình thức hiện nay của truyền thông tin quang trong không khí là sử

dụng sự truyền sang tập trung trong lĩnh vực Laser và VCELs (Vertical Cavity

chuyển đổi nhanh từ cường độ cao xuống thấp và ngược lại Sự hạn chế trong việc

sử dụng Laser và VCELs chính là chi phí và năng lượng tiêu thụ Laser có chi phí cao hơn đèn LED và đòi hỏi mạch điều khiển đắt tiền hơn vì tiêu tốn năng lượng hơn do quá trình kích thích phát xạ

™ LED chi phí ít và yêu cầu năng lượng tiêu thụ thấp hơn Laser Đặc điểm này cho phép kết nối quang trong không gian với một chi phí thấp mà hoạt động ở tốc độ cao Ngoài ra, một lợi thế quan trọng của hệ thống thông tin quang khả kiến trên cơ sở đèn LED đó là tính bảo mật của việc truyền tin có thể đạt được Các đèn LED nên được sử dụng trong thông tin quang khả kiến do giá thành và kích thước của sản phẩm cuối cùng sẽ có nhiều ứng dụng và sẽ có khả năng thay thế mạng không dây hiện tại trong nhà

™ Mạng không dây hiện thời như Bluetooth,Wifi, hoặc Wimax có tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn so với hệ thống mạng LAN có dây Những mạng này đòi hỏi giấy phép và đặt ra tính bảo mật Những nỗ lực trong nhiều thập kỷ qua đã phát triển sự thay thế cho mạng không dây Hệ thống thông tin quang khả kiến có thể được thiết lập nhanh chóng với tính bảo mật tuyệt đối bởi công nghệ truyền dẫn là dựa trên nền tảng đường ngắm Tốc độ truyền dữ liệu cho hệ thống quang là trong khoảng Gbps Tuy nhiên, công nghệ này rất đắt tiền cản trở nó thay thế công nghệ không dây hiện tại như Wifi Vậy đèn LED được đề xuất thay thế Laser như nguồn sáng để làm giảm chi phí trong khi vẫn duy trì tốc độ dữ liệu cao và tính năng bảo mật mà hệ thống thông tin quang khả kiến cung cấp

2.7 Lựa chọn loại LED phù hợp

™ 2.7.1 Các phương án lựa chọn

Hiện trên thị trường có rất nhiều loại LED với tốc độ khác nhau:

™ Loại LED photpho hoặc LED xanh có thể đạt đến tốc độ 40 Mbps

Hình 2.10 Led của hãng Luxeon

™ RGB LED có thể đưa tốc độ lên đến 100 Mbps

™ RCLED (resonant cavity LED) có thể đạt tới 500 Mbps RCLEDs sử dụng phản xạ Bragg (có chức năng như gương) để làm tăng khả năng truyền ánh sáng

Tuy nhiên, do ở bước sóng 470 nm, sự hấp thụ của khí quyển đối với bước sóng này là thấp nhất nên dự án lựa chọn LED xanh để hiệu suất truyền ít bị ảnh hưởng

Hình 2.11 Sự hấp thụ khí quyển của các bước song[1]

™ 2.7.2 Phương thức truyền dẫn dữ liệu của LED

Điều chế trong hệ thống thông tin quang khả kiến để truyền dữ liệu chính là gửi một dãy bit 0,1 trong chuỗi xung ánh sáng

Có hai các điều chế chính :

™ Sub-carrier pulse position modulation (SC-kPPM) : tức là điều chế sóng mang con, dữ liệu được phân thành các nhóm log k của bit và mỗi nhóm chỉ có một xung đơn

™ Frequency shift keying (FSK): hay còn gọi là on – off keying tức là tần

số tín hiệu được xác định có bit 0 hay 1 được truyền ở thời điểm hiện tại Và điều lưu ý rằng tần số xung ánh sáng được điều chế chứ không phải tần số của ánh sáng

Ngoài ra còn nhiều cách khác để truyền dữ liệu nhưng cách đơn giản nhất vẫn là vòng khóa tần hay on – off keying (OOK) Trong OOK, bit 1 biểu diễn đèn sáng còn bit 0 là biểu diễn đèn tắt Điều này có nghĩa là mạch phát có thể đọc các

dữ liệu nhị phân nhanh và chính xác dựa vào sự thay đổi trạng thái của thành phần quang này Mặt khác, mạch thu sẽ sử dụng một diode thu quang để xác định tín hiệu dựa vào sự bật, tắt của đèn Tốc độ và độ tin cậy của hệ thống được xác định bởi mạch phát có thể chuyển trạng thái thành phần quang nhanh như thế nào và mạch thu xác định trạng thái đó nhanh và chính xác ra sao

Hình 2.12 On – Off Keying

™ Kết luận chương: khả năng ứng dụng của LED chiếu sáng vào hệ thống

thông tin quang khả kiến là thích hợp

CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ MẠNG BĂNG RỘNG

Trong chương này, luận văn sẽ trình bày tổng quan các vấn đề của mạng băng rộng gồm các kỹ thuật mạng, các cấu hình mạng, các chuẩn mạng và các module chuyển đổi quang điện

3.1 Các chuẩn IEEE cho mạng truyền thông

™ 3.1.1 ISDN

Chuẩn Integrated Services Digital Network (ISDN) mang lại phương thức nhanh nhất để truy cập dịch vụ tiếng nói và dữ liệu trên những mạng kỹ thuật số công cộng Với tốc độ băng thông cao, ISDN có thể gửi đi lượng lớn dữ liệu trong một thời gian ngắn Tốc độ băng thông của nó từ 128 Kbit/s đến 1,5 Mbit/s Phương thức làm việc của ISDN là tách riêng lưu thông mạng với lưu thông của tiếng nói hay dữ liệu Để làm được điều này, nó phân chia dung lượng của đường truyền thành một số kênh truyền độc lập Một kênh trong số đó sẽ nhận trách nhiệm giao tiếp với thiết bị chuyển mạch của văn phòng chính trong khi những kênh khác cho phép người dùng thực hiện các cuộc gọi, hội đàm qua video và truy cập Internet hay mạng LAN

™ 3.1.2 ADSL

DSL là một họ công nghệ cung cấp truyền dẫn dữ liệu số qua mạng dây điện thoại cục bộ DSL đầu tiên dùng cho vòng thuê bao kỹ thuật số Trong mạng viễn thông, thuật ngữ kỹ thuật số đường dây thuê bao được sử dụng rộng rãi là đường dây thuê bao số không đối xứng (ADSL) Dịch vụ DSL được truyền đồng thời với dịch vụ điện thoại thường trên cùng đường dây điện thoại Điều này có thể bởi vì DSL sử dụng một tần số cao hơn Các băng tần số được sau đó được phân cách bởi lọc Dữ liệu đầu ra dịch vụ DSL điển hình nằm trong khoảng từ 256 Kb/s đến 20 Mbit/s (hướng đến người tiêu thụ), phụ thuộc vào công nghệ DSL, điều kiện đường dây và cấp dịch vụ Trong ADSL, thông lượng dữ liệu theo hướng lên thấp hơn còn trong dịch vụ Symmetric Digital Subscriber Line (SDSL), dữ liệu hướng lên và hướng xuống bằng nhau

™ 3.1.3 FTTH và các vấn đề kỹ thuật liên quan [24]

3.1.3.1 FTTH là gì

FTTH (fiber to the home) là một dạng kết nối cáp quang trong đó cáp quang được mở rộng từ trung tâm đến các khu vực sống và nơi làm việc của các thuê bao Khi đến được các địa điểm trên, tín hiệu có thể được truyền qua không gian bằng cách sử dụng các phương tiện như cáp xoắn đôi, cáp đồng trục, kết nối không dây hoặc có dây, hay cáp quang

Hình 3-1 Kỹ thuật FTTH (Fiber to the home)

™ Một công nghệ mới nổi lên trong giai đoạn hiện nay là FTTH hay còn gọi

là FTTB (Fiber to the Building) hoặc FTTP (Fiber to the Premises) FTTH mang cáp quang đến thẳng các tòa nhà, trong khi với công nghệ FTTN (fiber to the node) tương tự chỉ mang cáp quang đến một cộng đồng hoặc một thành phố để sau đó kết nối các sợi cáp quang đến người sử dụng thông qua cáp đồng Trong quá khứ, các mạng viễn thông tiêu thụ có một trục mạng xương sống tốc độ cao với các đường cáp tốc độ thấp hơn chạy đến nhà và cơ quan của người sử dụng Các trục xương sống tốc độ cao có thể có khả năng kết hợp tất cả người sử dụng nhưng cơ sở hạ tầng đến người sử dụng hạn chế nghiêm trọng tốc độ cà băng thông có sẵn đến người tiêu thụ FTTH cho phép tốc độ truyền với băng thông lớn hơn nhiều và nhanh hơn nhiều, cần thiết cho cấu hình truyền “triple-play” trong đó cho phép các nhà cung cấp đưa ra video, dữ liệu và các dịch vụ điện thoại Nó cũng yêu cầu cài đặt các cơ sở hạ tầng truyền, nhận, đấu dây mới

™ Mạng FTTH được thiết kế để truyền các dịch vụ băng rộng đến người sử dụng thông qua cáp Mạng bao gồm một cơ sở hạ tầng cáp thụ động và thiết bị chủ động để cho phép phân phối các dịch vụ viễn thông Mạng chủ động có thể được chia thành từng phần của người sử dụng (khách hàng sở hữu thiết bị - customer premises equipment - CPE) và phần cơ quan trung tâm CPE giới hạn mạng ở người

sử dụng, cung cấp sự chuyển đổi các tín hiệu mạng viễn thông đến các dịch vụ mà người sử dụng có thể truy nhập Các chức năng CO (central office) đóng vai trò như mạng giao thông để kết nối những người sử dụng đến nhà cung cấp dịch vụ

™ Hiện tại, hai nhà cung cấp dịch vụ chính triển khai các kế hoạch truy nhập cáp quang FTTH là AT&T U-verse và Verizon FiOS, trong khi Comcast đang triển khai một kỹ thuật cạnh tranh mới gọi là Docsis 3.0 Những người tiêu thụ thường tải và truyền các tệp dữ liệu lớn như các bộ phim và sử dụng trong chat video (sử dụng các camera nhỏ để kết nối với nhiều máy tính xách tay) Cả AT&T

và Verizonđều đưa ta tốc độ kết nối cao lên đến 10 Mbps nhưng với những yêu cầu như chat video hay truyền video bằng mạng thì 50 Mbps được đưa ra bởi Docsis 3.0

và FiOSdường như có vẻ hấp dẫn hơn Tiếp tục so sánh, DSL có tốc độ 1.5 Mbps Các nhà cung cấp viễn thông dựa trên tín hiệu bandwagon của FTTH mà sợi quang được thiết lập để đi theo đường chính, và yêu cầu cho cơ sở hạ tầng sợi quang sẽ phát triển Các công ty có cơ sở hạ tầng viễn thông lớn hơn Alcatel and Tellabs sẽ nhận tất cả các vấn đề liên quan đến kinh doanh sợi quang còn các thương hiệu nhỏ hơn như Emcore thì kinh doanh trong lĩnh vực trò chơi

3.1.3.2 Các vấn đề kỹ thuật liên quan

Các kỹ thuật khác liên quan đến FTTH bao gồm: FTTN, FTTC, FTTB, FTTP

Hình 3-2 Các kỹ thuật liên quan đến FTTH

a FTTN

™ FTTN (Fiber to the node) hay FTTCab (Fiber to the Cabinet) là kỹ thuật kéo cáp tại các tủ cáp trên đường dài đến vài kilomet từ hệ thống thông tin khách hàng đến kết nối cuối cùng thông qua cáp đồng

™ Là kiến trúc viễn thông dựa trên hệ thống cáp quang chạy đến các tủ cáp

để phục vụ cho một cộng đồng Thường thì các khách hàng kết nối với tủ cáp này bằng cách sử dụng các loại dây truyền thống như cáp đồng trục hay cáp xoắn Khu vực có tủ cáp bán kính truyền nhỏ hơn 1500 m và có thể chứa được hàng trăm khách hàng (Nếu tủ cáp trong một khu vực có bán kính nhỏ hơn 300 m so với kiến trúc thì gọi là FTTC- Fiber to the curb)

™ FTTN cho phép truyền các dịch vụ băng rộng như Internet tốc độ cao Các giao thức kết nối tốc độ cao như truy nhập cáp băng rộng hoặc một số dạng của DSL được sử dụng giữa tủ cáp và người sử dụng Tốc độ dữ liệu biến đổi dựa vào giao thức chính xác được sử dụng và dựa vào làm thế nào để ngắt kết nối khách hàng là đến tủ cáp

™ Không giống công nghệ cạnh tranh FTTP, FTTH thường sử dụng cơ sở

hạ tầng có sẵn như cáp đồng trục hay cáp xoắn đôi để cung cấp dịch vụ last mile Vì

lý do này, FTTH chịu chi phí ít hơn Tuy nhiên, hiệu suất băng thông bị hạn chế do

sự thiếu thốn mà cáp quang mang lại cho thuê bao

b FTTC

™ FTTC (Fiber to the Curb): tương tự như FTTN nhưng tủ cáp gần với người sử dụng điển hình trong khoảng 300m, phục vụ một số khách hàng Mỗi khách hàng có một kết nối qua cáp đồng trục hoặc cáp xoắn đôi Do đó, chi phí lắp đặt rẻ hơn nhưng băng thông nhỏ hơn so với FTTP

™ FTTC cho phép truyền dịch vụ băng rộng như Internet tốc độ cao Giao thức kết nối tốc độ cao như truy nhập cáp băng rộng (điển hình là DOCSIS - Data Over Cable Service Interface Specification) hoặc một số dạng DSL Tốc độ dữ liệu biến đổi phụ thuộc vào việc sử dụng giao thức chính xác và làm thế nào để nối khách hàng đến tủ cáp

™ FTTC có những điểm khác so với FTTN và FTTP (tất cả các phiên bản của FTTL - Fiber to the Loop) Sự khác biệt chính là địa điểm đặt tủ cáp FTTC

thường đặt ở gần “curb” còn FTTN được đặt khá xa so với khách hàng và FTTP được đặt bên phải khu vực phục vụ

™ Trong tương lai, FTTC và FTTP sẽ triển khai để thay thế dần FTTP

c FTTB

™ FTTB (Fiber to the building hay còn là Fiber to the basement) là một dạng truyền kết nối thông tin quang mà sợi quang không trực tiếp nối với khách hàng mà chỉ nối đến các địa điểm sống và làm việc của khách hàng Tín hiệu được truyền đến từng khách hàng bằng cách sử dụng các loại cáp không phải cáp quang như cáp xoắn đôi, cáp đồng trục, không dây hoặc kết nối power line

™ FTTB chỉ ứng dụng vào các địa điểm chứa nhiều không gian sống hoặc làm việc

™ Từ trung tâm gửi tín hiệu quang đến nút, thường sử dụng cáp được tách làm 4 hay 8 phần phụ thuộc vào khoảng cách và công suất đầu ra của trạm gửi tín hiệu quang (từ 6 đến 16 dBm)

• Tất cả các nút đều được sử dụng chung đường dây cáp chính này Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi một thiết bị gọi là terminator Các tín hiệu và gói dữ liệu (packet) khi di chuyển hoặc lên xuống trong dây cáp đều mang theo địa chỉ của nơi đến

• Loại hình mạng này dùng dây cáo ít nhất, dễ lắp đặt Tuy vậy cũng có những bất lợi đó là sự ùn tắc giao thông khi di chuyển dữ liệu với lưu lượng lớn và khi có sự hỏng hóc ở đoạn nào đó thì rất khó phát hiện, bắt buộc phải ngừng hoạt động trên đường dây để sửa chữa dẫn đến ngừng toàn bộ hệ thống Máy tính trên mạng bus giao tiếp bằng cách gửi dữ liệu đến một máy tính xác định và đưa dữ liệu

đó lên cáp dưới dạng tín hiệu điện tử Muốn biết máy tính giao tiếp ra sao trên mạng bus, ta cần nắm vững ba khái niệm sau

3.2.1.1 Gửi tín hiệu

Dữ liệu mạng ở hình thái tín hiệu điện tử được gửi tới mọi máy tính trên mạng, tuy nhiên thông tin chỉ được máy tính có địa chỉ so khớp với địa chỉ mã hoá trong tín hiệu gốc chấp nhận Mỗi lần chỉ có một máy có thể gửi thông điệp

3.2.1.2 Dội tín hiệu

Do tín hiệu, tức tín hiệu điện tử, được gửi lên toàn mạng nên dữ liệu sẽ đi từ đầu cáp này tới đầu cáp kia Nếu tín hiệu được phép tiếp tục không ngừng, nó sẽ dội quay trở lại trong dây cáp và ngăn không cho máy tính khác được gửi tín hiệu Do

đó tín hiệu phải bị chặn lại sau khi đến được đúng địa chỉ đích

3.2.1.3 Terminator

Nhằm ngăn không cho tín hiệu dội lại, một thiết bị có tên gọi là terminator (điện trở cuối) được đặt ở mỗi đầu cáp để hấp thụ các tín hiệu tự do Việc hấp thụ tín hiệu sẽ làm thông cáp và cho phép máy tính khác có thể gửi tín hiệu Mỗi đầu cáp trên mạng phải được cắm cái gì đó Ví dụ có thể cắm đầu cáp vào một máy tính hay một đầu dây nối để mở rộng chiều dài cáp Mọi đầu cáp hở, tức đầu không cắm vào gì cả phải được chặn lại (bằng Terminator) nhằm tránh tín hiệu dội lại

™ 3.2.2 Cấu hình mạng Star

Mạng dạng hình sao bao gồm một trung tâm HUB và các nút thông tin Các nút thông tin là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng Trung tâm của mạng (HUB) điều phối mọi hoạt động trong mạng với các chức nǎng

• Xác định cặp địa chỉ gửi và nhận được phép chiếm tuyến thông tin và liên lạc với nhau

• Cho phép theo dõi và xử lý sai trong quá trình trao đổi thông tin

• Thông báo các trạng thái của mạng…

Hình 3-4 Cấu hình mạng Star

¾ Ưu điểm của mạng hình sao:

• Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường

• Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định

• Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng

¾ Nhược điểm của mạng hình sao:

• Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động

• Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m)

Nhìn chung, mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (HUB) bằng cáp xoắn, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với HUB không cần thông qua trục BUS, tránh được các yếu tố gây ngưng trệ mạng Gần

đây, cùng với sự phát triển switching hub, mô hình này ngày càng trở nên phổ biến

và chiếm đa số các mạng mới lắp

Mạng Star cung cấp tài nguyên và chế độ quản lý tập trung Tuy nhiên, do mỗi máy tính nối vào một trung tâm điểm, nên cấu hình này cần rất nhiều cáp nếu cài đặt mạng ở quy mô lớn

™ 3.2.3 Cấu hình mạng Ring

Cấu hình mạng Ring (vòng khép kín) nối các máy tính trên một vòng cáp khép kín, tín hiệu truyền đi theo một chiều và đi qua từng máy tính Khác với cấu hình bus thụ động, mỗi máy tính đóng vai trò như một bộ chuyển tiếp khuếch đại tín hiệu và gửi nó tới máy tính tiếp theo (dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận) Do tín hiệu đi qua từng máy nên sự hỏng hóc của một máy có thể ảnh hưởng đến toàn mạng

Hình 3-5 Cấu hình mạng Ring

Mạng dạng vòng thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết

ít hơn so với hai kiểu trên Nhưng nhược điểm là đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng

™ 3.2.4 Cấu hình dạng lưới (Mesh)

Là cấu hình mà một thiết bị được nối tới tất cả các thiết bị khác trong mạng Thường dùng trong các kết nối mạng lõi, tạo các kết nối dự phòng khi một kết nối bị đứt

Hình 3-6 Cấu hình dạng lưới

™ 3.2.5 Các cấu hình mạng kết hợp

¾ Kết hợp hình sao và tuyến (star/bus Topology)

Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu (spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệ thống dây cáp mạng có thể chọn hoặc Ring Topology hoặc Linear Bus Topology

Lợi thế của cấu hình này là mạng có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau, đưa lại sự uyển chuyển trong việc bố trí đường dây tương thích dễ dàng đối với bất cứ tòa nhà nào

Hình 3-7 Cấu hình mạng Star Bus

¾ Kết hợp hình sao và vòng (Star/Ring Topology)

Cấu hình dạng kết hợp Star/Ring Topology, có một “thẻ bài” liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một cái HUB trung tâm Mỗi trạm làm việc (workstation)

được nối với HUB - là cầu nối giữa các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách cần thiết

3.3 Các chuẩn IEEE cho mạng truyền thông

¾ IEEE 802.1 Bridging (networking) and network management bao gồm:

™ Kiến trúc mang LAN/MAN 802

™ Kết nối các mạng LAN, MAN 802 với các mạng khu vực rộng khác

™ Độ bảo mật liên kết

™ Quản lý toàn bộ mạng

™ Các lớp giao thức trên các lớp MAC và LLC

¾ IEEE 802.2 Logical Link Control (điều khiển liên kết vật lý- không hoạt động)

™ Được định nghĩa là điều khiển liên kết vật lý, là phần trên của tầng liên kết dữ liệu của mô hình OSI Lớp con LLC là một giao diện không thay đổi đến

dịch vụ liên kết dữ liệu của người sử dụng, thường là lớp mạng Phía dưới các lớp con LLC là lớp con MAC (Media Access Control) phụ thuộc vào các chuẩn trung gian thông thường như Ethernet, Token Ring, FDDI, hay 802.11…

™ 802.3 là công nghệ hỗ trợ kiến trúc mạng theo chuẩn IEEE 802.1

¾ IEEE 802.4 Token bus

™ Là chuẩn Token Bus được chuẩn hóa bởi IEEE, hỗ trợ kiểu mạng bus vật

lý để dùng các thông điệp thẻ bài đến lớp truy nhập vật lý

¾ IEEE 802.5 Defines the MAC layer for a Token Ring (xác định lớp địa chỉ MAC

cho Token Ring - không xác định):

™ Là chuẩn IEEE cho phương pháp truy nhập mạng cục bộ Token Ring, được thực hiện rộng rãi trong Token Ring

™ Các đặc điểm liên quan đến IEEE 802.5 hầu như giống và hoàn toàn phù hợp với mạng Token Ring của IBM, mặc dù vẫn có một số điểm phụ khác Mạng Token Ring của IBM kết nối hình sao, với các điểm cuối được kết nối đến một thiết

bị gọi là đơn vị truy nhập đa điểm (MSAU - Multistation Access Unit) Ngược lại, IEEE 802.5 không kết nối thành cấu hình mạng, dù thực tế tất cả chuẩn IEEE 802.5 thực hiện cơ bản như mạng hình sao Điểm khác nữa là IEEE 802.5 không sử dụng phương tiện nào trong khi mạng Token Ring sử dụng cáp xoắn đôi và trường thông tin định tuyến

¾ IEEE 802.6 MANs (các mạng MAN)

™ IEEE 802.6 là chuẩn được quản lý bởi ANSI (American National Standards Institute) cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Networks) Nó được cải thiện bởi chuẩn cũ sử dụng cấu trúc mạng giao diện dữ liệu được phân bố bằng cáp FDDI (Fiber distributed data interface)

™ IEEE 802.6 sử dụng chuẩn mạng Distributed Queue Dual Bus (DQDB) Chuẩn này hỗ trợ 150 Mbps/ tốc độ truyền Nó bao gồm hai tuyến đơn hướng không kết nối, DQDB sử dụng cho tuyến tối đa 160 km trước khi sự suy giảm tín hiệu đáng kể qua cáp quang với bước sóng 1310 nm

™ Chuẩn này cũng bị lỗi khi chuẩn FDDI bị lỗi Hầu hết các mạng MAN ngày nay sử dụng Synchronous Optical Network (SONET) hoặc Asynchronous Transfer Mode (ATM), với các thiết kế gần đây sử dụng Ethernet và MPLS

¾ IEEE 802.7 Broadband LAN using Coaxial Cable (Mạng LAN băng rộng sử

dụng cáp đồng trục)

™ Là chuẩn con của IEEE 802 bao phủ các mạng cục bộ băng rộng ra đời năm 1989, nhưng hiện tại không hoạt động nữa hoặc tạm thời đóng băng

¾ IEEE 802.8 Fiber Optic TAG (Technical Advisory Group)

™ Nhóm tư vấn kỹ thuật sợi quang tạo ra chuẩn mạng LAN cho sợi quang

sử dụng trong mạng máy tính Token Passing như FDDI Đây là một phần của các chuẩn trong nhóm IEEE 802

¾ IEEE 802.9 Integrated Services LAN (các dịch vụ mạng LAN tích hợp)

™ Dùng để tích hợp truy nhập thoại và dữ liệu qua các trạm cáp xoắn đôi loại 3 sẵn có, còn được biết đến với tên IsoEthernet IsoEthernet kết hợp 10 Mbps Ethernet và 96 kênh B-ISDN 64 Kbps Ban đầu nó được triển khai để cung cấp dữ liệu và thoại/video qua cùng một dây mà không có suy hao bằng cách ghép một số lượng độ rộng băng tần ấn định vào Ethernet và kênh B

™ Có một vài nhà cung cấp hỗ trợ cho IsoEthernet nhưng đã biến mất trên thị trường và nhóm này đã ngừng hoạt động

¾ IEEE 802.10 Interoperable LAN Security (bảo mật mạng LAN tương thích)

™ Là chuẩn truyền thống cho các chức năng bảo mật có thể được sử dụng ở

cả LAN và MAN dựa trên các giao thức của IEEE 802

™ 802.10 dùng để quản lý sự kết hợp bảo mật và quản lý khóa cũng như điều khiển truy nhập, sự bảo mật và toàn vẹn dữ liệu

™ Chuẩn IEEE 802.10 ra đời vào tháng 1 năm 2004 và nhóm này hiện tại không còn hoạt động nữa Giao thức ISL (Inter - Switch Link) của Cisco hỗ trợ cho

VLANs trên Ethernet và các công nghệ mạng LAN tương tự đều dựa trên chuẩn 802.10

¾ IEEE 802.11 a/b/g/n Wireless LAN (WLAN) & Mesh (Wi-Fi certification)

(Mạng LAN/WAN không dây và lưới - chuẩn Wifi ):

™ Là chuẩn mạng cục bộ không dây WLAN (Wireless LAN) được phát triển bởi IEEE 802 cho phổ công cộng 2.4, 3.6 và 5 GHz

¾ IEEE 802.13

™ Là chuẩn sử dụng cho 100BASE-X Ethernet (Fast Ethernet) Thực chất giống 10BaseT của chuẩn IEEE 802.3 cho phép tốc độ dữ liệu là 100 Mbps sử dụng chuẩn mạng bus, các gói liên kết dữ liệu và các giao thức truy nhập CSMA/CD

¾ IEEE 802.14 Cable modems

™ Chuẩn IEEE 802.14 hiện tại đang chuẩn hóa giao thức MAC cho cáp tivi dựa trên các mạng dữ liệu Giao thức này sẽ hỗ trợ các yêu cầu QoS (Quality of Service) của các loại đa lưu lượng bao gồm CBR, VBR và ABR

™ Về cơ bản gồm một vài giao thức MAC khác nhau

¾ IEEE 802.15 Wireless PAN bao gồm

™ IEEE 802.15.1 Bluetooth certification (chuẩn bluetooth)

™ IEEE 802.15.2 IEEE 802.15 và IEEE 802.11 kết hợp

™ IEEE 802.15.3 High-Rate wireless PAN

™ IEEE 802.15.4 Low-Rate wireless PAN (e.g ZigBee)

™ IEEE 802.15.5 Mesh networking for WPAN (mạng lưới cho WPAN)

™ IEEE 802.15.6 BAN (Body Area Network)

™ IEEE 802.15.7 VLC (Visible Light Communication)

¾ IEEE 802.16 Broadband Wireless Access (WiMAX certification) và IEEE

™ Được thành lập năm 1999 để phát triển các chuẩn cho sự triển khai mạng WMAN băng rộng toàn cầu

™ Còn được gọi là Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

¾ IEEE 802.17 Resilient packet ring :

™ Là chuẩn được thiết kế cho việc tối ưu hóa trao đổi lưu lượng dữ liệu qua mạng vòng sợi quang Nó cung cấp độ bền ở trong mạng SONET/SDH (độ bảo vệ

50 ms) nhưng thay vì cài đặt các kết nối mạch điện có định hướng, nó cung cấp gói

dữ liệu truyền dẫn để tăng hiệu quả dịch vụ Ethernet và IP

¾ IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG:

Là một nhóm của IEEE 802- LAN/MAN Standards Committee (LMCS) Nhóm hiện nay bao gồm sáu dự án cho các hệ thống vô tuyến

™ IEEE 802.11 (Wireless Local area network- WLAN)

™ IEEE 802.15 (Wireless Personal area network - WPAN)

™ IEEE 802.16 (Wireless Metropolitan area network - WMAN)

™ IEEE 802.20 (Wireless Mobility)

™ IEEE 802.21 (Hand-off/Interoperability Between Networks)

™ IEEE 802.22 (Wireless Regional area network - WRAN)

¾ IEEE 802.19 Coexistence TAG

™ Là sự kết hợp giữa nhóm tư vấn kỹ thuật không dây (WTAG) trong IEEE

802 TAG giải quyết sự tồn tại đồng thời giữa các mạng không dây không có giấy phép, chúng có thể hoạt động trong cùng một tần số không được đăng ký trong cùng một khu vực gây ra nhiễu giữa hai mạng không dây

¾ IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access

™ Cung cấp một hệ thống truy nhập không dây băng rộng di động (MBWA- Mobile Broadband Wireless Access) cho người sử dụng

™ Xu hướng IEEE 802.20 cho phép triển khai mạng không dây băng rộng di động toàn thế giới sử dụng các thiết bị đa nhà cung cấp

™ Mobile-Fi (cái đích MBWA hướng tới) cung cấp một giao diện với giá rẻ, luôn luôn bật kết nối băng rộng di động sử dụng công nghệ không dây

¾ IEEE 802.21 Media Independent Handoff (chuyển giao độc lập phương tiện)

™ Là chuẩn IEEE thành lập năm 2008, hỗ trợ các thuật toán cho phép chuyển giao không mối nối giữa các mạng của cùng một loại cũng như chuyển giao giữa các mạng khác nhau còn được gọi là Media Independent Handover (MIH) hoặc chuyển giao dọc

™ Chuẩn cung cấp thông tin cho phép chuyển giao đến và từ các mạng tế bào, 802.11, 802.15, 802.16 và 3G qua các cơ chế chuyển giao khác nhau

™ IEEE 802.21 đang phát triển để cho phép chuyển giao và tương thích giữa các loại mạng không đồng nhất bao gồm cả các mạng chuẩn 802 và mạng không theo chuẩn 802

¾ IEEE 802.22 Wireless Regional Area Network (mạng toàn khu vực không dây)

™ Xác định một hệ thống cho mạng không dây toàn khu vực - Wireless Region Area Network (WRAN) sử dụng các khoảng trắng hoặc không sử dụng trong các dải vô tuyến từ 54 đến 862 MHz, đặc biệt trong các khu vực nông thôn nơi nhu cầu sử dụng thấp hơn

™ Chuẩn sử dụng công nghệ vô tuyến nhận thức để đảm bảo rằng không có quá nhiều nhiễu ảnh hưởng đến các dịch vụ vô tuyến sử dụng các băng vô tuyến, do

đó 802.22 là chuẩn đầu tiên kết hợp đầy đủ khái niệm vô tuyến nhận thức

™ Hướng đến hỗ trợ các thiết bị miễn đăng ký trên nền tảng phổ không nhiễu mà được cấp phát cho dịch vụ truyền thông quảng bá Với tốc độ hoạt động phù hợp với nhiều dịch vụ khác được cung cấp bởi các dịch vụ DSL/ADSL, nó có thể cung cấp kết nối băng rộng sử dụng phổ trên danh nghĩa được cấp phát bởi các dịch vụ khác mà không có nhiễu

¾ IEEE 802.23 Emergency Services Working Group (nhóm dịch vụ khẩn cấp)

™ Mới được thành lập vào ngày 25 tháng 3 năm 2010

Trong thư viện IEEE 802 có các chuẩn mạng IEEE cho mạng băng rộng như sau:

™ 3.3.1 IEEE 802.3 [24]

™ IEEE 802.3 là chuẩn dành cho mạng LAN và MAN

™ Có rất nhiều loại của chuẩn 802.3 như mô tả ở bảng dưới đây:

trong bộ giao thức Internet

IEEE 802.3 1983

10BASE5 10 Mbit/s (1.25 MB/s) qua cáp đồng trục dày Cũng giống như Ethernet II trừ trường Type được thay thế bởi trường Length, và tiêu đề LLC

của 802.2 gắn sau tiêu đề của 802.3

802.3a 1985 10BASE2 10 Mbit/s (1.25 MB/s) qua cáp đồng trục

mỏng

802.3c 1985 10 Mbit/s (1.25 MB/s) sử dụng các trạm lặp

802.3d 1987 FOIRL (Fiber-Optic InterRepeater Link)

802.3e 1987 1BASE5 hoặc StarLAN

802.3i 1990 10BASE-T 10 Mbit/s (1.25 MB/s) qua cáp xoắn đôi802.3j 1993 10BASE-F 10 Mbit/s (1.25 MB/s) qua cáp quang

802.3u 1995 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX Fast

Ethernet at 100 Mbit/s (12.5 MB/s)

802.3x 1997 Truyền song công và điều khiển luồng, kết hợp cả

khung DIX, không còn là một khe DIX của 802.3

802.3y 1998 100BASE-T2 100 Mbit/s (12.5 MB/s) qua cáp xoắn

đôi chất lượng 802.3z 1998 1000BASE-X Gbit/s Ethernet qua cáp quang ở 1

Gbit/s (125 MB/s)

802.3-1998 1998 Phiên bản cơ bản kết hợp những chỉnh sửa của các

802.3ad 2000 Link aggregation cho các kết nối song song khi

chuyển sang IEEE 802.1AX 802.3 - 2002 2002 Phiên bản cơ bản kết hợp ba cách sửa đổi trước 802.3ae 2003

10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet qua cáp;

10GBASE-SR, 10GBASE-LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW 802.3af 2003 Power over Ethernet (12.95 W)

802.3ah 2004 Ethernet in the First Mile

802.3ak 2004 10GBASE-CX4 10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet

802.3ap 2007 Backplane Ethernet (1 and 10 Gbit/s (125 and 1,250

MB/s) qua mạch in

802.3aq 2006 10GBASE-LRM 10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet

qua sợi quang đa mode

802.3as 2006 Mở rộng khung

802.3at 2006 Cải tiến Power over Ethernet (25.5 W)

802.3au 2006 Những yêu cầu cách điện cho Power Over Ethernet

(802.3-2005/Cor 1)