DATA COMMUNICATION and COMPUTER NETWORKS (Part 1)

Course Information Data communication networks and open system standards; transmission media; data transmission in physical layer; data link controls; technologies of local area networks and wide area networks; communication architecture and protocols.

Instructor: Chaiporn Jaikaeo

This file was created for 1st Semester, 2011

Chapter 1: Overview

นยามของการสอสาร Data Communication = Transfer of data from one device to another via some form of transmission medium. (p.4)

ตวอยาง ในการสงขอมล เราจะสบขอมลใหเลกลง แลวแปลงเปน bit stream แลวแปลงเปนสญญาณทางไฟฟาตอ แลวสงไปใหผรบ ซงจะแปลงกลบจนไดขอความ

องคประกอบของการสอสาร การสอสารประกอบดวยองคประกอบส าคญซงจะขาดไมได โดยประกอบไปดวย

Data/Message Sender Receiver Medium คอสอทเราใชในการสง (อยางเดยวกบ media) Protocol บอกวาเราจะสอสารกนดวยวธอะไร มกฎเกณฑอยางไร

การแทนขอมล (Data Representation) เนองจากระบบคอมพวเตอรท างานกบตวเลข ไมวาอยางไรเรากจะตองแทนขอมลดวยระบบตวเลขใหได การแทนขอมลดงกลาวกจะแตกตางกนไปตามแตชนดขอมลนนๆ เชน

เลขจ านวนเตม แทนดวยจ านวนในระบบฐานสอง และ 2’s Complement เลขจ านวนจรง แทนโดยใช floating point ชนดตางๆ เชน IEEE-754 ขอความ มวธแทนขอความหลายแบบ เชน

o ASCII เปนระบบทใชงานงาย มขนาดเลก o Unicode สามารถแทนตวอกษรครอบคลมมาก แทนไดแทบทกภาษา (เขยน) ในโลก

Data Communication and Computer Networks, part 1 2 o รหสเฉพาะทออกโดยองคกรตางๆ เชน TIS-620 (“รหส สมอ.”)1 o รหสอนๆ ทเคยมการพฒนาเปนบางชวง เชน “รหสเกษตร”2

ภาพ เชน JPEG, GIF, PNG สญญาณเสยง เชน .WAV (ใช sampling ธรรมดา) หรอ MP3 (ม compression) Video โดยอาจบนทกเปน sequence ของภาพกได

Protocols and Standards มาตรฐานในการสงขอมลมหลายแบบ ในหลายๆ ครง การไมสงอะไรกถอเปนการสอสารแบบหนงไดเชนกน (อาจหมายถง ท างานไดสมบรณโดยไมมปญหา เชนในระบบ UNIX) แตไมวาจะอยางไรกตาม กฎเกณฑในการสงตองมความชดเจน โดยเฉพาะในระดบอปกรณ เพอใหการสงไมผดพลาด

Protocol = Set of Rules Governing Data Communications

ประกอบไปดวย

Syntax บอกรปแบบของตวขอมล Semantics บอกความหมายของแตละสวน Timing ก าหนดล าดบและเวลา (Sequencing and Speed)

Standards

ในการสอสารทมผใชงานรวมกนมากมาย เราจ าเปนตองมมาตรฐานทชดเจน โดยมาตรฐานอาจเกดจาก

De Facto (มการใชงานกนทวไป แมไมไดรบการรบรองจากองคกรใดๆ) เชน o การสงงานดวยไฟล .doc o Ethernet

De Jure (มการรบรองโดยองคกร) โดยอาจมาจาก o องคกรทรางมาตรฐานตางๆ เชน ISO, ITU-T, ANSI, IEEE o “Forums” หรอทประชมรบรอง o องคกรควบคมตางๆ เชน FCC หรอ กสทช.

ทศทางของขอมล เราสามารถจ าแนกการสอสารโดยอาศยทศทางของขอมลได โดยจะแยกออกมาไดเปน

Simplex หรอการสอสารทางเดยว มผสงฝายหนง ผรบฝายหนง ไมมการสลบบทบาท เชน o การสงขอมลออกจอภาพ o การพมพขอมลดวยคยบอรด o ผหญงกบผชาย (?)[Citation needed]

1 สามารถอานตวมาตรฐาน (ฉบบออนไลน) ไดทเวบไซต http://www.nectec.or.th/it-standards/std620/std620.htm 2 ผเขยนหาตวรหสเกษตรไมพบ แตพบวธแปลงรหสเกษตรเปน สมอ. ดไดท http://vuthi.blogspot.com/2004/09/blog-post_16.html

Data Communication and Computer Networks, part 1 3 Half-Duplex สอสารโดยมผสงฝายหนง ผรบฝายหนง แตสลบบทบาทได เชน

o การสงขอมลระหวาง Client-Server o วทยสอสาร o รถไฟรางเดยว o พอรต USB

Full-Duplex เปนการสอสารทสงและรบไดพรอมกน (คอพดสวนกนได) เชน o โทรศพท o ระบบ Half-Duplex ทมความเรวสงพอ เราอาจรบรวาเปน Full-Duplex ได

Chapter 2: Networks & Models Network: a set of devices connected by media links

Type of connection

Point-to-point เชอมกนแคสองเครอง เชน สายแลน Multipoint ตว connection ผานหลายเครอง เชน bus, wireless

Topology (Network) Topology หรอความหมายตามพจนานกรม “แบบโครงสรางเครอขาย”3 และนยามวา “แบบการจดวางองคประกอบของเครอขายเฉพาะ โดยจะเปนโครงสรางขององคประกอบทจบตองได (real/physical) หรอสมมต (logical/virtual)”4 โดยรปแบบทวๆ ไปทควรรจกมดงตอไปน

Mesh (special case: Fully Connected) o ใชสาย (หรอการเชอมตออนๆ) จ านวน ชอง o อตราสงขอมลสงและปลอดภยมาก เพราะทกคนม link เปนของตวเอง o แพงมาก ปรบแกระบบยากมาก o ลมยาก เพราะถาการเชอมตอหนงลมกใชอนอนแทน o เหมาะกบ backbone

Star o ตอดวย Hub หรอ Switch (ปจจบนใช Switch มากกวา) เปนศนยกลาง o ใช N สาย (ไมรวม hub) o Wireless Access Point กเปน "hub" อยางหนง o ขยายไดงาย ใช I/O นอย แตม single-point of failure (hub เจง เนตลมหมด)

Bus o เดนสายเมนยาวๆ แลว tap เอา

3 http://dict.longdo.com/search/topology, retrieved 2011-10-14 4 นยามจาก ATIS Telecom Glossary 2011 http://www.atis.org/glossary/definition.aspx?id=3516, retrieved 2011-10-14

Data Communication and Computer Networks, part 1 4 o เอา terminator ปดสญญาณรบกวน o ถาสายหลกขาดกลมหมด เพราะ terminator หายไป

Ring o ตอกนเปนวง o ตดตงงาย แกไขงาย (เพราะ connection แยก ไมเหมอน bus) o ถา ring ใหญจะชามาก และถาเสยจดเดยวลมหมด

Hybrid o ผสมกนเพอวตถประสงคเฉพาะ

Ring Mesh Star

Fully Connected

Bus

Figure 1 Topology แบบตางๆ

Ad-Hoc Wireless Topology

บางทเราอาจสงสยวาการสงขอมลผานระบบ Ad-Hoc (ทเราอาจเอามาใชตดอทในหลายๆ ครง) เปน topology แบบใดกนแน? ถาเราตอบงายๆ กอาจบอกวาเปน Mesh แตในทางปฏบตนน Topology สามารถปรบได (โดยอาจใชก าลงสงหรอชองสญญาณ เปนตน) เพอวตถประสงคตางๆ เชน การใชพลงงาน [Wattenhofer, Li, Bahl, Wang, 2001] การรบกวน [Santi, 2005] เปนตน

Network Category เครอขายสามารถแบงออกเปนขนาดไดอก โดยมขนาดดงตอไปน

PAN (Personal Area Network) มกใชหมายความถง Bluetooth โดยเฉพาะ LAN (Local Area Network) เชน ระดบส านกงาน วทยาเขต MAN (Metropolitan Area Network) หรอเครอขายเขตเมอง เชน เครอขายนนทร WAN (Wide Area Network) อยในระดบประเทศขนไป รวมไปถงระดบนานาชาต

Internetwork หมายถง การเชอมตอกนของ network มากกวาหนงตว สวนใหญมกจะตองค านงถงความแตกตางกนของโปรโตคอลดวย เพราะ internetwork สามารถมลกษณะเปน “hybrid” ได ถาจะพดกนงายๆ กคอ network of networks

ทงน บางครงเราเรยก Internetwork วา internet เฉยๆ (สงเกตวาไมใช The “I” nternet) ซง The Internet กเกดมาจาก internetwork เชนกน

Data Communication and Computer Networks, part 1 5

Switching ในการสอสารระหวางเครอง เราจ าเปนทจะตองมการก าหนดเสนทางให หลกการก าหนดเสนทางไมวาจะโทรศพท (มสาย) หรอคอมพวเตอรกมหลกการไมตางกนมากนก ไดแก

Dedicated Circuit เปนการจดสายเฉพาะคสายใหส าหรบทกคสายทจะใช Circuit Switching เปนการ switch วงจรใหทงสองฝายมาเจอกนไดกอนทจะเรมสงขอมล Packet Switching เปนการตดขอมลเปนกอนเลกๆ แลวกระจายออกไป เมอถงเปาหมายกประกอบกลบเปนขอมลเดม

ในปจจบน เราสงขอมลโดยใชแบบ Packet Switching (Circuit Switching ใชในระบบ voice telephone)

Layers การท างานของระบบเครอขายจะท างานเปนล าดบชน คลายกบการสงจดหมาย คอ เราไปทไปรษณย จายเงนแลวสงจดหมายให ทเหลอเราไมรบร บทบาทของไปรษณยกคอเอาจดหมายไปสงใหถงโดยอานตามทจาหนาไวเทานน ผรบกเปดจดหมายโดยไมสนใจวาจดหมายมายงไง (รแความาจากเรา)

Application

Transport

Network

Data Link

Physical

User

Transmission

Application

Transport

Network

Data Link

Physical

User

Figure 2 (Slightly adapted from) TCP/IP Layers

ในระบบเครอขายกเชนกน เราใช Layers ในการแบงล าดบชนและหนาทใหชดเจนวาแตละชนตองท าอะไรบาง ในระดบนเราจะเรยนระบบ Layers ของ TCP/IP ซงในทนเราจะยกมา 5 Layers คอ Application, Transport, Network, Data Link และ Physical (ในระบบ TCP/IP จรงๆ จะมองวา Data Link กบ Physical รวมกน ในทนขอแยกเพอใชประกอบการเรยน)

หนาทของแตละ Layer มดงน

Application Layer o เปนสวนทตดตอกบผใชโดยตรง o ท างานบน Application-layer protocol เชน HTTP FTP o น าขอมลมาใส header ตาม protocol แลวโยนให Transport

Transport Layer o ม 2 protocol หลกไดแก TCP และ UDP (ปจจบนม SCTP เพมมาอก) o ท าหนาทสอสารระหวางโปรเซส o แบงขอมลในการสงเปน packet

Data Communication and Computer Networks, part 1 6 Network layer

o ท าหนาทเกยวกบ IP ทกรปแบบ o มองการสอสารแบบ end-to-end คอมองตวเอง และเครองทคยดวยเทานน

Data Link Layer o มองการสอสารแบบ hop-to-hop คอมองตวเอง กบสถานรายทางทจะไป o จดขอมลเปนเฟรม (Frame) แลวโยนให Physical Layer o เปน Layer ทท างานกบ MAC Address

Physical Layer o ไมมองอะไรทงนน หนาทเดยวคอแปลงสญญาณบตเปนสญญาณทสงไดใน “โลกภายนอก” โดยใชอปกรณทม

เชน สายไฟ ใยแกวน าแสง เปนตน สงไปใหถง แลวหาทางแปลงกลบใหเหมอนเดม

L5 Data H5

L4 Data H4

L3 Data H3

L2 Data H2T2

L5 Data H5

L4 Data H4

L3 Data H3

L2 Data H2T2

0111011010101001010101001 0111011010101001010101001

5

4

3

2

1

5

4

3

2

1

Figure 3 Diagram of TCP/IP Layers

Internet Model เปนภาพรวมทงหมดของการสงขอมล วาขอมลจะถกแปลงเปนสญญาณตรงไหน และผานชนอะไรบาง ทเหนยอนขนไป Network ดวยกเปนเพราะ router รายทางตองเปดดวาตองการสงไปทไหน จะไดจดเสนทางตอได

Application

Transport

Network

Data Link

Physical

Network

Data Link

Physical

Network

Data Link

Physical

Application

Transport

Network

Data Link

Physical

Router Router

Figure 4 Internet model with routing

OSI Model OSI (Open Systems Interconnection) เปนรปแบบการสอสารทก าหนดโดย ISO (ISO made OSI) รายละเอยดจะมากกวา TCP/IP model นดหนอย คอแบง Layer ดงน

o Application

Data Communication and Computer Networks, part 1 7 o Presentation o Session o Transport o Network o Data Link o Physical

โดยม Presentation และ Session เพมมาสองตว แตรายละเอยดเราจะยงไมพดถง (Presentation กบ Session เปนรายละเอยดปลกยอยพอสมควร) และระบบนจะเรยก Application Layer วา Layer 7 (L7)

Chapter 3: Physical Layer: Data and Signals

Analog and Digital Signals สญญาณในโลกนถาแบงงายๆ กมสองชนดคอสญญาณ analog ทมคาใดกได และ digital ทมคาจ ากด (จ ากดจ านวนขนทม) ในการสอสารเราจะตองเลอกใชสญญาณทงสองใหถกตองเพอใหเกดประโยชนสงสด ทงน ค าวาสญญาณ digital ไมไดมขอก าหนดวาตองเปนสญญาณของจ านวนเตมหนวย (1V, 2V, …) แตจะเปนทศนยมกได ตราบใดทจ านวนขนบนไดมจ ากด

เราสามารถแปลงสญญาณ Analog และ Digital กลบไปมาไดโดยใชอปกรณตางๆ ซงเราจะคอยๆ กลาวถงเมอจ าเปน

Sine Wave ในการวเคราะหระบบของ Signal ม Transmission Medium สงขอมลเขาไปจะไมมทางเหมอนเดม สญญาณคลนเกดจากหลายๆ องคประกอบของ sine wave รวมกน (Fourier)

General Form ของคลนไซนคอ ซง Cosine Wave กคอ Sine ท เทานนเอง

Time and Frequency Domains สญญาณทถกผสมเขาดวยกนในแกนเวลา สามารถเปลยนมามองเปนแกนความถไดโดยเปนการแยกออกมาวาทความถเทาไหรมแอมพลจดเทาไร ทตองแปลงคลนหรอสญญาณใหอยในแกนความถ เปนเพราะการผสมสญญาณบางประเภทเราใชความถในการผสมกน ท าใหเราตองวเคราะห (หรอสงเคราะห) โดยใช frequency domain

Fourier analysis Any periodic signal can be represented as a sum of sinusoidal signals

สญญาณทกแบบประกอบดวย

DC Component (บางครงกมาในรปของ “offset”) AC Components (s เพราะสวนมากมหลายความถ)

o fundamental freq. (f0) o harmonics (multiples of f0)

Data Communication and Computer Networks, part 1 8 แตอยางไรกตาม เราตองรดวยวาเฟสเปนอะไรบาง แตถาเราท า Fourier แลว เราจะได Peak Amplitude และ Phase Shift ออกมา

Fourier มสามฟอรม

Amplitude-Phase Form Sine-Cosine Form

o มองวาสญญาณเกดจาก Sine, Cosine o บวกกนโดยการแตกแกน

Complex exponential Form (Euler) o เปนแบบทคนใชเยอะสด o มาจาก Euler Formula อธบายในรป o มความถดานบวกและลบ ถาจบบวกกนจะกลบมาไดของเดม

Bandwidth คอความกวางชวงสญญาณทใชงานไดของสอ เชน ใชงาน 1000-4000Hz จะไดวา Bandwidth = 4000 - 1000 = 3000Hz

Cutoff Frequency คอความถทตดสญญาณไปครงหนง

นอกจากจะพดถงสอแลว Bandwidth ยงหมายถงความกวางของสเปคตรมของเราดวย

Properties of Digital Signals Bit Rate = bits per second

Bit Interval = duration of 1 bit

Periodic Signal -> Discrete Frequency Domain

Aperiodic Signal -> Continuous Frequency Domain

Discrete Time Signal -> Periodic Frequency Signal

Baseband Transmission ไมมการ shift ความถ สงไปตามนนเลย ชองสงสญญาณจะตองเปน low-pass filter เพราะจะตองรองรบ 0Hz ดวย

การบดเบอนของสอเกดไดจาก สภาพความเกบประจ ความถสงลงกราวนด เกดดรอปบนสาย ทงน จะเกดกบสญญาณความถสงมากกวา ท าใหพลงงานสวนใหญไปอยกบความถต า จงตองใช channel ทใหความถต าผานได ดงทกลาวไปแลว

หากตองการใชชองสญญาณทสงขน จะตอง shift ไป

การเพม harmonic เขาไปจะชวยใหคณภาพสญญาณดขน แตกจะท าใหสญญาณม bandwidth มากขนไปดวย

Band Pass Filter

เวลาเจอ Band Pass filter (ใหความถผานไดเฉพาะชวง) เราจะสงแบบ baseband ไมได เพราะความถสวนใหญจะต า เราตอง shift ความถ คอใช Modulation ซงเราจ าเปนตองใชใน bandpass channel ตางๆ เชน วทย โทรศพท

Figure 5 Adding Sine-Cosine waves

Data Communication and Computer Networks, part 1 9

Transmission Impairment

Attenuation

สญญาณถกลดทอนเนองจากการเสยพลงงาน

ความถสงจะดรอปมาก เพราะเกดจาก capacitance ทจะชอตความถสงๆ ลงกราวนด

Relative Signal Strength

เปนการเทยบสญญาณเดมกบสญญาณใหมวาพลงงานหางกนกเทา โดยใชสตร (

) เพอใหไดการเปรยบเทยบ

งายๆ ถา dB เปนบวก แสดงวาสญญาณเพมก าลงขน

ขอย าอกครงวา ตองตความในรปก าลง ถาได Voltage มาตองใสความสมพนธ

ดวย

ถาเรามสญญาณ 53dB กบ 63dB จะไดวา สญญาณ 63dB แรงกวาในแงก าลง 10 เทา ทงน เลข 3dB มความส าคญ เพราะสามารถเทยบเคยงไดประมาณ 2 เทา (คอถอด log แลวไดประมาณ 2)

dBm เปนหนวยพเศษทเปน absolute โดยเทยบกบ mW: โดย Pm เปน milliwatts เชน 100mW = 20dBm

Example: Wire loss

Wire Loss = -0.3dB/km, wire is 5km long, source power = 2mW, what is the result power?

มสองวธทจะท าได

วธตรง

สญญาณมการเสยพลงงาน 0.3dB/km * ระยะทาง 5km = 1.5dB

(

)

โดยใช dBm

เนองจาก 2mW มคาประมาณ 3dBm เมอเสยก าลงไป 1.5dB เรากเอามาลบกน เหลอ 1.5dBm แปลงกลบดวย log จะได 1.41589mW

Distortion

เปนการเปลยนแปลง phase สวนใหญมกเกดกบสญญาณแสงในใยแกวน าแสง เพราะมการสะทอนกลบไปมาภายใน

Noise

เปนสญญาณจากภายนอก มหลายชนด มกจะหลกเลยงไมได

Thermal Noise เกดจากการขยบของอเลกตรอนในตวน าทอณหภมสงกวา 0K หลกเลยงไมได (สมแทเลยทเดยว)

Data Communication and Computer Networks, part 1 10 Crosstalk เกดทการสงสญญาณในโลหะ เมอกระแสเปลยนจะเกดสนามแมเหลกเหนยวน าอกเสน แกไดโดยตเกลยว

สายใหมการตเกลยวตรงขามกน การแกไขนพบไดในสายเชน STP, UTP Impulse เกดจากการ spike ของคลนแมเหลกไฟฟาภายนอก เชน ฟาผา ยกตวอยางเชน ใสสรอยแลวฟาผาใกลๆ กจะ

เหนยวน า ... (คนใสก...) มลกษณะ Short Duration, High Amplitude เราจงควรหลกเลยงสงทถกเหนยวน าไดเวลาท างานสนาม

Signal-to-Noise Ratio

ถามาเปน dB กลบกน กจะได SNR แบบ dB

Example: Find SNR if signal 10mW, noise 1uW

หรอใช dBm กได โดยจะเปน: 10mW = 10dBm, 1uW = -30dBm ลบกนได 40dB

Data Rate

Nyquist Theorem (Noiseless)

Nyquist (Rate) Theorem

โดยท L เปนจ านวน signal levels ซงถอด log2 มากจะไดจ านวนบต

Example: สญญาณ 265kbps, 20 kHz bandwidth, ใหหาจ านวน Levels

ปดขนเปน power of two ได 128 levels โดยถาแปลงกลบโดยใชสตรเดมจะได 280kbps

Shannon Capacity (Noisy)

Shannon Capacity

Data Communication and Computer Networks, part 1 11 โดย Capacity (max bit rate) มหนวยเปน bps

อธบายงายๆ คอถา SNR สง กใส bit rate ไดสง โดยไมเกยวกบจ านวน levels ของสญญาณ

Ex. telephone line, bandwidth 3000; SNR 3162, calculate Capacity

ทงน Shannon Capacity เปนคาในอดมคต

ใชทงสองสมการ

ในบางครงเราอาจเจอโจทยทใชทงสองสมการเลย เราตองแกโดยใช Bandwidth (Hz) เปนตวเชอมทงสองสมการ

Example: 1023mW signal, 1mW noise, Capacity 5Mbps, 16 levels, find Bit Rate

(โจทยแตงเอง) ถาเราน าทงสองสมการมาผสมกน เชอมดวย Bandwidth จะได

From Shannon:

(

)

From Nyquist:

Network Performance เราคงชนกบการด Bandwidth มาแลว โดยเรากจะวดเปน bps เชน เนต 7 Mbps (แตอยาลมวา Bandwidth หมายถงขนาดชองสญญาณมหนวยเปน Hz ไดดวย) อนทจรงแลวเราสามารถวด Network Performance ไดอกหลายแนวทาง เราจะมาดกน

Latency

คอเวลาทใชในการสงขอมล เราแยกออกเปน

Propagation Time o เวลาทบตใดบตหนงวงจากตนถงปลายทาง o Propagation Time = Distance / Propagation Speed o Propagation Speed คออตราเรวจรง เชน 0.7~0.8c ในสายทองแดง

Transmission Time o เปนเวลาทบตแรกจนถงบตสดทายผานจดๆ หนง

Queuing Time o เปนเวลาทเกดจากเครองสง

Processing Time

Data Communication and Computer Networks, part 1 12 o เปนเวลาทเกดจากเครองรบ

Bandwidth-Delay Product

มองทอเปนชองการสอสาร พนทหนาตดกจะเปน bandwidth และความยาวเปน delay ท าใหปรมาตรเปน bandwidth * delay

ในการออกแบบระบบ เรามกพยายามให “ทอ” ดงกลาวเตมพอด

Chapter 4: Digital Transmission

Line Coding เปนการแปลงขอมล binary (0/1) ใหเปนสญญาณดจตอล เรามวธแปลงสญญาณเหลานหลายแบบ เราจะมาศกษาในบทน

Signal Levels and Data Levels Signal Levels = จ านวนระดบสญญาณ (0V, 5V, …) Data Levels = จ านวนคาทใชได (0, 1, …)

เราเพมจ านวนระดบสญญาณตามสมการของ Nyquist โดยถา bit rate เทาเดมจะท าให bandwidth แคบลงมา แตถา bandwidth เทาเดมจะท าให bit rate สงขน (โดยจะไมสามารถท าใหเกน Shannon Capacity ได)

เราจะก าหนดตวแปร r ใหเปนสดสวนระหวางจ านวนบตตอระดบสญญาณ เชน ใช 3 ระดบสญญาณแทนคา 4 บต กจะม r=4/3

Encoding Considerations Signal Spectrum (ชวงคลนทจะใช)

o เราไมควรม DC part เพราะ DC5 จะ “ถกใชงานตลอด” ท าใหเปลองพลงงาน และอาจถกตดออกในชองการสอสารตางๆ ได

o พยายามอยาใหมสญญาณความถสง เพราะถกตดออกดวยชองสญญาณ ซงมกเปน low-pass Clocking / Sync (การใหจงหวะ)

o การสงผดจงหวะ จะท าใหคาทไดผดไป o เราอาจแกไดโดยเพมขอมลปรบสญญาณ แยกสาย CLK หรอใช encoding บางชนดทแกปญหาน เชน

Manchester encoding (Positive edge = 0, Negative edge = 1) Error Detection (การตรวจสอบความผดพลาด) Noise Immunity (การตานทานสญญาณรบกวน) ราคา!!! ความซบซอนท าใหราคาแพง

Methods of Line Coding ส าหรบตวอยางของ Line Coding ใหดในภาคผนวก

5 ไมใช Marvel #แปก

Data Communication and Computer Networks, part 1 13

Unipolar Encoding

ใช voltage level เดยว ม DC component แตท างายมาก เชน (0, 1) => (0V, 5V)

Polar

ใชไดทงไฟบวกและไฟลบ

Non-return-to-zero (NRZ) o บวก = 1, ลบ = 0 o มแบบยอยคอ NRZ-I โดยใหกลบคาสญญาณหากบตเปน 1 ซงท าใหสามารถสลบสายสญญาณไดโดยไมม

ปญหา6 o พลงงานสวนใหญอยในชวง 0-0.5bitrate o เกด DC Component

Return-to-Zero (RZ) o สญญาณแบบ (-5V,0V) = 0 และ (5V,0V) = 1 o เกด DC Component นอยกวา NRZ

Manchester o Negative Edge = 0, Positive Edge = 1 o ใช 2 level (RZ ใช 3)

Differential Manchester o พจารณาสญญาณท edge โดยถาเปน 1 ให “สลบ” ชนดสญญาณ

Bipolar

Bipolar AMI (Alternate Mark Inversion) o Data 0 => Signal 0 o Data 1 => Signal +/- (สลบกน คราวนบวก คราวหนาลบ เปนตน) o DC component นอยลง เพราะถาม 1 ตอเนองสญญาณจะสลบมาก o Synchronize ยาก

BnZS (Bipolar n-zero Substitution) o ใชสญญาณพเศษสงไปแทน 0 ทตดกน n ตว o จะใชรปแบบทเกดใน AMI ไมได เชน ถาขอมล 1 ทแลวเปนอะไร เราสงโดยใชตวนนอก

Multi-Level

ใชไฟไดหลายระดบ เชนแบบ mBnL หมายถง data m แบบ encode เปนสญญาณ n ระดบ เชน 2B1Q map จาก (00,01,10,11) เปนไฟ (-3, -1, +3, +1) V

ใช bandwidth นอยลง (ตามสมการ Nyquist) แตฮารดแวรจะซบซอนขน และผลจาก noise จะท าใหตความยากขน

6 การดวาบตสลบเมอไหร และแตละบต (หรอกลมบต) แทนดวยสญญาณอะไร ใหดในขอสอบเปนหลก ทเขยนในนไมใชสตรส าเรจ ตวอยางเชน NRZ-I ของเรา ให 1 เปน “สลบ” แต USB Mode 1 ให 0 สลบ เปนตน ถาไมมใหควรเปดต าราเทยบ แลวเขยนอางอง

Data Communication and Computer Networks, part 1 14

Block Coding มองขอมลเปนกอนใหญขนมา เพอ

ใส error detection เชน ขอมล 4 bit แตใช 5 bit โดยเพม error detection ลงไป ใส synchronization bit เชน 0/1 พเศษลงไป ใสสญญาณควบคมบางอยางทไมเกยวกบขอมล

Pulse Rate and Bit Rate

Pulse Rate

ส าคญ เนองจากในบางครงสญญาณอาจคงตวนานปกต เชน สงสญญาณ Manchester ดวยเลข 010101… หรอสงขอมลบางแบบทท าใหสญญาณนงผดปกต จะท าใหคา b (bits per pulse) เปลยนไปได

Analog-to-Digital Conversion เชน แปลงเสยงเปนไฟล หรอกลอง ADC ในโครงงาน practicum

คอมพวเตอรเกบอะไรทเปน continuous ไมไดเลย แตเนองจากสญญาณมทง time และ amplitude เราจงตองท าใหเปน discrete ทงสองแกน โดย sampling คอการแปลง discrete time และ quantization คอการแปลง discrete levels

Pulse Code Modulation (PCM)

แปลงสญญาณดวย sampling ไมท าใหขอมลเสยหาย ถาท าตาม Sampling Theory

Quantization Noise

Quantization Noise Ratio

การเพม 1 bit จะท าใหสญญาณม SNR เพมขน 6dB เรยกวา 6dB/bit approximation

Example: A telephone subscriber line must have an SNR above 40. What is the minimum number of bits per sample?

เพราะฉะนน ตองใช 7 หรอ 8 บตขนไป

Minimum Sampling Rate

เราไดบอกไปแลววา sampling ตามทฤษฎ จะท าใหสญญาณเสย เราจะมาพสจนอะไรบางอยางกน

Data Communication and Computer Networks, part 1 15 เราจะพสจนวา เมอ

(

)

(

)

(

)

(

)

ผลจากบทพสจนนบอกชดเจนวา ถามสญญาณ “discrete” แบบไซนความถใดๆ จะเกดสญญาณไซน “อกชดหนง” ทความถทเปนฮารมอนกกนดวย ท าใหเกด “กราฟความถรายคาบ” ขน เชน มสญญาณท 1Hz ท 1+Fs Hz กมสญญาณขนดวยหลงจากผาน sampling แลว

ถาให Fs มคามากๆ จะท าให 1+Fs มคาสง ท าใหเราสามารถแยกคลนออกมาไดเดดขาด ตดทงได

สมมต Fs = 8Hz และถาคลนของเราความถ 8Hz อย จะท าใหมการซอนทบกบ 1+Fs ได ท าใหเกดการตความผดพลาดได เพอปองกนไมใหเกด Aliasing เราจะตองแนใจวา Fs > 2Fmax (Fmax เปนความถ "สงสด" ของสญญาณ)

จากขอค านงทงหมดทไดกลาวมาแลว Nyquist (และอกหลายคนในเวลาตอมา) จงสรปเปน

The Sampling Theorem

Sampling rate must be greater than twice the highest frequency

Chapter 5: Analog Transmission

Digital-to-Analog Conversion ใชในการสงสญญาณแบบ Analog เพราะวาสญญาณ Digital มความถเยอะมากๆ (ถง infinite เลย) กระบวนการแปลงนเรยกวา Modulation (การแปลงกลบเรยกวา Demodulation) ทงน เรามกพบในรปแบบของกลองแปลงไป-กลบ เชน modem

Carrier Signals เปนสญญาณซายนธรรมดาทมความถสงขนมา โดยเราจะผสมสญญาณ "ของเรา" ลงไปบนน

Bit Rate & Baud (rate) Bit Rate คอจ านวนบตตอวนาท Baud (หรอ Baud rate) คอจ านวนตวสญญาณ (signal element) ตอวนาท เราเลอกไดวาจะใหมก baud และก bit ในชวงสญญาณหนงๆ คลายๆ กบใน digital

Data Communication and Computer Networks, part 1 16 Example:

Analog rate with 8000bps and 1000 baud. How many data elements are carried by each signal element? How many different signal elements do we need?

S = 1000, N = 8000, r and L unknown.

We will need 8 different signal elements.

Bit Rate & Baud Rate

Where r is number of different signals, S is signal rate (baud), and N is bit rate (bps)

Binary Amplitude Shift Keying หรอ Binary ASK โดยใชการ on-off เทานน โดย on = 1; off = 0 จะท าใหสญญาณถกยกไปไวท carrier frequency fc แทนทจะเปนศนย

ในการ implement เราสามารถ "คณ" สญญาณบต (ธรรมดา: 0V, 5V) เขากบตว oscillator ไดเลย

อยางไรกตาม การสงนกยงม bandwidth กวางๆ ได โดยขนอยกบ "ปจจย" หลายๆ อยาง ส าหรบในการศกษาระดบนเราจะเรยกวาคา d โดยท 0<d<1

Bandwidth & Signal Rate

Where B is bandwidth, d is a given factor (ideal: 0), and S is signal rate.

Ex.

We have bandwidth 100kHz, from 200 to 300kHz. What is the carrier frequency and the bit rate if we modulated our data by using ASK with d=1?

(

)

(ใชสตร signal rate เมอกดวย)

ส าหรบการท าใหเปน full-duplex เราสามารถใชการแยกสงสองชองสญญาณได

Data Communication and Computer Networks, part 1 17

Binary Frequency Shift Keying (FSK) ใชการปรบความถแทนสญญาณ จะเหมอนวาม carrier frequency สองอน เชน ใชความถสงแทน 1 และความถต าแทน 0 ท าใหเวลาเขา Fourier จะไดความถออกมาสองกอน

Implement ไดโดยใช voltage-controlled oscillator โดยเอาตวสญญาณเปน input แรงดนทตว bit จะไปควบคม VCO โดยตรง หากเราตองการใช multi-level กท าไดเชนกน ระบบนไมคอยใช

Binary Phase Shift Keying หรอ PSK เราอาศยการปรบ phase แทน ท าไดหลายเลเวล และทนทานตอ noise มากกวา การใชความถจะเหมอน ASK เพราะไมมการ shift frequency ซง Implement งายโดยใช polar input กบ oscillator โยนเขา multiplier

เราสามารถเพม Shift เขาไปได เชน Quadrature PSK มสญญาณสเฟส จงเปน 2 bit/baud โดยไมท าให bandwidth กวางขน

Ex. Find the bandwidth for a signal transmitting at 12 Mbps for QPSK. The value of d = 0.

r = 2 เพราะ 1 signal เปน 2 bit ท าให S = N*(1/r) = 6Mbaud ถา d = 0 ท าให B = S = 6MHz

ทงน 4PSK มกถกจดใหเปน QAM มากกวา

Constellation Diagram เปนการวาดเวกเตอร โดยแสดงทง phase shift โดยมมเทยบแกนนอนทางขวา และ amplitude โดยระยะหางจาก origin

1101

00 10

QPSK10

BPSK

Figure 6 Examples of Constellation Diagram (text box is not part of diagram)

Application เสยงคนพด 300-3300 Hz แตในการสง data เพอสอสารแทนโดยใชโมเดม เราตองลด bandwidth ลง โดยสงในชวง 600-3000Hz แทน

มาตรฐานเกาแกเชน V.32 หรอ V.32bis เปนการ modulate สญญาณเขาสายโทรศพท โดยอตราสงสดทโมเดมท าไดคอ 56kbps เปนอะไรทหรทสดในยคนน

ADSL ไมไดใชยาน voice แตอดความถสงเขาไป จงไมตองตดโทรศพทมาใชเนต เราจะกลาวถงเรองนในภายหลง

Analog-to-Analog Modulation เราเปลยนคลน analog หรออาจตองการสงหลายคลน เชน วทย เรามเทคนคตางๆ คลายกน เชน

Data Communication and Computer Networks, part 1 18 AM เอาสญญาณเกาคณดวย oscillator FM ใชการสงเขาไปใน VCO

Chapter 6: Multiplexing Multiplexing พดงายๆ คอการใหหลายๆ แหลงสญญาณแบงกนใชชองความถใน medium เดยวกนได

Frequency Division Multiplexing แบงชองสญญาณตามความถ ท าไดในกรณท Medium Bandwidth > Channel Bandwidth โดยการ modulate สญญาณใหม carrier frequency ตางกนไป เชน การกระจายสญญาณวทย

ทงน ระบบนมการแบงชอง (allocate) ลวงหนา โดยชองจะยงอยแมวาจะไมไดมการใชชองสญญาณ

เวลาทหลายๆ ชองสงสญญาณเขาไปจะมการรวมสญญาณเขาดวยกน (โดยอาจใชวงจรบวกสญญาณ) และปลายทางกจะตองใช filter แยกตามชองสญญาณ

แตส าหรบวทย ไมตอง multiplex เลย แค modulate เฉยๆ เพราะอากาศจะน าสญญาณตอเองได และปลายทางกใชแคหมน tuner ใหตรงกบความถของชองทจะฟง

Guard Bands

เนองจากสญญาณใน frequency domain มลกษณะลาดลงชาๆ ไมใชตดเหมอนเคก เวลาจดความถ carrier มาใกลๆ กนกจะท าใหเกดการชนกนได ในการออกแบบชองสญญาณจงตองเผอชองวางระหวาง channel เอาไว เรยกวา guard band ซงในสวนนจะไมมการใชงาน (เผอทใหเฉยๆ)

Example 1

Five voice channels, each with 3kHz bandwidth, are to be multiplexed together. If there is a need for guard band of 1.5kHz, what is the minimum bandwidth of the link?

Answer: 3 + 1.5 + 3 + 1.5 + 3 + 1.5 + 3 + 1.5 + 3 = 3*5 + 1.5*4 = 21kHz

Channel(3kHz)

Guard(1.5kHz)

Channel(3kHz)

Guard(1.5kHz)

Channel(3kHz)

Guard(1.5kHz)

Channel(3kHz)

Guard(1.5kHz)

Channel(3kHz)

21 kHz

Figure 7 Example band plan showing guard bands

Example 2

Four digital-data channels, 1Mbps each, use a satellite channel of 1MHz. Design an appropriate configuration using FDM

Data Communication and Computer Networks, part 1 19 จากสมการ Bandwidth = (1+d) (SignalRate) เรา assume เอาวาชองสญญาณเราดมาก จงก าหนดให d = 0 ดงนน B = S เลย คอ ถาจะสงสญญาณใน bandwidth 250kHz ได (เพราะเราตองแบง bandwidth เทาๆ กน) จะตองสงสญญาณใหได 250kbaud เทานน เนองจากแตละชองมขนาด 1Mbps ท าใหเวลาแปลงได 1Mbaud ดวย ซงเกน

เราตองท าใหขนาดของชองสญญาณลดลงเหลอ 1/4 คอเราตองหาวธแปลงทลดจ านวนบตลงใหเหลอ 1/4 นนกคอ modulate ดวย 16QAM หรอ 16PSK

1Mbps

1Mbps

1Mbps

1Mbps

16PSK

16PSK

16PSK

16PSK

16PSK = ¼ baud/bit

250kbaud

250kbaud

250kbaud

250kbaud

Mu

ltiplexer

1MHz

Figure 8 Designed multiplexing

Hierarchy

เราสามารถ multiplex ซอน multiplex ได ตวอยางเชน AT&T กเคยใชระบบน

Example

The Advanced Mobile Phone System (AMPS) uses two bands. The first band of 824 to 849MHz is used for sending, and 869 to 894MHz is used for receiving. Each user has a bandwidth of 30kHz in each direction. How many people can use their cellular phones simultaneously?

Answer

Lower band: 849-824 = 25MHz

Upper band: 894-869 = 25MHz

25MHz / 30kHz = 833 channels

ทงน ความจรงใช 832 แตม 42 ชองทจองไวใชงานพเศษของระบบอก จงเหลอเพยง 790 ส าหรบผใชทวไป

ในการ multiplex แบบ FDM การเงยบไมท าใหชองสญญาณเปลยนแปลง

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

คลายๆ กบ FDM แตเราใชกบคลนแสง จ าเปนเพราะเราควรจะท างานกบคลนแสงไดโดยไมตองแปลงเปนไฟฟา

Time Division Multiplexing (TDM) เปนการแบงชวงเวลาเปนหวงสนๆ แบบสลบกนไป คลายๆ กบเวลามการบบเลนในถนนรวมกนแลวตองสลบกนไปขางละคน

ผลของการท า TDM จะท าให bitrate สงขน เพราะ Frame Interval จะเทากบ Bit Interval

การจะใชงาน ตองมการก าหนดกอนวาชองไหนจะใช timeslot ไหน

Data Communication and Computer Networks, part 1 20

a3 a2 a1

b3 b2 b1

c3 c2 c1

Time-D

ivision

Mu

ltiplexer

c3 b3 a3 c2 b2 a2 c1 b1 a1

Bit duration

Frame

Time Slot

Figure 9 Time-Division Multiplexing (TDM)

Frame

เฟรมแตละเฟรมประกอบไปดวยขอมลของผใชทกคน โดยจะมการเวยนสงเปนรอบๆ หากใครไมสงขอมล กจะไมมขอมลเขาไปในเฟรม เพอไมใหเสยจงหวะเฟรม เราจะไม “จบขอมลชนกน” เดดขาด

Example

Four 1kbps connections are multiplexed together. A unit is 1 bit. Find:

1. the duration of 1 bit before multiplexing = 1/1k = 1ms

2. the transmission rate of the link = 4*1kbps = 4kbps

3. the duration of a time slot = 1/4000 = 0.25ms

4. the duration of the frame = 4*(0.25ms) = 1ms

Synchronization

ถาจบจงหวะสญญาณผดจะเกดปญหาทนท เพราะชองสญญาณจะคลาดกน

เราตองคดเรองการท า synchronization ในระดบเฟรมดวย เชน เราอาจท า framing bit ดวย โดยโครงสรางขอมลอาจเปน [C][B][A][0] [C][B][A][1] [C][B][A][0] ... นนคอ เราเพมตวเลขไปทหวเฟรมนนเอง

Example

Identify all the framing bits from this bit sequence output by a multiplexer

2 channels

1 unit = 2 bits

Input data: 00011011100001001011

เนองจาก 2ch*2bits = 4 bits per frame บวกกบ sync bit กจะได 5 bits/frame

ถาใหบตซายสดของเฟรมเปน sync bit เราสามารถสรป sequence ของ sync bit ตามการแบงแตละแบบไดเปน

0001 10111 00001 00101 1 ==> 1001 000 11011 10000 10010 11 ==> 1111 00 01101 11000 01001 011 ==> 0100

Data Communication and Computer Networks, part 1 21 0 00110 11100 00100 1011 ==> 0101 << ans 00011 01110 00010 01011 ==> 0000

Different Data Rates

เราสามารถ multiplex ของชองทม data rate ไมเทากนได โดยใหชองทม data rate สงกวาไดรบ multiplex มากกวา เชน (4,8,4) เราสามารถแบงเปน (4,(4,4),4) ได

ทงน หาก data rate ไมเปนอตราสวนของกนและกน เชน (5,3) เรากตองสบละเอยดเลย เปน ((1,1,1,1,1),(1,1,1)) แตท าใหท างานไดล าบาก เรานยมแปลงให bit rate เปนเทาของกนและกนกอน เชน (5,3) แปลงเปน (6,3) โดยเอา data ทไมมความหมายแทรกเขาไป (stuffing/padding) แลวแปลงเปน ((3,3),3) ซงจะท าไดงายกวา

5Mbps

3Mbps

Padding Mu

ltiplexer

3Mbps

Split

6Mbps 3Mbps

3Mbps

Figure 10 TDM-ing different data rates

T Lines (US)

ในระบบโทรศพท เราคาดวาเสยงคนไมเกน 4kHz ดงนน sampling เราท าท 8kHz เทานน และเกบ quantization 8-bit ดงนน data rate = 8*8kHz = 64000bps เปนอตราต าสดของ DS0

T-1 Channel เกดจากการรวมสาย DS0 จ านวน 24 เสน และกสงขนๆๆ ไป ยงสงกยงแพง

E Lines (EU & Thailand)

เปน hierarchy เหมอนกน แตเราจบสญญาณคราวละ 30 channel

Inverse Multiplexing

เปนการสงสญญาณแรงๆ ผานชองสญญาณกากๆ หลายๆ ชอง โดยกระจายสญญาณเปนสวนยอยๆ เยอะๆ แลวบบกลบมา

Spread Spectrum เปนการขยาย bandwidth ของตวเองเพยงชองเดยว เพอปองกนการดกฟง (ยงไงวะ?!) และลดผลกระทบจากการรบกวนดวย

Frequency-Hopping SS

เปนการเอารหส(กง)สมสรางสญญาณตางๆ ใหคลนมการกระโดดไปมา ถาตารางการสรางสญญาณไมเหมอนกนจะฟงดวยกนไมได ระบบนใชปองกนการดกฟงได เนองจากเปนรหสกงสม จงมความแนนอนเพยงพอในเชงเทคนค แตเดารหสไมได

นอกจากนยงลด noise ได เพราะ noise จะชนแคคราวละไมกความถ ถาเราโยกหลบไปมา ความเสยหายตอขอมลจะลดลง และสวนทหายไปไมตองตกใจ เพราะเดยว Data Link layer จะซอมขอมลใหเรา (เนองจาก layer สงๆ จะม error correction ให)

Data Communication and Computer Networks, part 1 22

Direct-Sequence SS

เปนระบบทใชในระบบ Wireless LAN โดยคณ data bit เขากบ spreading code (มลกษณะคลาย noise แตไมใช ทงน คนฟงจะไดยนเชนนนเลย) ปจจบนไมไดใช

Chapter 7: Transmission Media เราจะพดถงสอน าสญญาณกน โดยตวสอฯ นนจะอยใน physical layer (ท าหนาทแปลงระหวาง bit-signal ดวย encoding หรอ modulation ตางๆ ท างานกบ data link layer)

Classification of Media Guided (ม "ทอ" น าสญญาณ) เชน มสาย

o Twisted-pair เชน สายแลน o Coaxial o Fiber

Unguided คอ Space

Twisted-pair เปนสายน าสญญาณตเกลยวเปนค โดยมรหสส ตวอยางทรจกดทสดคอ "สายแลน" อาจแบงออกไดอกเปน Shielded (STP) กบ Unshielded (UTP) โดยสายแลนนนเปน UTP

การพนเกลยวนนท าเพอปองกนสญญาณรบกวน เวลาทเราคลายเกลยวจะท าใหเกด interference เราจงตองคลายเกลยวแตนอย

การปองกนสญญานรบกวนท าไดเนองจากการตเกลยวจะท าใหสญญาณรบกวนเทากน เมอเราเขารหสดวย differential encoding และสงไป กจะถกบวกสญญาณรบกวนเทาๆ กน เราสามารถน ามาหกลางกนได

ส าหรบสาย STP กจะลดสญญาณรบกวนได แตราคาสงกวามาก (เมตรละหลายบาทพอสมควร)

ทงน ตวสาย UTP/STP มหลายรน โดยทนยมคอ Cat6 (1-10Gbps), Cat5e (100-1000Mbps) ซงเราหาไดตามทองตลาด โดยปกต cat สงกจะ "แรง" ขน

RJ-45

ส าหรบหวทใช เราเรยกวา RJ-45 (Registered Jack 45) ทงน พวกวชาการเรยกวา 8P8C หนาตาคลายสายโทรศพท (RJ-11)

ความสามารถของสายกขนกบขนาด (gauge: ยงมากยงเลก) โดย gauge number มากกจะท าใหสญญาณลดทอนมาก โดยจะเกดผลมากเมอความถสง

Figure 11 UTP Cross-Section

Data Communication and Computer Networks, part 1 23

Coaxial Cable เปนสายทใชแกนรวมกน มตวน าสญญาณในแกน พลาสตกหม ม shield อกชน และหมดวยปลอกอกท ถาเทยบกนแลวสาย coax ม bandwidth สงกวา UTP แตเราจะรนจรงท 10Mbps และการเชอมตอกยาก เพราะตองใชหว BNC (เหมอนหวสายสโคป) ปกตทเรารจกกจะม RG-58 (สายเลก) และ RG-11 (สายใหญ) สวน RG-59 กคอสายเคเบลทว

ในการแชรสาย เรากจะมหว T ในการเชอมตอออกมาใหกบตวเครอง และจะตองเอา terminator มาปดหวทายสายเพอปองกนการสะทอนกลบ

เราอาจน าสายเสนเดยวมาวนทกเครอง (โดยไมกลบมาหาเครองแรก) ท าใหเปน bus topology

Optical Fiber เปนสญญาณแสง สญญาณรบกวนจงต ากวามาก loss กต ามาก โดยหลกการจะน ามาจาก Optics คอ การเดนทางของแสงจากทๆ ดชนหกเหมากไปนอย จะมมมวกฤต ซงท าใหแสงทมมตกกระทบมากกวานนสะทอนกลบหมด

ในตวสายน าแสงจะมตวกลางสองชน โดยม core ซงความหนาแนนสง และ cladding ซงมความหนาแนนต ากวา สญญาณทวงไปชนผวรอยตอดวยมมตกกระทบมากกวามมวกฤต จะท าใหสญญาณสะทอนกลบไปมาภายในได เนองจากเปนแสง จง noise ไมมาก

เนองจากสญญาณสะทอนกลบไปมาจะสะทอนไปมาไดหลายแบบ จงท าใหการเดนทางของสญญาณมหลายทาง เราจงแกปญหาโดยการท าให core ม index สงตรงกลาง และต าสดตรงขอบ ท าใหสญญาณวงตรงกบสญญาณวงเลยวไปถงใกลๆ กน เรยกวา multimode graded index แตถาเราบบตว core ใหเลกมาก (10 micron) จะท าใหสญญาณถกลดลงเปน single-mode

สายไฟเบอรเปน simplex จงตองมสายไป-กลบ เปนค ทงน สายไฟเบอรหกงายกวา UTP มาก จงตองระวงอยาเดนหกมาก เพราะจะท าใหสายหก และท าใหเกดการเลยวขน

Figure 13 Optical Fiber section and light path

Figure 12 Coaxial Cable cut-away

Data Communication and Computer Networks, part 1 24

Wireless เปน unguided media คอไมมสาย ใชคลนไดหลายยาน เชน RF (>3kHz), microwave (<300GHz), IR (300GHz-400GHz)

การน าของสญญาณท าไดสามแบบ โดยเรยงความถนอยไปมาก

Ground-wave (<2MHz) Sky-wave (2-30MHz) เชน HF radio Line-of-sight (>30MHz) เชน infrared

Antenna

Antenna หรอสายอากาศ (ไม-ใช-เสา-อากาศ!) จ าเปนตองใชในการรบ-สงสญญาณไรสาย โดยมทงแบบรอบตว (omnidirectional) และแบบทศทาง (directional) รายละเอยดของสายอากาศนนถอเปนศาสตรเฉพาะทลกมาก

PITFALL: Sound ≠ EM คลนแมเหลกไฟฟา คนไมไดยน แตอาจเหนได คลนเสยง คนมองไมเหน แมวาอยในความถ visible

QUIZ! สงใดตอไปนเมอยงมากท าใหอตราการลดทองของสญญาณไฟฟาในสายสญญาณมากยงขน (ตอบไดมากกวาหนงขอ)

☐ ขนาดเสนผานศนยกลางของสายทองแดง (ยงเพมยงท ำให amp ด)

☑ ความยาวของสายสญญาณ

☑ ความถของสญญาณ

☐ เฟสของสญญาณ (ไมเกยวของ)

☐ ความใกลกบสายสญญาณขางเคยง (เพม noise)

Chapter 9: Telephones ระบบโทรศพทใชความถชวง 300-3300Hz (bandwidth = 3000Hz) โดยใชเปน voice ทงหมด แนนอนวา cutoff เปนทางลาด เราจงเลอกชวงทไมเสยงมากคอ 600-3000 แทน

Modem (Modulator/Demodulator) มหนาทแปลงสญญาณ digital-analog

56k Modem ชมสายโทรศพทจะแปลงสญญาณกลบเปน digital โดยจะท าใหเกดปญหาขน เพราะ quantization มสภาพคลาย noise ซงท าให SNR ลดลง ท าให data rate ถกจ ากด (โดยอางตาม Shannon) เหลอ 33600kbps

Data Communication and Computer Networks, part 1 25 ค าวา 56k หมายถง download rate เทานน ทท าเชนนไดเปนเพราะตว ISP ตอเขากบตวเครอขายโทรศพทโดยตรง ท าใหสายเปนดจตอลตลอด จงท าใหไมเกด quantization noise

เราใช PCM sampling 8k ท าให rate รวมเปน 64k แตเนองจากม control bit อย 1 บตทกๆ 8 บต ท าใหเหลอแค 56k

Digital Subscriber Line (DSL) local loop เมอไมใช filter จะม bandwidth สงสด 1.1MHz แตเนองจากโทรศพทใชชวงคลนต าๆ เราจงเอามาจดสรรใหมใหเหมาะกบการใชงาน

ADSL

ADSL ใชชวง voice เหมอนเดม และเอาชวงทความถสงๆ (26-1104k) มาใชในการรบ-สงขอมล เนองจากพฤตกรรมการใชเนตของผใชทวไปจะใช download มากกวา เราจง (ใช discrete multitone technique) ซอยชอง QAM หลายๆ ชอง แลวเอาชองสวนใหญมาท า downstream

ADSL Splitter

เนองจากทางชมสายปลอยสญญาณมาเปนยานความถสง เราจงตองใชโมเดมในการเขารหส-ถอดรหสทตางจาก 56k นอกจากน ดวยความทสายสญญาณมทง voice และ data เราจงตองแยกเอาสญญาณชวงต ามาใช voice และสญญาณชวงสงมาใช data อปกรณดงกลาวจงใชวงจร filter ในการแยกชวงความถออกมา

ในทาง ISP กมอปกรณคลายๆ กน แตตวความถสงจะถกสงเขาส DSL Access Multiplexer (DSLAM) แลวเอาไปตอเขาเนตอกท นอกจากน DSL ยงมอกหลายชนด เชน SDSL (Symmetric: ใชโดยองคกรท serve มากกวา), HDSL (แพงกวา) และ VDSL (โหดมาก)

"Cable" เคเบลทว สงผานสายน าสญญาณ (coaxial) มาจากส านกงานหลก โดยชองหนงจะมขนาดชองประมาณ 6MHz ระหวางนกจะใช amp ในการรกษาระดบสญญาณ และใช splitter ในการตอเขาบาน เวลาเราดทวกเลอกชองเอา

พอเอามาใชกบระบบเครอขาย จงน า high-bandwidth fiber/switch มาใส โดยรกษา model เดยวกน แลวตอ coax เขาบานอกท ท าใหบานสามารถรบ-สง data ผสมไปไดดวยเลย ท าใหเราตอเนตดวยเคเบลได

ขอแตกตางระหวาง ADSL กบ Cable สงทเปรยบเทยบ ADSL Cable การเชอมตอ ใชสายรวมกน แยกสายกน บรการ ใชกบโทรศพท ใชกบโทรทศน ความเรว ขนกบระยะทางเปนหลก ถกฝใชอนดงได

A

Appendix

Line Coding Example Data 01 1 1 0 0 1 1

Unipolar

NRZ

NRZ-I

RZ

Manchester

Diff.Manchester

Bipolar AMI

List of Standards Main Type Wire Type Jacks Most Common Ethernet Cat1-7, Cat5e,

Cat6a, Cat7a RJ45 Cat5e, Cat6 + RJ45

Coaxial RG59 (75ohm) RG58 (50ohm) RG11 (50ohm)

BNC RG59 (TV) RG58 (Signal)

B

List of Equations Decibels:

o (

)

o

o

(

)

Capacities & Bit Rate

o Nyquist:

o Shannon:

Pulse Rate

Quantization Noise

Baud

Bandwidth & Signal Rate

Multiplexing:

o Multiplexed Frame Rate = Channel Bit Rate

o Multiplexed Bit Rate = (Number of Channels) * (Bit Rate of Each Channel)

To be Continued เอกสารนเปนเอกสารทเรยบเรยงจากการจดบนทกในวชาเรยนอกท

สงทอยในเอกสารนอาจไมครบถวน ไมถกตอง หรอเกนกวาทออกสอบ ซงผเขยนไดใชความพยายามเตมทแลวในการตรวจสอบ หากไมแนใจกรณาเปดหนงสอเทยบ ถาไมตรงกเอาตามหนงสอ

แลวพบกบ Part 2 ตอไดตอนไฟนอลนะครบ สวสด

LunaticNeko CPE23

Draft 6 Re-Export

2011-10-14 17:26:00