Giáo trình Thực hành Mạng truyền thông công nghiệp (Phần 2)

đòi hỏi tốc độ truyền tải rất cao, phạm vi truyền dẫn lớn hoặc trong các môi trường làm việc chịu tác động mạnh của nhiễu. Một sợi cáp quang bao gồm một sợi lõi, môt lớp bọc và một lớp vỏ bảo vệ.Sợi lõi và lớp bọc được làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt. Khác với các loại cáp trên, cáp quang thực hiện truyền tải tín hiệu ánh sáng. Với nguyên lý phản xạ toàn phần ánh sáng trong đường truyền. Hình 5.1: Nguyên tắc làm việc của cáp quang Ánh sáng được truyền trong môi trường có chiết suất n1, nếu đường đi không song song với trục của cáp thì sẽ bị phản xạ tại bề mặt tiếp giáp của hai môi trường với n2 > n1. Ngày nay, Internet đã trở thành một nhu cầu thiết yếu, giúp mọi người ở khắp nơi trên thế giới có thể giao tiếp, trao đổi, học tập, mua sắm, giải trí dễ dàng, nhanh chóng. Các ứng dụng, dịch vụ trên Internet cũng ngày càng phát triển theo, điều này đòi hỏi tốc độ, băng thông kết nối Internet cao và cáp quang trở thành lựa chọn số một 75 –FTTH (Fiber To Home) là một điển hình. FTTH đáp ứng các dịch vụ luôn đòi hỏi mạng kết nối tốc độ cao như IPTV, hội nghị truyền hình, video trực tuyến, giám sát từ xa IP Camera Trước đây, cáp quang chỉ dùng để kết nối các đường trục chính của quốc gia, nhà cung cấp dịch vụ, doanh nghiệp lớn vì chi phí khá cao. Nhưng hiện nay, cáp quang được sử dụng khá rộng rãi ở các doanh nghiệp vừa, nhỏ, các trường đại học và người sử dụng thông thường. Bài viết giới thiệu cơ bản về cáp quang và các đầu nối, giúp bạn đọc hiểu được thông số kỹ thuật trên các tài liệu, thông tin sản phẩm quang. Cáp quang dùng ánh sáng truyền dẫn tín hiệu, do đó ít suy hao và thường được dùng cho kết nối khoảng cách xa. Trong khi cáp đồng sử dụng dòng điện để truyền tín hiệu, dễ bị suy hao trong quá trình truyền và có khoảng cách kết nối ngắn hơn. 2. Các thiết bị Một tuyến thông tin quang bao gồm một nguồn, một đầu thu và cáp quang kết nối tuyến. Nguồn có thể là LED, IRED hoặc laser diode.Nguồn có thể được điều chế với tín hiệu tương tự, nhưng thường được kích bởi các xung số.Detector thường dùng PIN hoặc APD.Tuyến thông tin có thể xem là thông tin khoảng cách ngắn, trung bình hoặc xa. Thông tin khoảng cách ngắn thường trong phạm vi vài m và dùng cho: - Thiết bị điều khiển quá trình và thiết bị công nghiệp - Cảm biến y tế, đưa vào cơ thể bệnh nhân và nối với thiết bị ghi - Máy tính và thiết bị ngoại vi - Các cấu phần có độ chính xác cao cho mục đích quảng cáo Hệ thống khoảng cách trung bình thường lớn hơn vài m và dưới 1 km, còn gọi là mạng LAN, thường dùng sợi thủy tinh đa mode (băng rộng và tổn hao thấp) hoặc plastic đa mode. Nguồn điển hình là IRED hoạt động ở bước sóng 850 nm. Khẩu độ số thường từ 0.2 ÷ 0.5 và đường kính lõi 50 ÷ 100 µm để tiện cho việc ghép với bức xạ từ IRED. Đường kính lõi lớn hơn sẽ giảm chi phí lắp đặt, kết nối, nhưng độ rộng băng giảm. Hệ thống khoảng cách xa dễ thiết kế hơn do yêu cầu hạn chế sự lựa chọn cấu phần. Hệ thống khoảng cách xa dùng để tải dữ liệu băng rộng và có thể dùng sợi chiết suất graded. Ở khoảng cách rất xa thì chỉ dùng sợi đơn mode để bảo đảm độ rộng băng và mức tổn hao cho phép. Có thể dùng nguồn communication-grade laser diode hoặc edge-emitting IRED để ghép năng lượng vào các sợi quang này. 76 Kỹ thuật hàn cáp sợi quang thường được dùng hơn so với các bộ đấu nối cơ để bao đảm tổn hao thấp và độ ổn định cao. Các cấu trúc ống dẫn sóng và các linh kiện khác : Integrated optics là các ống dẫn sóng và các cấu phần quang được tích hợp trên các đế vật liệu dùng kỹ thuật tương tự mạch tích hợp bán dẫn. Các linh kiện tích hợpquang thường là các bộ tách tín hiệu, các bộ dời pha, các bộ điều chế và các bộ chuyển mạch. Tất cả các linh kiện tích hợp quang đều dùngcác cấu trúc ống dẫn sóng được tạo bởi các đường dẫn của vật liệu có chiết suất lớn hơn chiết suất của vật liệu đế. Các ống dẫn sóng hoạt động tương tự cáp sợi quang và được xem xét như các bộ tách hoặc ghép tín hiệu.Bằng cách điều khiển tiết diện ống dẫn sóng, chiết suất của vật liệu, khoảng cách giữa các lõi và chiều dài của miền ghép, sẽ thiết lập được tỷ phần ghép năng lượng. Các thông số của bộ ghép quang: Thông số Bộ ghép 4 cổng Bộ ghép N-Part Tỷ số ghép P2 / (P2 + P3) PN / Po Tổn hao dư thừa P2 + P3/ P1 Po / Pi Tổn hao chèn P2 / P1 PN / Pi Độ đồng nhất Độ định hướng P2 / P3 P4 / P1 Ph / Ps Px / Pi Trong đó: - PN: công suất ra khỏi cổng N bất kỳ - Pi: công suất vào tổng - Po: công suất ra tổng - Ph: công suất ra lớn nhất - Ps: công suất ra nhỏ nhất - Px: công suất ra cổng không ghép Quá trình ghép dùng mạng 4 cổng có thể kết hợp với hiệu ứng quang điện (electro-optic effect) để tạo ra các chuyển mạch quang. Các vật liệu có hiệu ứng quang điện sẽ thay đổi chiết suất khúc xạ khi có mặt điện trường do áp đặt điện áp. Sự kết hợp của điện áp thiên áp và điện áp chuyển mạch sẽ xác định đầu ra truyền bức xạ. 77 Các vật liệu tinh thể (chẳng hạn GaAs) có hiệu ứng quang điện. Vật liệu đế: LiNbO có hiệu ứng quang điện rất mạnh. Thế chuyển mạch cỡ 5—10V.Hệ số địnhhướng cỡ 100:1 đến 3000:1. Chiết suất của vật liệu ảnh hưởng đến vận tốc truyền sóng và thay đổi chiết suất có thể thay đổi pha tương đối. Các bộ di pha và điều chế pha cấu tạo từ một ống dẫn sóng đặt trong tinh thể quang điện, giữa 2 điện cực. Lượng di pha phụ thuộc độ lớn điện áp và chiều dài ống dẫn sóng. 3. Các thông số Khoảng cách giữa các góc được phép (hay góc tách được phép: ∆θ = λ / d = λ0/ n1d Trong đó: - d: đường kính sợi quang - n1: chiết suất lõi sợi quang - λ0: bước sóng trong không gian tự do Số mode có thể tồn tại trong sợi quang phụ thuộc ∆θ và góc tới lan truyền, với cáp tròn: n = (πT) 2 /2 trong đó:  T = θp/ ∆θ  θp: góc lan truyền cực đại  n: số mode khi πT > 2.405 Thông số V (hay tần số chuẩn hoá), khi π T < 2,405: V = πT =π 2r[(n12 – n22)1/2] / λ0 Trong đó:  r: bán kính lõi sợi quangn2: chiết suất vỏ Méo mode và tán sắc: Gọi  t0: trễ trục với khoảng cách L  tm: trễ dọc theo đường truyền ứng với θp  t0 = n1L / ctm = n1L / c.cos θp  ∆t = tm – t0 = (Ln1/c)(n1 – n2)/n2 78 Hiện tưọng tán sắc xảy ra khi nguồn bức xạ nhiều bước sóng trong một khoảng ∆λ , khi đó xung tín hiệu sẽ bị mở rộng 1 lượng: t = K(λ).∆λ.L Trong đó:  K(λ): hệ số tán sắc, phụ thuộc vật liệu và bước sóng.  L: chiều dài cáp sợi quang Công suất thu: Công suất bức xạ sẽ ra khỏi ống dẫn sóng theo 1 hình nón tương tự như qua lỗ hẹp . Khi khoảng cách giữa đầu thu và miệng sợi quang giảm, kích thước vệt chiếu từ miệng sẽ đạt tới đưòng kính lõi sợi quay. Nếu diện tích đầu thu nhỏ hơn diện tích vệt chiếu, thì tỷ số dòng bức xạ thu được /dòng rời khỏi sợi quay = tỷ số diện tích: θe / θ0 = (Dd / Dc) 2 (NAdet / NAfiber) 2 Trong đó: - NAdet: khẩu độ số đầu thu - NAfiber: khẩu độ số sợi quang - θe: dòng bức xạ đến đầu thu - θ0: dòng bức xạ rời khỏi miệng sợi quan - Dd: đường kính miệng đầu thu - Dc: đường kính lõi sợi quang Độ rộng băng: - BW = 0.35 / T - T = (t12 – t22)1/2 - T: hệ số mở rộng xung - t2: độ rộng xung đầu ra sợi quang - t1: độ rộng xung đầu vào sợi quang(rad) 4. Các loại Có 3 loại sợi quang cơ bản : - Sợi chiết suất bước (step-index fiber): thay đổi đột biến chiết suất lõi và vỏ. - Sợi chiết suất thay đổi từ từ (graded-index fiber) - n(r) = n0[1- (n12 – n22)/n0 2 (r/r0) 2 ] 1/2 , với 0 < r < r0 79 - Chiết suất giảm dần từ tâm ra biên phân cách với vỏ (n2)  Step- index- multimode fiber:  Đường kính lõi 50 → 1000 µm  0.2 ≤ NA ≤ 0.5  Đường kính ngoài từ 125 ÷ 1100 µm  Graded - index - multimode fiber : - Đường kính lõi 50 ÷ 100 µm - 0.2 ≤ NA ≤ 0.3 - Đường kính ngoài từ 125 ÷ 150 µm → thông tin khoảng cách xa  Single mode fiber: - Đường kính lõi: 4 ÷ 10 µm - 0.1 ≤ NA ≤ 0.15 - Đường kính ngoài từ 75 ÷ 125 µm → long-distance communication - Các xung công suất được tải dọc theo các đường khác nhau sẽ tới đầu cuối tại những thời điểm khác nhau ( mode trục tới trước tiên, mode ứng với góc NA đến sau cùng) → trễ mode . - Do trễ mode, xung dòng tổng thu được sẽ rộng hơn xung bức xạ gốc. → quá trình mở rộng xung này xung này gọi là méo mode (modal distortion ). → Graded - index fiber có méo mode nhỏ hơn so với step-mode fiber. - Biên độ xung truyền qua cáp bị suy giảm do hấp thụ, tán xạ và bức xạ. Ngoài ra còn phân ra 2 loại cáp quang theo cấu tạo: Ribbon:cáp quang dạng ruy-băng, chứa nhiều sợi quang bên trong (Hình 5.2.a) Zipcord: hai sợi quang có vỏ ngoài liền nhau như dây điện (Hình 5.2b) Hình 5.2.a: Nguyên tắc làm việc của cáp quang Hình 5.2.b: Nguyên tắc làm việc của cáp quang 80 Bất kỳ giao tiếp quang nào cũng bao gồm 3 thành phần: nguồn phát, vật truyền dẫn trung gian (cáp quang) và nguồn thu. Nguồn phát sẽ chuyển đổi tín hiệu điện tử thành ánh sáng và truyền dẫn qua cáp quang. Nguồn thu chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện tử. Có hai loại nguồn phát là laser và Led. Laser ít tán sắc, cho phép truyền dẫn dữ liệu tốc độ nhanh, khoảng cách xa (trên 20km), dùng được cho cả Singlemode và Multimode nhưng chi phí cao, khó sử dụng. Led tán sắc nhiều, truyền dẫn tốc độ chậm hơn, bù lại chi phí thấp, dễ sử dụng, thường dùng cho cáp quang Multimode. Led dùng cho hệ thống có khoảng cách ngắn hơn, có thể sử dụng cho cả sợi quang thủy tinh, sợi quang plastic. 5. Loại cáp quang bình thường 5.1.Cáp trên không Hình 5.3: Hình dáng bên trong của cáp quang 3 lõi Có số sợi quang đơn trong cáp từ 2 đến 60 Số sợi, Bước sóng họat động của sợi quang khoảng từ 1310nm và 1550nm, có phần tử chịu lực trung tâm Phi kim loại (FRP).Ống đệm chứa và bảo vệ sợi quang làm theo phương pháp ống đệm lỏng, có chứa sợi quang được bện theo phuơng pháp SZ (SZ-stranded) quanh phần tử chịu lực trung 81 tâm. Khe của sợi quang và mặt trong của ống đệm được làm đầy bằng hợp chất điền đầy,đặc biệt nhằm chống xâm nhập của nước. Cáp có thêm một lớp băng chống thấm nước và lớp nhựa PE bảo vệ bên ngoài. Một dây treo bằng sợi thủy tinh phi kim loại (FRP) thích hợp cho việc dùng ngoài trời và treo trên không. 5.2.Cáp ngầm (trong đất, nước) Sợi cáp quang được cấu tạo từ ba thành phần chính: lõi (core), lớp phản xạ ánh sáng (cladding), lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating hay còn gọi coating, primary buffer). Core được làm bằng sợi thủy tinh hoặc plastic dùng truyền dẫn ánh sáng. Bao bọc core là cladding – lớp thủy tinh hay plastic – nhằm bảo vệ và phản xạ ánh sáng trở lại core. Primary coating là lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước. Hai loại cáp quang phổ biến là GOF (Glass Optical Fiber) – cáp quang làm bằng thuỷ tinh và POF (Plastic Optical Fiber) – cáp quang làm bằng plastic. POF có đường kính core khá lớn khoảng 1mm, sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp. Trên các tài liệu kỹ thuật, bạn thường thấy cáp quang GOF ghi các thông số 9/125µm, 50/125µm hay 62,5/125µm, đây là đường kính của core/cladding; còn primary coating có đường kính mặc định là 250µm. Hình 2 Hình 5.4: Hình dáng bên trong của cáp quang 1 lõi Bảo vệ sợi cáp quang là lớp vỏ ngoài gồm nhiều lớp khác nhau tùy theo cấu tạo, tính chất của mỗi loại cáp. Nhưng có ba lớp bảo vệ chính là lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và lớp áo giáp (jacket) – tùy theo tài liệu sẽ có tên gọi khác nhau. Strength member là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ các sợi Kevlar. Buffer thường làm bằng nhựa PVC, bảo vệ tránh va đập, ẩm ướt. Lớp bảo vệ ngoài cùng là Jacket. Mỗi loại cáp, tùy theo yêu cầu sử dụng sẽ có thêm các lớp jacket khác nhau. Jacketcó khả năng chịu va đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần bên trong tránh ẩm ướt và các ảnh hưởng từ môi trường. 82 Có hai cách thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt (loose-tube) và ống đệm chặt (tight buffer). 5.3.Cáp trong nhà Hình 5.5: Cáp quang trong nhà Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công. Trên một số tài liệu, bạn sẽ gặp hai thuật ngữ viết tắt IFC, OSP.IFC (Intrafacility fiber cable) là loại cáp dùng trong nhà, có ít lớp bảo vệ vật lý và việc thi công lắp đặt linh hoạt. OSP (Outside plant cable) là loại cáp dùng ngoài trời, chịu được những điều kiện khắc nghiệt của nhiệt độ, độ ẩm, bụi loại cáp này có nhiều lớp bảo vệ. 6. Kết nối cáp 6.1.Suy giảm kết nối Suy hao quang (Optical loss): lượng công suất quang (optical power) mất trong suốt quá trình truyền dẫn qua cáp quang, điểm ghép nối. Ký hiệu dB. Suy hao phản xạ (Optical Return loss): ánh sáng bị phản xạ tại các điểm ghép nối, đầu nối quang. Suy hao tiếp xúc (Insertion loss): giảm công suất quang ở hai đầu ghép nối. Giá trị thông thường từ 0,2dB – 0,5dB. Suy hao (Attenuation): mức suy giảm công suất quang trong suốt quá trình truyền dẫn trên một khoảng cách xác định. Ký hiệu dB/km. Ví dụ, với cáp quang Multimode ở bước sóng 850nm suy giảm 3dB/km, trong khi ở bước sóng 1300nm chỉ suy giảm 1dB/km. Cáp quang Singlemode: suy giảm 0,4dB/km ở 1310nm, 0,3dB/km ở 83 1550nm. Đầu nối (connector) suy giảm 0,5dB/cặp đấu nối. Điểm ghép nối (splice) suy giảm 0,2 dB/điểm. Bước sóng (Wavelength): là chu kỳ di chuyển của sóng điện từ. Ký hiệu nm (nanometer). Ánh sáng chúng ta nhìn thấy được có wavelength từ 400nm đến 700nm (màu tím đến màu đỏ). Cáp quang sử dụng ánh sáng nằm trong vùng hồng ngoại có wavelength lớn hơn wavelength mà ta nhìn thấy – trong khoảng 850nm, 1300nm và 1550nm. Các bước sóng truyền dẫn quang được xác định dựa trên hai yếu tố nhằm khắc phục tình trạng suy hao do năng lượng và vật liệu truyền dẫn: các bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại và các bước sóng không nằm trong vùng hấp thu, cản trở năng lượng ánh sáng truyền dẫn (absorption) do tạp chất lẫn trong cáp quang từ quá trình sản xuất Hình 5.6: Hình mô tả bước sóng cáp quang Vậy vì sao chúng ta không sử dụng các bước sóng dài hơn? Bước sóng hồng ngoại là sự chuyển tiếp giữa ánh sáng và nhiệt. Bước sóng dài hơn, nhiệt xung quang càng nóng hơn, tín hiệu nhiễu loạn nhiều hơn. Do đó, thường POF có bước sóng 650nm, 850nm. GOF với Multimode hoạt động ở 850nm và 1300nm, Singlemode ở 1310nm, 1550nm. Giữa hai bước sóng 1300nm và 1310nm không khác biệt nhau, chỉ là cách qui ước để phân biệt sử dụng cáp quang Singlemode hay Multimode. 84 6.2.Sự kết nối Đầu nối quang: gồm nhiều thành phần kết hợp lại với nhau, chúng có nhiều kiểu như SC/PC, ST/UPC, FC/APC Nhưng có hai thành phần bạn cần quan tâm, đó là kiểu đầu nối SC, ST, FCvà điểm tiếp xúc PC, UPC, APC.SC (subscriber connector), ST (straight tip), FC (fiber connector) là các kiểu đầu nối quang có dạng hình vuông, hình tròn Hình 5.7a: Hình đầu nối cáp quang 6.3.Xử lý kết nối Bên trong đầu nối là ferrule, giúp bảo vệ và giữ thẳng sợi cáp quang. Ferrule được làm bằng thủy tinh, kim loại, plastic hoặc gốm (ceramic) – trong đó chất liệu gốm là tốt nhất. Hình 5.7b: Hình đầu nối cáp quang Đỉnh của ferrule được làm nhẵn (polish) với ba dạng điểm tiếp xúc chính PC (Physical Contact), UPC (Ultra Physical Contact) và APC (Angled Physical Contact), giúp đảm bảo chỗ ghép nối có ít ánh sáng bị mất hoặc bị phản xạ nhất. 85 Hình 5.7c: Hình đầu nối cáp quang Dạng PC được vạt cong, sử dụngvớicác kiểu đầu nối FC, SC, ST. PC, có giá trị suy hao phản xạ (optical return loss) là 40dB. Vì giá trị này khá cao, nên đã thúc đẩy các nhà sản xuất tiếp tục tìm kiếm các giải pháp tốt hơn. UPC là giải pháp tiếp theo, nó cũng được vạt cong như PC nhưng giảm return loss hơn. UPC có giá trị return loss 50dB. UPC dùng với các đầu nối FC, SC, ST, DIN, E2000. APC được vạt chéo 8 độ, loại bỏ hầu hết sự phản xạ ở điểm ghép nối và có giá trị return loss 60dB. Bạn nên lưu ý là khi đọc các thông số kỹ thuật quang đề cập mức suy hao có thể làm bạn dễ hiểu sai về dấu “+” và “-”. Chẳng hạn, với kết quả tính toán, đo đạc mức độ suy hao là -40dB. Trên thông số kỹ thuật có thể viết giá trị suy hao (loss values) là 40dB hoặc số đo mức phản xạ là -40dB hay độ lợi (gain) là -40dB. Tất cả đều như nhau, do đó bạn cần chú ý cách viết để tránh hiểu sai. Hiện nay, giá thành cáp quang và các phụ kiện quang đã thấp hơn so với cách nay vài năm. Cùng với việc ứng dụng nhiều giải pháp như IP Camera, VoIP, Hội nghị truyền hình qua mạng, kết nối mạng gigabit giữa các tòa nhà, văn phòng, xưởng sản xuất; cáp quang dần trở thành lựa chọn số một cho việc triển khai hạ tầng mạng đòi hỏi nhiều băng thông và tốc độ cao Việc hàn nối cáp quang là vệc làm không thể thiếu khi triển khai một hệ thống mạng cáp quang. Như các bạn đã biết, một sợi cáp quang chưa có đầu nối mà chỉ là các sợi cáp làm bằng sợi thủy tinh mỏng manh như sợi tóc rất dễ gẫy và không thể cắm vào thiết bị để thực hiện việc kết nối, do vậy chúng ta phải sử dụng dây nối quang - dây hàn quang để hàn váo sợi cáp rồi cắm vào hộp phối quang ODF, rồi từ hộp phối quang ODF dùng dây nhảy quang để kết nối với thiết bị quang điện (converter quang, bộ chuyển đổi quang điện,...). Việc hàn nối cáp quang không thể thực hiện một cách thủ công, bằng tay,... mà phải có máy móc chuyên dụng là máy hàn cáp quang mới có thể tiến hành hàn nối. Mộ 86 bộ máy hàn cáp quang gồm có thân máy chính, dao cắt chính xác sợi quang, kìm tuốt sợi quang, và các dụng cụ khác... Chúng tôi có đầy đủ các trang thiết bị tốt, hiện đại, có thể triển khai cho quý khách hàng một cách nhanh nhất. Các máy móc phục vụ việc hàn nối cáp quang, đo kiểm cáp quang, xử lý điểm đứt cáp quang gồm: 01 Máy hàn cáp quang Fujikura FSM-60S. Hình 5.8: Hình Máy hàn cáp quang Fujikura FSM-50S 02 Máy hàn cáp quang Inno Instrument IFS-10. Hình 5.9: Hình Máy hàn cáp quang Inno Instrument IFS-10 87 01 Máy đo OTDR cáp quang Yokogawa AQ7275. Hình 5.10: Hình Máy đo OTDR cáp quang Yokogawa AQ7275 01 Máy đo OTDR cáp quang Anritsu MT9083. Hình 5.11: Hình Máy đo OTDR cáp quang Anritsu MT9083 01 Bộ đo suy hao quang (Loss Test Set). Hình 5.12: Hình Bộ đo suy hao quang (Loss Test Set) 03 Bút laser kiểm tra dây nhảy quang. 6.4.Xử lý sự cố Khi cáp quang bị dứt hay hư hỏng ảnh hưởng đến việc truyền thông tin liên lạc, trao đổi thông tin đi nước ngoài của khách hàng như dịch vụ web, e-mail, thoại, video sẽ bị ảnh hưởng do lưu lượng chuyển sang các hướng dự phòng và có khả năng gây nghẽn mạng. Khi sự cố cáp quang xảy ra như ở tuyến cáp quang quốc tế AAG (Asia America gate way 25/10/2012) làm sự truyền đạt thông tin giữa các tuyến bị ngừng không thể 88 trao đổi được phải chuyển sang hướng dự phòng. Khi ta sang hướng dự phòng sau đó tiến hành xử lý kiểm tra cáp bằng các dụng cụ ở trên để có thể nhận biết cáp đứt chổ nào, ta tiến hành nối cáp bằng các thiết bị nối cáp chuyên dụng, kiểm tra các mối nối cáp, các thiết bị khe cắm vệ sinh các hub CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Câu 1 : Nêu tầm quang trong của cáp quang trong công nghiệp, trong dân dụng và các điều kiện gây ảnh hưởng đến đường truyền cáp? Câu 2: Cách khắc phục các sự cố của đường truyền cáp quang,phương pháp nối cáp quang?Trong công nghiệp hiện nay hệ thống thiết bị nào dùng cáp quang?hãy kể tên? Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày được nguyên lý cấu tạo và các vấn đề cơ bản của cáp quang. + Về kỹ năng: Vận dụng được kiến thức để khắc phục các sự cố xảy ra. + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện công việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung: - Độ chính xác của công việc - Thời gian thực hiện công việc - Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác. 89 BÀI 6: MẠNG MODBUS Mã bài: MĐ CĐT 33-06 Giới thiệu: Mạng modbus được dùng rộng rải trong công nghiệp, chủ yếu dùng cho hệ thống lắp ráp cho các nhà máy chế tao xe hơi, xe máy, tốc độ truyền thông ổn định chi phí lắp mạng cũng thấp. Mục tiêu: - Trình bày được cấu trúc mạng Modbus - Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung chính: 1. Giới thiệu tổng quan Modbus bắt nguồn trong cuối những năm 70 thế kỷ trước. Năm 1979 khi nhà sản xuất PLC Modicon, giờ là tập đoàn Schneider Electric's Telemecanique đã phát hành giao diện truyền thông Modbus cho mạng multidrop dựa trên kiến trúc master/client. Truyền thông giữa các Modbus node có được bằng các thông điệp.Nó là một chuẩn mở mà được mô tả bằng cấu trúc thông điệp. Tầng vật lý của Modbus interface là tự do chọn lựa. Modbus interface ban đầu chạy trên RS-232, nhưng các thực hiện Modbus sau nhất dùng RS-485 vì nó cho phép khoảng cách lớn, tốc độ cao và khả năng của một mạng multi-drop thực sự. Trong thời gian ngắn hàng trăm nhà sản xuất thực hiện hệ thống thông điệp Modbus trong thiết bị của họ và Modbus trở thành chuẩn defacto cho các mạng truyền thông công nghiệp. Hình 6.1: Mô hình mạng modbus trong công nghiệp 90 Điều tốt của chuẩn Modbus là sự linh hoạt, và sự dễ thực hiện của nó. Không chỉ các thiết bị thông minh như các microcontroller, PLC ... có thể truyền thông với Modbus, mà còn các sensor thông minh trang bị Modbus interface gửi data của chúng đến các host system. Trong khi Modbus được sử dụng chính trước đây trên các đường truyền thông dây dẫn, cũng có các mở rộng cho các chuẩn truyền thông không dây và các mạng TCP/IP.Vì thế Modbus trở thành chuẩn fieldbus được chấp nhận rộng rãi. 2. Cấu trúc giao thức Modbus 2.1.Kiến trúc giao thức Giao thức RTU được sử dụng serial protocol sử dụng RS232 hoặc RS485 Giao thức TCP được sử Ethernet gồm modbus RTU + TCP/IP layer. Trong mô hình ISO bao gồm 7 lớp nhưng đối với mạng modbus có 3 lớp hiện hữu trong nó đó là: lớp ứng dụng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý như bảng sau: Modbus TCP/IP communication Stack # Lớp Quang trọng Giao thức Reference 7 ứng dụng Modbus application protocol 6 Lớp biễu diễn 5 Kiểm sót nối 4 Lớp vận chuyển 3 Lớp mạng 2 Lớp liên kết dữ liệu Modbus serial line protocol IEEE 802.3 ethernet 1 Lớp Vật lý EIA/TIA – 485 (232) Bảng 6.1: Mô hình phân lớp trong mạng Modbus Trên các giao diện đơn giảng giống RS485hayRS232, các thông điệp Modbus được gửi theo dạng đơn giản trên mạng. Trong trường hợp này mạng được đề tặng cho Modbus.Khi các hệ thống mạng linh hoạt hơn nhưTCP/IP qua ethernet, các thông điệp Modbus như nhúng trong các gói với định dạng cần thiết cho giao diện vật lý.Trong trường hợp đó Modbus và các kiểu kết nối khác có thể cùng tồn tại ở cùng giao diện vật lý ở cùng lúc. Mặc dù cấu trúc thông điệp Modbus chính là peer-to-peer(ngang hàng), Modbus có thể chức năng thành cả mạng point-to-point và multidrop. 91 2.2.Cơ chế giao tiếp Trong mạng modbus có các cơ chế giao tiếp master/slave. Cấu trúc Modbus message Trường Mô tả Device address Địa chỉ của receiver Function code Mã định nghĩa kiểu message Data Data block với thông tin phụ Error check Giá trị số kiểm tra để kiểm tra lỗi truyền thông Bảng 6.2: Cấu trúc tin nhắn trong mạng Modbus Mạng Modbus là cơ chế giao tiếp chủ tớ từ máy tính chủ đến các thiết bị điều khiển thông qua lớp liên kết dữ liệu như hình 6.1 Hình 6.2 cơ chế giao tiếp truyền thông master/slave 2.3.Cấu trúc bức điện Chế độ truyền dữ liệu được quy ước gồm 10 bit trong đó 1 start (bit 0) + 8 bit Data + 1 bit parity (chẵn/lẻ) + 1 bit stop. start Address Function Data LRC check end 1 bit 8 bit 8 bit N x bit 16 bit 1 bit Bảng 6.3: Cấu trúc bức điện - Khung RTU 92 3. Các mã số chức năng 3.1.Định chỉ Modbus Thông tin đầu tiên trong mỗi Modbus message là địa chỉ của receiver. Parameter này chứa một byte thông tin.Trong Modbus/ASCII nó được mã thành hai ký tự hexadecimal, trong Modbus/RTU một byte được dùng. Các địa chỉ hợp lệ trong dải 0..247. Các giá trị 1..247 được gán cho các thiết bị Modbus cụ thể và 0 được dùng như địa chỉ broadcast. Các Message được gửi sau sẽ được nhận bởi tất cả slave.Một slave luôn đáp ứng với một Modbus message. Khi đáp ứng nó dùng cùng địa chỉ như master trong request đó. Theo cách này master có thể thấy device thực sự đáp ứng với request. Bên trong một Modbus device, các holding register, các input và các output được gán một số giữa 1 và 10000. Một sẽ mong đợi, rằng cùng địa chỉ được dùng trong các Modbus message để đọc hay đặt các giá trị.Rủi thay đây không phải là trường hợp này.Trong các Modbus message các địa chỉ được dùng với giá trị giữa 0 và 9999. Nếu bạn muốn đọc giá trị của output (coil) 18 ví dụ, bạn phải chỉ định giá trị 17 trong Modbus query message. Nhiều bối rói hơn, là cho input và các holding register một offset phải được trừ từ địa chỉ device để lấy địa chỉ thích hợp để đặt vào Modbus message structure. Điều này dẫn đến các lỗi phổ biến và nên được quan tâm khi thiết kế ứng dụng với Modbus. Bảng sau trình bày các dải địa chỉ cho các coil, các input và các holding register và cách địa chỉ trong Modbus message được tính cho trước địa chỉ thực của item trong slave device. Device and Modbus address ranges Device address Modbus address Description 1...10000* address - 1 Coils (outputs) 10001...20000* address - 10001 Inputs 40001...50000* address - 40001 Holding registers Bảng 6.4: Địa chỉ các thiết bị trong mạng Modbus 3.2.Các mã chức năng Modbus Tham số thứ hai trong mỗi Modbus message là mã chức năng.Cái này định nghĩa kiểu message và kiểu hành động được đòi hỏi bởi slave.Tham số này chứa một byte 93 thông tin.Trong Modbus/ASCII điều này được mà với hai ký tự hexadecimal, trong Modbus/RTU một byte được dùng. Các mã chức năng hợp lệ trong khoảng 1..255. Không phải tất cả Modbus device nhận biết cùng tập mã chức năng. Các mã chung nhất được thảo luận ở đây. Bình thường, khi một Modbus slave trả với đáp ứng, nó dùng cùng mã chức năng trong request. Tuy nhiên, khi một error được dò, bit cao nhất của mã chức năng được bật lên. Theo cách đó master có thể thấy khác biệt giữa đáp ứng thành công và thất bại. code name 384 484 584 884 M84 984 1 Đọc trạng thái cuộn dây Y Y Y Y Y Y 2 Đọc trạng thái đầu vào Y Y Y Y Y Y 3 Đọc thanh ghi Hold Y Y Y Y Y Y 4 Đọc thanh ghi đầu vào Y Y Y Y Y Y 5 Tác động một coil Y Y Y Y Y Y 6 Đặt lại một register Y Y Y Y Y Y 7 Đọc trạng thái ngoại lệ Y Y Y Y Y Y 8 Chuẩn đón Poll 9 Chương trình 484 N Y N N N N 10 Thăm dò 484 N Y N N N N 11 Fetch comm. Event Ctr Y N Y N N Y 12 Fetch comm. Event log Y N Y N N Y 13 Chương trình điều khiển Y N Y N N Y 14 Điều khiển poll Y N Y N N Y 15 Tác động nhiều coil Y Y Y Y Y Y 16 Đặt lại nhiều register Y Y Y Y Y Y 17 Báo cáo slave ID Y Y Y Y Y Y 18 Chương trình 848 M84 N N N Y Y N 19 Reset comm.link N N N Y Y N 20 Xung phát đọc read N N Y N N Y 21 Xung phát viết write N N Y N N Y Bảng 6.5: Bảng mã chức năng trong mạng Modbus 94 Đọc trạng thái của tín hiệu đầu ra: Trong ngôn ngữ Modbus, một coil là một giá trị output rời rạc. Chức năng Modbus 01 có thể được dùng để đọc trạng thái của một output.Chỉ có thể truy vấn một device ở một thời điểm. Địa chỉ Broadcast được hỗ trợ chức năng Modbus này. Chức năng này có thể được dùng để request trạng thái của các coil khác nhau một lúc. Điều này được làm bởi định nghĩa một dải output trong trường data của message. Khi nhận một Modbus query message có chức năng 01, slave thu thập các giá trị output cần thiết và dựng một answer message. Chiều dài của message này phụ thuộc vào số các value mà phải được trả về. Nhìn chung, khi giá trị N được yêu cầu, một số ((N+7) mod 8) byte là cần thiết để lưu các giá trị này. Số thực sự các databyte trong datablock được đặt trong byte đầu tiên của data field. Do đó cấu trícchung của answer cho Modbus function 01 query là: Yêu cầu (query) Đáp ứng (response) Field name Mã hex Field name Mã hex Slave address 11 Slave address 11 Function 01 Function 01 Starting address Hi 00 Byte count 05 Starting address Lo 13 Data coil (27-20) CD No. of points Hi 00 Data coil (35-28) 6B No. of points Lo 25 Data coil (43-36) B2 Data coil (51-44) 0E Data coil (56 - 52) 1B Error check LRC or CRC -- Error check LRC or CRC -- Bảng 6.6: Bảng yêu cầu và đáp ứng đọc trạng thái ra Đọc trạng thái của tín hiệu đầu vào: Đọc các giá trị input với Modbus được làm theo cùng cách như đọc trạng thái các coil. Khác biệt duy nhất là cho các input Modbus function 02 được dùng. Broadcast addressing mode không được hỗ trợ. Bạn có thể chỉ query giá trị các input chỉ trên một device ở một lúc. Giống với các coil, địa chỉ của input đầu tiên, và số các input để đọc phải được đặt trong data field của query message. Các Input trên các device bắt đầu đánh số từ 10001.Giá trị địa chỉ này tương đương địa chỉ 0 trong Modbus message. 95 Sau khi nhận một query message có Modbus function 02, slave đặt các giá trị input được yêu cầu trong một message structure và gửi message này trở lại Modbus master. Chiều dài của message phụ thuộc vào số các giá trị input trả về. Điều này làm cho chiều dài của output message thay đổi. Số các databyte trong data field mà chứa các giá trị input được chuyển như byte đầu tiên trong data field. Mỗi message trả lời Modbus có cấu trúc chung sau. Yêu cầu (query) Đáp ứng (response) Field name Mã hex Field name Mã hex Slave address 11 Slave address 11 Function 02 Function 02 Starting address Hi 00 Byte count 03 Starting address Lo C4 Data input (10204-10197) AC No. of points Hi 00 Data coil (10212- 1020...hiện dự án, trước khi mạng đưa vào hoạt động. Tất cả các CR của một thành viên cần được đưa vào một danh sách quan hệ giao tiếp (communication relationship list, CRL). Trước khi hai đối tác thực hiện truyền thông, chúng phải tạo một kênh tương ứng. Khi đó các thông số định nghĩa trong CR sẽ được hai bên kiểm tra để khẳng định tính tương thích. PROFIBUS-DP được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu dưới cấp trường, ví dụ giữa thiết bị điều khiển khả trình hoặc máy tính cá nhân công nghiệp với các thiết bị trường phân tán như I/O, các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi dữ liệu ở đây chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế chủ/tớ. Các dịch vụ truyền thông cần thiết được định nghĩa qua các chức năng DP cơ sở theo chuẩn EN 50 170. Bên cạnh đó, DP còn hỗ trợ các dịch vụ truyền thông không tuần hoàn, phục vụ tham số hóa, vận hành và chẩn đoán các thiết bị trường thông minh. Đối chiếu với mô hình OSI, PROFIBUS-DP chỉ thực hiện các lớp 1 và 2 vì lý do hiệu suất xử lý giao thức và tính năng thời gian. Tuy nhiên, DP định nghĩa phía trên lớp 7 một lớp ánh xạ liên kết với lớp 2 gọi là DDLM (Direct Data Link Mapper) cũng như một lớp giao diện sử dụng (User Interface Layer) chứa các hàm DP cơ sở và các hàm DP mở rộng. Trong khi các hàm DP cơ sở chủ yếu phục vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn, 124 thời gian thực, các hàm DP mở rộng cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu không định kỳ như tham số thiết bị, chế độ vận hành và thông tin chẩn đoán. Với các phát triển mới gần đây, PROFIBUS-DP được coi là kỹ thuật truyền thông, là giao thức truyền thông duy nhất trong công nghệ PROFIBUS. Giao thức PROFIBUS- DP được chia thành ba phiên bản với các ký hiệu DP-V0, DP-V1 và DP-V2. Phiên bản DP-V0 qui định các chức năng DP cơ sở, bao gồm: Trao đổi dữ liệu tuần hoàn Chẩn đoán trạm, module và kênh Hỗ trợ đặt cấu hình với tập tin GSD. Phiên bản DP-V1 bao gồm các chức năng của DP-V0 và các chức năng DP mở rộng, trong đó có: Trao đổi dữ liệu không tuần hoàn giữa PC hoặc PLC với các trạm tớ Tích hợp khả năng cấu hình với các kỹ thuật hiện đại EDD (Electronic Device Description) và FDT (Field Device Tool) Các khối chức năng theo chuẩn IEC 61131-3 Giao tiếp an toàn (PROFIsafe) Hỗ trợ cảnh báo và báo động. Phiên bản DP-V2 mở rộng DP-V1 với các chức năng sau đây: Trao đổi dữ liệu giữa các trạm tới theo cơ chế chào hàng/đặt hàng (publisher/subscriber) Chế độ giao tiếp đẳng thời Đồng bộ hóa đồng hồ và đóng dấu thời gian Hỗ trợ giao tiếp qua giao thức HART Truyền nạp các vùng nhớ lên và xuống Khả năng dự phòng. Các phiên bản DP được mô tả chi tiết trong chuẩn IEC 61158. Phần dưới đây chỉ giới thiệu một cách sơ lược các điểm quan trọng. PROFIBUS-DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono-Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi-Master). Cấu hình hệ thống định nghĩa số trạm, gán các địa chỉ trạm cho các địa chỉ vào/ra, tính nhất quán dữ liệu vào/ra, khuôn dạng các thông báo chẩn đoán và các tham số bus sử dụng. Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ 125 đều có thể đọc ảnh dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ. Tuy nhiên, duy nhất một trạm chủ được quyền ghi dữ liệu đầu ra. Tùy theo phạm vi chức năng, kiểu dịch vụ thực hiện, người ta phân biệt các kiểu thiết bị DP như sau: Trạm chủ DP cấp 1 (DP-Master Class 1, DPM1): Các thiết bị thuộc kiểu này trao đổi dữ liệu với các trạm tớ theo một chu trình được qui định. Thông thường, đó là các bộ điều khiển trung tâm, ví dụ PLC hoặc PC, hoặc các module thuộc bộ điều khiển trung tâm. Trạm chủ DP cấp 2 (DP-Master Class 2, DPM2): Các máy lập trình, công cụ cấu hình và vận hành, chẩn đoán hệ thống bus. Bên cạnh các dịch vụ của cấp 1, các thiết bị này còn cung cấp các hàm đặc biệt phục vụ đặt cấu hình hệ thống, chẩn đoán trạng thái, truyền nạp chương trình,v.v... Trạm tớ DP (DP-Slave): Các thiết bị tớ không có vai trò kiểm soát truy nhập bus, vì vậy chỉ cần thực hiện một phần nhỏ các dịch vụ so với một trạm chủ. Thông thường, đó là các thiết bị vào/ra hoặc các thiết bị trường (truyền động, HMI, van, cảm biến) hoặc các bộ điều khiển phân tán. Một bộ điều khiển PLC (với các vào/ra tập trung) cũng có thể đóng vai trò là một trạm tớ thông minh. Trong thực tế, một thiết bị có thể thuộc một kiểu riêng biệt nói trên, hoặc phối hợp chức năng của hai kiểu. Ví dụ, một thiết bị có thể phối hợp chức năng của DPM1 với DPM2, hoặc trạm tớ với DPM1. Việc đặt cấu hình hệ thống được thực hiện bằng các công cụ (phần mềm). Thông thường, một công cụ cấu hình cho phép người sử dụng bổ sung và tham số hóa nhiều loại thiết bị của cùng một nhà sản xuất một cách tương đối đơn giản, bởi các thông tin tính năng cần thiết của các thiết bị này đã được đưa vào cơ sở dữ liệu của công cụ cấu hình. Còn với thiết bị của các hãng khác, công cụ cấu hình đòi hỏi tập tin mô tả đi kèm, gọi là tập tin GSD). 5. Mục tiêu của truyền thông Với mục đích hỗ trợ nhiều thể loại ứng dụng mạng khác nhau, PROFIBUS-FMS chuẩn hóa một loạt các dịch vụ, có thể chia thành hai phạm trù là các dịch vụ ứng dụng và các dịch vụ quản trị. Các dịch vụ ứng dụng bao gồm: 126 Variable Access: Truy nhập dữ liệu Program Invocation: Đối tượng chương trình, liên kết các domain thành một chương trình và kiểm soát các hoạt động của chương trình Domain Management: Quản lý miền nhớ, truyền nạp và quản lý các vùng nhớ có liên kết logic. Event Management: Hỗ trợ xử lý sự kiện (kiểm soát bởi các chương trình ứng dụng). Các dịch vụ quản lý gồm có: VFD Support: Hỗ trợ thiết bị ảo, cung cấp thông tin về các thiết bị trường thông qua đối tượng thiết bị trường ảo VFD (Virtual Field Device) Object List Management: Quản lý danh mục các đối tượng Context Management: Quản lý ngữ cảnh, có nghĩa là quản lý các mối liên kết (tạo nối, ngắt nối). 6. Hiệu suất Cơ chế giao tiếp chủ-tớ thuần túy làm giảm hiệu suất trao đổi dữ liệu. Chính vì thế, phiên bản DP-V2 đã bổ sung một cơ chế trao đổi dữ liệu trực tiếp theo kiểu chào hàng/đặt hàng giữa các trạm tớ. Hình 8.2. Giao tiếp trực tiếp giữa các trạm tớ Một trạm tớ (ví dụ một cảm biến) có thể đóng vai trò là cung cấp dữ liệu. Khối dữ liệu sẽ được gửi đồng loạt tới tất cả các trạm tớ (ví dụ một van điều khiển, một biến tần) đã đăng ký với vai trò “Đặt hàng” mà không cần đi qua trạm chủ. Với cơ chế này, không những hiệu suất sử dụng đường truyền được nâng cao, mà tính năng đáp ứng của hệ thống còn được cải thiện rõ rệt. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi tính năng thời gian thực ngặt nghèo, hoặc đối với các ứng dụng sử dụng kỹ thuật truyền dẫn tốc độ thấp (ví dụ MBP). 127 7. Vận hành hệ thống Chuẩn DP mô tả chi tiết đặc tính vận hành hệ thống để đảm bảo tính tương thích và khả năng thay thế lẫn nhau của các thiết bị. Trước hết, đặc tính vận hành của hệ thống được xác định qua các trạng thái hoạt động của các thiết bị chủ: STOP: Không truyền dữ liệu sử dụng giữa trạm chủ và trạm tớ, chỉ có thể chẩn đoán và tham số hóa. CLEAR: Trạm chủ đọc thông tin đầu vào từ các trạm tớ và giữ các đầu ra ở giá trị an toàn OPERATE: Trạm chủ ở chế độ trao đổi dữ liệu đầu vào và đầu ra tuần hoàn với các trạm tớ. Trạm chủ cũng thường xuyên gửi thông tin trạng thái của nó tới các trạm tớ sử dụng lệnh gửi đồng loạt vào các khoảng thời gian đặt trước. Các hàm DP cơ sở cho phép đặt trạng thái làm việc cho hệ thống. Phản ứng của hệ thống đối với một lỗi xảy ra trong quá trình truyền dữ liệu của trạm chủ (ví dụ khi một trạm tớ có sự cố) được xác định bằng tham số cấu hình “auto-clear”. Nếu tham số này được chọn đặt, trạm chủ sẽ đặt đầu ra cho tất cả các trạm tớ của nó về trạng thái an toàn trong trường hợp một trạm tớ có sự cố, sau đó trạm chủ sẽ tự chuyển về trạng thái CLEAR. Nếu tham số này không được đặt, trạm chủ sẽ vẫn tiếp tục giữ ở trạng thái OPERATE. 8. Xử lý sự cố Trong trường hợp có thông tin chẩn đoán, ví dụ báo cáo trạng thái vượt ngưỡng hay các báo động khác, một DP-Slave có thể thông báo cho trạm chủ của nó qua bức điện trả lời. Nhận được thông báo, trạm chủ sẽ có trách nhiệm tra hỏi trạm tớ liên quan về các chi tiết thông tin chẩn đoán. Để thực hiện truyền nạp các bộ tham số hoặc đọc các tập dữ liệu tương đối lớn, PROFIBUS-DP cung cấp các dịch vụ không tuần hoàn là DDLM_Read và DDLM_Write. Trong mỗi chu kỳ bus, trạm chủ chỉ cho phép thực hiện được một dịch vụ. Tốc độ trao đổi dữ liệu tuần hoàn vì thế không bị ảnh hưởng đáng kể. Dữ liệu không tuần hoàn được định địa chỉ qua số thứ tự của khe cắm và chỉ số của tập dữ liệu thuộc khe cắm đó. Mỗi khe cắm cho phép truy nhập tối đa là 256 tập dữ liệu. 128 Các hàm chẩn đoán của DP cho phép định vị lỗi một cách nhanh chóng. Các thông tin chẩn đoán được truyền qua bus và thu thập tại trạm chủ. Các thông báo này được phân chia thành ba cấp: Chẩn đoán trạm: Các thông báo liên quan tới trạng thái hoạt động chung của cả trạm, ví dụ tình trạng quá nhiệt hoặc sụt áp Chẩn đoán module: Các thông báo này chỉ thị lỗi nằm ở một khoảng vào/ra nào đó của một module Chẩn đoán kênh: Trường hợp này, nguyên nhân của lỗi nằm ở một bit vào/ra (một kênh vào/ra) riêng biệt. Ngoài ra, phiên bản DP-V1 còn mở rộng thêm hai loại thông báo chẩn đoán nữa là: - Thông báo cảnh báo/báo động liên quan tới các biến quá trình, trạng thái cập nhật dữ liệu và các sự kiện tháo/lắp module thiết bị. - Thông báo trạng thái phục vụ mục đích bảo trì phòng ngừa, đánh giá thống kê số liệu,... 129 CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Bài 1 : Viết chương trình giao tiếp profibus giữa 2 PLC Bài 2 : Viết chương trình giao tiếp profibus giữa 2 trạm cấp phôi và trạm phân loại sản phẩm trên hệ thống MPS Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: Nội dung: + Về kiến thức: Liệt kê được cấu trúc mạng Profibus + Về kỹ năng: Xác định và xử lý một số vấn đề đơn giản + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện công việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung: - Độ chính xác của công việc - Thời gian thực hiện công việc - Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác. 130 BÀI 9: MẠNG INDUSTRIAL ETHERNET Mã bài: MĐ CĐT 33-09 Giới thiệu: Mạng Enthenet công nghiệp giúp sự truyền tin giữa các thiết bị máy móc đi xa hơn và nhanh hơn, mạng Ethernet điều khiển các thiết bị máy móc trên tầm vĩ mô. Mục tiêu: - Liệt kê được cấu trúc mạng Industrial Ethernet - Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung chính: 1. Giới thiệu Mạng Ethernet đầu tiên được phát triển vào năm 1970 bởi công ty Xerox là mộtmạng thử nghiệm, sử dụng dây cáp đồng trục với tốc độ truyền tải dữ liệu 3 Mbps. Mạng sử dụng giao thức CSMA/CD.Sự thành công của dự án này đã gây chú ý cho các nhà sản xuất thiết bị điện tử thời đó. Chính vì thế mà năm 1980, ba nhà sản xuất thiết bị điện tử hàng đầu là Digital Equipment Coperation, Intel Corporation và Xerox Corporation đã cùng nhau phát triển phiên bản Ethernet 1.0 với tốc độ truyền tải dữ liệu là 10 Mbps.Năm 1983, chuẩn mạng IEEE 802.3 đã được soạn thảo với nội dung tương tự nhưchuẩn mạng Ethernet phiên bản 1.0. Đến năm 1985 thì IEEE 802.3 được chuẩn hóa. Sau đó nhiều chuẩn mạng cục bộ khác đã được phát triển dựa theo nguyền tắc chia sẻ đường truyền chung của giao thức CSMA/CD. Ethernet là tên của kỹ thuật thông dụng nhất dùng kết nối mạng Lan. Một số kết nối khác không dùng Ethernet có thể kể kết nối trực tiếp qua cổng Com hay USB (chỉ dùng được cho 2 máy), mạng không dây (wireless), mạng Token ring, Asynchronous tansfer mode ( ATM)...Do công ty Xerox phát minh và đuợc chuẩn hóa thành tiêu chuẩn IEEE 802.3 với vài thay đổi, đa số mạng Lan hiện nay dùng kỹ thuật Ethernet với 2 dạng thường gặp nhất Standard Ethernet tốc độ 10 Mbps và Fast Ethernet với tốc độ 100Mbps. Chuẩn Ethernet đòi hỏi mỗi máy phải có một Ethernet adapter card (thường gọi là NIC hay card mạng) kết nối trực tiếp hay qua hub bằng cáp coaxial hoặc UTP (thường là Cat 5,100BaseT), dạng topology có thể là bus hay star và dùng quy thức CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision detection - để điều khiển lưu thông của data trên cáp. 131 2. Một số loại tốc độ truyền thông Ethernet Ethernet là một môi trường mạng LAN có môi trường truyền thông được chia sẻ (shared media LAN). Tất cả các trạm trên mạng (network station) chia nhau tổng băng thông của mạng (LAN bandwidth). Băng thông này có thể là 10Mbps (megibit per second = megabit/giây), 100Mbps hoặc 1000Mbps. Ngày nay, người ta còn dùng khái niệm Switched Ethernet (Mạng Ethernet chuyển mạch) để nói về công nghệ mạng LAN Ethernet sử dụng Switch thay cho Hub. Với Switched Ethernet, mỗi cặp máy tính Truyền và Nhận sẽ có các đường truyền riêng với băng thông đầy đủ (full bandwidth). Mạng Ethernet có thể sử dụng cáp đồng trục (coaxial cable), cáp xoắn đôi (twisted-pair cable), cáp quang (Optical Fiber) hoặc vô tuyến (wireless).Mạng Ethernet sử dụng cả cấu trúc Tuyến tính (bus) và hình sao (star). Các hệ thống Ethernet 10Mb/s + 10Base5: Đây là tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa trên cáp đồng trục loại dày. Tốc độ đạt được 10 Mb/s, sử dụng băng tần cơ sở, chiều dài cáp tối đa cho 1 phân đoạn mạng là 500m +10Base2: Có tên khác là “thin Ethernet” , dựa trên hệ thống cáp đồng trục mỏng với tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185 m (IEEE làm tròn thành200m). + 10BaseT: Chữ T là viết tắt của “twisted”: cáp xoắn cặp. 10BaseT hoạt động tốc độ 10 Mb/s dựa trên hệ thống cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên. +10BaseF: F là viết tắt của Fiber Optic ( sợi quang). Đây là chuẩn Ethernet dùng cho sợi quang hoạt động ở tốc độ 10 Mb/s , ra đời năm 1993. Các hệ thống Ethernet 100 Mb/s – Ethernet cao tốc ( Fast Ethernet ) + 100BaseT: Chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s trên cả cắp xoắn cặp lẫn cáp sợi quang +100BaseX: Chữ X nói lên đặc tính mã hóa đường truyền của hệ thống này (sử dụng phương pháp mã hoá 4B/5B của chuẩn FDDI). Bao gồm 2 chuẩn 100BaseFXvà100BaseTX.- 100BaseFX.Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp sợi quang đa mode. + 100Base TX: Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp xoắn cặp. 100BaseT2 và 100BaseT4: Các chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặp cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên tuy nhiên hiện nay hai chuẩn này ít được sử dụng. Các hệ thống Giga Ethernet + 1000BaseX: Chữ X nói lên đặc tính mã hoá đường truyền ( chuẩn này dựa trên kiểu mã hoá 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel được phát triển bởi ANSI). Chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại:  1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn.  1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài.  1000Base-CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng. + 1000BaseT: Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên. Sử dụng kiểu mã hoá đường truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại cáp này. 132 3. Industrial Ethernet 3.1.Giới thiệu Hình 9.1. Mạng truyền thông Ethernet trong công nghiệp Advantech cung cấp đầy đủ các dòng sản phẩm cho giải pháp Ethernet công nghiệp bao gồm Bộ chuyển mạch Ethernet, Bộ chuyển đổi truyền thông, bộ biến đổi tín hiệu từ Serial sang Ethernet. Tính năng chính của bộ Switches/Hubs công nghiệp. * Hỗ trợ chuẩn IEEE 802.3, 802.3u (10/100 Base-TX) * Bảo vệ chống nghẽn mạng * Bảo vệ ESD cho cổng Ethernet * Bảo vệ đột biến dòng điện * Tự động điều chính chế độ truyền dữ liệu (Full/half duplex) * Giải pháp mạng quang cho các ứng dụng khoảng cách xa và chống nhiễu (100 Base- FX, Single/Multi Mode Cổng nối chuẩn SC) * Tiện lợi trong lắp đặt như gắn tường, DIN Rail, gắn xếp chồng.. * Dải điện áp hoạt động rộng 133 * Hỗ trợ nguồn vào dự phòng * Dải nhiệt độ hoạt động rộng. 3.2.Kết nối và dây cáp + Logic: Cấu trúc bus + Vật lý: Đường thẳng hoặc hình sao + Mã hóa Manchester, truyền chênh lệch đối xứng (±0,85V) + Phương tiện truyền dẫn: - Cáp đồng trục: 10BASE2 (cáp mỏng), 10BASE5 (cáp dầy) - Đôi dây xoắn: 10BASE-T, 100BASE-T4, 100BASE-TX - Cáp quang: 10BASE-F, 100BASE-FX,.. Hình 9.2. Cáp truyền thông Ethernet Hình 9.3. Mô hình đấu nối cáp mạng ethernet 134 Ở sơ đồ này Sử dụng một nhánh mạng 10BASE-2 làm xương sống: Trường hợp này phải chọn các Hub có môđun mở rộng (Add- in module) 10BASE-2. 3.3.Khung truyền thông Khuôn dạng khung truyền được thể hiện trên hình sau: Hình 9.4. Cấu trúc khung truyền trong Ethernet IEEE 802.3 Trong đó : Premable (7 byte): là phần đầu dùng để thiết lập sự đồng bộ, nó là dãy bít luân phiên 1 và 0 kết thúc là 0 SFD (Start frame Delimiter): là dãy bít 10101011, để chỉ sự bắt đầu thực sự của khung truyền. DA (Destination Address) 2 byte hoặc 6 byte : địa chỉ trạm đích, có thể lựa chọn thống nhất địa chỉ là 16 bít hoặc 48 bit SA (Source Address): địa chỉ trạm nguồn, có chiều dài tương ứng với địa chỉ đích. Length (2 byte): chỉ độ dài của phần LLC data LLC data: đơn vị dữ liệu của LLC PAD: Phần dữ liệu them vào với mục đích phát hiện xung đột FCS(Frame Check Sequence): mã kiểm tra lỗi CRC 32 bít cho tất cả các vùng trừ Preamble, SFD và FCS. Khuôn dạng của vùng địa chỉ 16 bít và 48 bít được chỉ ra trên hình sau: I/G = 0, Địa chỉ riêng biệt I/G = 1, Địa chỉ nhóm Hình 9.5. Dạng địa chỉ 16 bít U/L = 0, Địa chỉ toàn cục U/L = 1, Địa chỉ địa phương Hình 9.6. Dạng địa chỉ 46 bít 3.4.Nhiễu và tiếng ồn Để mạng Ethernet hoạt động đúng, mỗi máy trạm phải phát hiện và thông báo sự xung đột tới trạm xa nhất trong mạng trước khi một trạm nguồn hoàn thành việc truyền 135 khung. Khung Ethernet kích cỡ nhỏ nhất là 512 bit (64 octet), do đó khoảng thời gian nhỏ nhất để phát hiện và thông báo xung đột là 512 lần thời gian một bit. Ethernet 10Mb/s: slot Time = 51,2 us Ethernet 100Mb/s: slot Time = 5,12 us Ethernet 1000Mb/s: slot Time = 512 ns Trường hợp vi phạm thời gian slotTime, mạng Ethernet sẽ hoạt động không đúng nữa. Mỗi lần truyền khung, máy trạm sẽ lưu khung cần truyền trong bộ đệm cho đến khi nó truyền thành công.Giả sử mạng không đáp ứng đúng tham số slotTime. Trạm 1 truyền 512 bit thành công không hề bị xung đột, lúc này khung được xem là truyền thành công và bị xoá khỏi bộ đệm. Do sự phát hiện xung đột bị trễ, trạm 1 lúc này muốn truyền lại khung cũng không được nữa vì khung đã bị xoá khỏi bộ đệm rồi. Mạng sẽ không hoạt động đúng. Một mạng Ethernet được thiết kế đúng phải thoả mãn điều kiện sau: “ Thời gian trễ tổng cộng lớn nhất để truyền khung Ethernet từ trạm này tới trạm khác trên mạng phải nhỏ hơn một nửa slotTime”. Thời gian trễ tổng cộng nói tới ở đây bao gồm trễ qua các thành phần truyền khung: trễ truyền tín hiệu trên cáp nối, trễ qua bộ repeater. Thời gian trễ của từng thành phần phụ thuộc vào đặc tính riêng của chúng.Các nhà sản xuất thiết bị ghi rõ và khi thiết kế cần lựa chọn và tính toán để thoả mãn điều kiện hoạt động đúng của mạng Ethernet. 3.5.TCP/IP và Industrial Ethernet Mô hình TCP/IP chỉ có 4 lớp.Mô hình tham chiếu của TCP/IP không trực tiếp giống mô hình của OSI. Mặc dù mỗi mô hình mạng đều có chung một mục đích là để truyền thông dễ dàng giữa các mạng, giữa các loại máy tính chạy trên nền hệ điểu hành khác nhau. Nhưng mỗi mô hình mạng đều có đặc điểm riêng và cách thực thi cũng chút ít khác nhau. Mô hình OSI do ISO tạo ra trong một thời gian dài, nó được dùng làm mô hình chuẩn cho các mô hình khác. Còn TCP/IP ra đời do yêu cầu cấp thiết của chính phủ Mỹ trước tình hình lúc bấy giờ, do đó sự phát triển của TCP/IP không bị đè nặng bởi những yêu cầu chặt chẻ như OSI. Do đặc tính của OSI là một mô hình tham khảo nên việc áp dụng OSI vào thực tế là khó có thể thực hiện (hiệu suất kém vì dữ liệu khi truyền trong mạng phải qua tất 136 cả các lớp của mô hình OSI). Do đó, OSI chỉ là một tiêu chuẩn để các nhà nghiên cứu dựa vào đó để phát triển các mô hình khác tối ưu hơn. Có rất nhiều mô hình khác nhau đã được phát minh, tuy nhiên hiện nay trên thế giới cùng với sự phát triển như vũ bão của Internet thì mô hình TCP/IP là được sử dụng phổ biến nhất. Bộ giao thức TCP/IP là rất quan trọng trong việc lựa chọn cách thức truyền thông nhằm hạn chế lỗi và tăng hiệu quả. TCP/IP có các đặc điểm nổi bậc sau: Độc lập với cầu hình mạng: TCP/IP có thể dung cho mạng bus, start, ring, cho mạng cục bộ, mạng diện rộng hay các liên mạng. Độc lập với phần cứng vật lý của mạng: TCP/IP có thể dung cho Ethernet, token- ring hay bất cứ loại phần cứng nào. Là một chuẩn giao thức mở: TCP/IP có thể thực hiện trên nhiều hệ điều hành (Operating System – OS) khác nhau, nên nó thích hợp dung cho các mạng hỗn tạp các loại phần cứng và phần mềm như Internet. Định địa chỉ một cách tổng quát: mỗi trạm trên mạng TCP/IP có một địa chỉ IP duy nhất được dùng để liên lạc với bất kì trạm nào khác trên mạng. Hỗ trợ đắc lực mạng theo mô hình Client – Server. Các protocol chuẩn lớp ứng dụng: TCP/IP không những cung cấp cho lập trình viên phương pháp để truyền dữ liệu giữa các ứng dụng mà còn cung cấp cơ sở của nhiều giao thức lớp ứng dụng. Kiến trúc của TCP/IP Phát triển từ mô hình tham chiếu OSI, TCP/IP được phân làm 4 lớp: Lớp truy xuất mạng (Network Access layer). Lớp liên mạng (Internet Layer). Lớp giao vận (Transport layer). Lớp ứng dụng (Application layer). Việc phân lớp này đảm bảo một số nguyên tắc sau: Một lớp được tạo ra khi cần đến mức trừu tượng hóa tương ứng. Mỗi lớp cần thực hiện các chức năng được định nghĩa rõ ràng. Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩa các quy tắc chuẩn hóa quốc tế. 137 Ranh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất ( tham số cho chương trình con là ít). Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trong cùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp. Một mức có thể được phân thành các lớp nhỏ cần thiết. Các mức con có thể lại bị loại bỏ. Hai hệ thống khác nhau có thể truyền thông với nhau nếu chúng bảo đảm những nguyên tắc chung (cài đặt cùng một giao thức truyền thông). Các chức năng được tổ chức thành một tập các lớp đồng mức cung cấp chức năng như nhau. Các lớp đồng mức phải sử dụng giao thức chung. Một lớp không định nghĩa một giao thức đơn, nó định nghĩa một chức năng truyền thông có thể thi hành bởi một số giao thức. Do vậy, mỗi lớp có thể chứa nhiều giao thức, mỗi giao thức cung cấp một dịch vụ phù hợp cho chức năng của lớp. Mỗi lớp phải được chuẩn hóa để giao tiếp với lớp tương đương với nó.Trên lý thuyết, giao thức chỉ liên quan tới lớp của nó mà không quan tâm tới lớp trên hoặc dưới của nó. Tuy nhiên phải có sự đồng ý để làm sao chuyển dữ liệu giữa các lớp trên một máy tính, bởi mỗi lớp lại liên quan tới việc gửi dữ liệu từ ứng dụng này tới một ứng dụng tương đương trên một máy khác. Lớp cao hơn dựa vào lớp thấp hơn để chuyển dữ liệu qua mạng phía dưới.Dữ liệu chuyển xuống ngăn xếp từ lớp này xuống lớp thấp hơn cho tới khi được truyền qua mạng nhờ giao thức của lớp vật lý.Tại nơi nhận, dữ liệu đi lên ngăn xếp tới ứng dụng nhận.Những lớp riêng lẻ không cần biết các lớp trên và dưới nó xử lý ra sao, nó chỉ cần biết cách chuyển thông tin tới lớp đó mà thôi.Sự cô lập các hàm truyền thông trên các lớp khác nhau giảm thiểu sự tích hợp công nghệ của đầu vào mỗi bộ giao thức. Các ứng dụng mới có thể thêm vào mà không cần thay đổi lớp vật lý của mạng, phần cứng có thể được bổ sung mà không cần viết lại các phần mền ứng dụng. 138 Các lớp kiến trúc mô hình TCP/IP và các nghi thức tương ứng như sau: OSI TCP/IP TCP/IP Protocol Stack Application layer Process/Application layer FTP, SMTP, TELNET, SNMP Presentation layer Session layer Transport layer Transport layer TCP or UDP Network layer Internet layer IP, ARP, RARP, ICMP DataLink layer Network Access layer Network interface card Transmission media Physical layer Hình 9.7. Tương quan hai mô hình OSI model và TCP/IP model TCP (Transmission Control Protocol): một nghi thức có cầu nối (connection- oriented) cung cấp khả năng truyền dòng dữ liệu không lỗi, hai chiều song công (full duplex) cho các quá trình của người sử dụng. UDP (User Datagram Protocol): một khi thức không thiết lập cầu nối (connectionless) cho các quá trình của user. Do đó, nó không dảm bảo dữ liệu khi truyền có đến nơi chính xác hay không. ICMP (Internet Control Message Protocol): nghi thức sử lý lỗi và điều khiển thông tin giữa các gateway và các host. IP (Internet Protocol): đây là protocol cung cấp dịch vụ phân phối các packet cho TCP, UDP và ICMP. ARP (Adress Resolution Protocol): protocol ánh xạ một địa chỉ Internet vào trong một địa chỉ phần cứng. RARP (Reverse Address Resolution Protocol): ánh xạ một địa chỉ phần cứng thành một địa chỉ Internet. 3.6.Cấu trúc Các trường quan trọng trong phần mở đầu sẽ được mô tả dưới đây: + Preamble: trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị 10101010. Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz. SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của 1 khung. Nó luôn mang giá trị 10101011 139 + Các trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xác định khung được gửi từ đâu và sẽ được gửi tới đâu. LEN: giá trị của trường nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo. FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toán trường này trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ. + Truy nhập bus: CSMA/CD + Cơ chế giao tiếp chủ yếu: Tay đôi (peer-to-peer), tự do, không cần đặt cấu hình trước (giao thức cấp trên có thể yêu cầu đặt cấu hình) + Hỗ trợ gửi đồng loạt (broadcast) và gửi theo nhóm (multicast):  Bit đầu tiên của địa chỉ nhận = 1: gửi đồng lọat hoặc gửi theo nhóm  Tất cả các bit = 1: gửi đồng loạt + Địa chỉ MAC: 48 bit, bit 46 phân biệt giữa địa chỉ toàn cục và địa chỉ cục bộ => bao nhiêu địa chỉ có thể dùng được? Hình 9.8. Sơ đồ kết nối truyền thông mạng Ethernet 4. Xử lý sự cố 4.1.Giới thiệu Từ những ứng dụng ban đầu của mạng LAN sử dụng công nghệ Metro Ethernet, Ethernet tốc độ 10/100/1000Mbps đã đi đến từ ngõ ngách cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Do nhu cầu về tốc độ truyền và chất lượng dịch vụ QoS ngày càng tăng lên 140 dẫn đến việc triển khai Ethernet trở nên phức tạp hơn và các ứng dụng vươn tới những khu vực rộng lớn hơn. Vì vậy, trong suốt quá trình triển khai mạng của các nhà mạng, bảo dưỡng thiết bị và xử lí sự cố, vấn đề nổi bật là làm cách nào đạt được sự nhanh, hiệu quả về chất lượng truyền dẫn và vận hành khi đầu tư vào công nghệ Ethernet. Mặt khác, việc đối mặt với những rắc rối của môi trường LAN, làm thế nào để tìm ra lỗi một cách nhanh chóng là những vấn đề đang làm nản lòng người quản lý LAN.DADI đem đến thị trường một loạt các thiết bị kiểm tra để giải quyết cho vấn đề kiểm tra mạng sử dụng công nghệ Ethernet.Loạt sản phẩm này thừa hưởng những đặc điểm kĩ thuật và tính thương mại của DN065 Ethernet Analyzer, nó có thể giải quyết những vấn đề nổi bật trong quá trình kiểm tra và nâng cao hiệu quả của công việc kiểm tra. Hình 9.9. Các lỗi trong mạng Ethenet 4.2.Các vấn đề và lỗi cơ bản Khi trong mạng Ethernet có lỗi thì ta phải phân tích lỗi : - Phát hiện lỗi như thế nào ở đâu - Xem xét lỗi gì trên những alarm, messeger - Xác nhận lỗi - Cô lập lỗi truyền thông - Phục hồi lỗi đang hiện hữu 141 Hình 9.10. Hình thể hiện các vấn đề về sự cố mạng Ethernet 4.3.Dụng cụ TPT-8020A Cable and Network Tester : Thiết bị cầm tay dễ sử dụng để kiểm tra cáp và mạng đơn giản. Ngoài chức năng hiển thị sơ đồ dây, đo độ dài cáp, chuẩn đoán lỗi cáp, vẽ kết nối cáp, TPT 8020A còn có thể được dùng để kiểm tra hoạt động của mạng. Hình 9.11. managed Switch Enthernet manager DN065 Gigabit Ethernet Analyzer: là thiết bị cầm tay tích hợp kiểm tra việc triển khai công nghệ 10/100/1000Mbps Ethernet. Các chức năng chính như: kiểm tra dịch vụ Ethernet, BER test, RFC 2544 test, IPDV 142 Hình 9.12. managed Switch Enthernet manager Managed Switch Enthernet manager Hình 9.13. managed Switch Enthernet manager Ngoài tính năng IGMP, Managed Switch còn có nhiều tính năng quan trọng khác như có thể lưu trữ lịch sử lỗi của Switch, cho phép kiểm soát tốc độ trên từng cổng, cài đặt bảo mật cho từng cổng và khả năng ánh xạ cổng mạng (Port Mirroring). Tính năng ánh xạ cổng cho phép người quản trị theo dõi các gói tin được truyền qua các cổng của Switch bằng cách ánh xạ cổng đó sang một cổng khác để theo dõi, thông qua các phần mềm hỗ trợ. Chẳng hạn như khi mạng bị sự cố, người kĩ sư bảo trì sử dụng máy tính của mình, cắm cáp Ethernet nối máy tính vào một cổng mạng trên Switch và ánh xạ dữ liệu đang truyền trên cổng cần kiểm tra sang cổng này. Sử dụng phần mềm trên máy tính dễ dàng theo dõi xem lưu lượng Multicast, Broadcast đi qua cổng cần kiểm tra từ đó xác định các nguyên nhân sự cố.Khi nói đến sự cố trên mạng Ethernet, thiết bị cần kiểm tra đầu tiên thường là Switch. Mặc dù về mặt vật lý, đáp ứng của Switch nhanh hơn từ 10 đến 50 lần đáp ứng của các thiết bị đầu cuối. Do đó phần cứng Switch ít khi gây ra vấn đề mạng. Phần lớn nguyên nhân gây các sự cố làm chậm mạng, rớt mạng là do truyền 143 thông Multicast hoặc Broadcast quá nhiều khiến thiết bị mạng bị quá tải.Cho nên để tối ưu hiệu suất mạng cần kiểm soát tốt Multicast và Broa