Bộ giao thức TCP/IP

I Giới Thiệu:
-Để các máy máy tính có thể liên lạc với nhau qua mạng, chúng phải sử dụng cùng 1 ngôn ngữ hay còn gọi là 1 giao thức (Protocol). Giao thức là 1 hệ luật và chuẩn cho phép các máy tính trong mạng liên lạc với nhau.
-TCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol (Giao thức Điều Khiển Truyền Thông) / Internet Protocol (Giao thức Internet).
-TCP/IP không chỉ gồm 2 giao thức mà thực tế nó là tập hợp của nhiều giao thức. Chúng ta gọi đó là 1 Hệ Giao Thức hay Bộ Giao Thức (Suite Of Protocols). Bài viết chúng ta sẽ tập trung vào Bộ Giao Thức này.
II Tổng quát:
-Để cho các máy tính trao đổi dữ liệu với nhau TCP/IP sử dụng mô hình truyền thông 4 tầng hay còn gọi là Mô Hình DoD (Mô hình của Bộ Quốc Phòng Mỹ). Các tầng trong mô hình này là (Theo thứ tự từ trên xuống):
+ Tầng Ứng Dụng (Application Layer)
+ Tầng Giao Vận (Transport Layer)
+ Tầng Liên Mạng (Internet Layer)
+ Tầng Giao Diện Mạng (Network Interface Layer)
- Mỗi giao thức của Họ TCP/IP đều thuộc 1 trong các tầng này. Ta sẽ cùng tìm hiểu từng tầng .
1.Tầng Giao Diện Mạng (Network Interface Layer):
- Tầng Giao Diện Mạng có trách nhiệm đưa dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn. Tầng này gồm các thiết bị phần cứng vật lí chẳng hạn như Card Mạng và Cáp Mạng.
- 1 Card Mạng chẳng hạn card Ethernet chứa 1 số HEX 12 kí tự (00-18-37-03-C0-F4) được gọi là Địa Chỉ MAC (Media Access Control) hay Địa Chỉ Truy Nhập Phương Tiện . MAC đóng vai trò quan trọng trong việc gán địa chỉ và truyền dữ liệu.
- 1 số giao thức tiêu biểu thuộc tầng này gồm :
+ ATM (Asynchronous Transfer Mode)
+ Ethernet
+ Token Ring
+ FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
+ Frame Relay
2.Tầng Liên Mạng (Internet Layer):
- Nằm bên trên tầng giao diện mạng. Tầng này có chức năng gán địa chỉ, đóng gói và định tuyến (Route) dữ liệu. 4 giao thức quan trọng nhất trong tầng này gồm:
+ IP (Internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định tuyến chúng tới đích.
+ ARP (Address Resolution Protocol): Có chức năng biên dịch địa chỉ IP của máy đích thành địa chỉ MAC.
+ ICMP (Internet Control Message Protocol): Có chức năng thông báo lỗi trong trường hợp truyền dữ liệu bị hỏng.
+ IGMP (Internet Group Management Protocol): Có chức năng điều khiển truyền đa hướng (Multicast)
3.Tầng Giao Vận (Transport Layer):
- Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu. 2 giao thức chính trong tầng này gồm:
+ UDP (User Datagram Protocol): Còn gọi là Giao Thức Gói Người Dùng. UDP cung cấp các kênh truyền thông phi kết nối nên nó không đảm bảo truyền dữ liệu 1 cách tin cậy. Các ứng dụng dùng UDP thường chỉ truyền những gói có kích thước nhỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng
+ TCP (Transmission Control Protocol): Ngược lại với UDP, TCP cung cấp các kênh truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền dữ liệu 1 cách tin cậy. TCP thường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các gói tin đã nhận.
4.Tầng Ứng Dụng (Application Layer):
- Gồm nhiều giao thức cung cấp cho các ứng dụng người dùng. Được sử dụng để định dạng và trao đổi thông tin người dùng. 1 số giao thức thông dụng trong tầng này là:
+ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao Thức Cấu Hình Trạm Động
+ DNS (Domain Name System): Hệ Thống Tên Miền
+ SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao Thức Quản Lý Mạng Đơn Giản
+ FTP (File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin
+ TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin Bình Thường
+ SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Thư Đơn Giản
+ TELNET
***Bảng sau mô tả khái quát về Bộ Giao Thức TCP/IP:

Nguồn http://www.nhatnghe.com/forum/showthread.php?t=13688

Read more »

Giao thức AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector)

Đây là giao thức định tuyến cho mạng ad hoc. Giao thức này thuộc loại phản ứng lại theo yêu cầu, tức là việc thiết lập tuyến tới đích chỉ khi được yêu cầu.
Trong AODV, mạng ở chế độ silent cho đến khi một kết nối cần được thiết lập. Ở vị trí nút mạng cần một kết nối thì nó sẽ phát quảng bá một bản tin. Những nút AODV khác sẽ chuyển tiếp bản tin này và ghi lại nút mà chúng đã nghe được bản tin, tạo một sự bùng nổ các tuyến tạo về nút phát bản tin, có thể nói bằng một kiểu gần gũi hơn là "hiệu ứng lan tỏa" ấy, các nút nhận được bản tin quảng bá sẽ lưu thông tin nút phát đến nó -> có thể lần ngược về nút nguồn ban đầu.
Từ một nút ban đầu, sau một số lần lan tỏa thì sẽ có một nút biết được nút đích và nó sẽ phản hồi lại thông tin nút đích đã biết về nút nguồn. Và nếu có nhiều thông tin phản hồi các đường khác nhau từ các tuyến khác nhau về nút nguồn thì nút nguồn sẽ chọn tuyến có đường đi ngắn nhất.

Cái này không có trong vở nhưng đọc trên wiki tiếng anh thì để bản tin không bị truyền lan tỏa mãi thì nó sẽ được quy định một thời gian sống "time to live" cho phép bản tin lan tỏa bao nhiêu lần, chứ cứ lan tỏa lung tung ra toàn mạng thì chỉ tổ tốn tài nguyên mà có khi tìm được đích từ lâu lắm rồi.

Khi một tuyến bị đứt thì nút cạnh chỗ đứt / nút đứt sẽ gửi thông báo lỗi về nút nguồn để yêu cầu tìm đường khác.

Ưu điểm của phương pháp:

• Định tuyến chỉ thiết lập khi có yêu cầu
• Thông tin khi tìm đường vừa được thiết lập ngay nên là thông tin mới nhất

Nhược:

•  Khi có tuyến được yêu cầu thì có nhiều nút trả lời (tìm lắm đường cả thẳng cả cong, cả zic zắc..), tốn nhiều thông tin điều khiển.
• Vẫn sử dụng các gói tin beaconing -> tốn băng thông không cần thiết (cái này không hiểu nhưng ở lớp day thế)

Read more »

Mới mua cái wireless router w311r, có vài lời chia sẻ

Nhà không bắt được wifi chùa, mà nhiều lúc chỉ check tin, check mail cứ phải mở máy lên đợi khởi động thì mất công, không tiện tí nào nên mình quyết định mua 1 con phát wifi về để "cải thiện đời sống" vì mình có điện thoại và máy đọc sách đều hỗ trợ wifi cả.

Đầu tiên là chọn mua loại nào, chúng ta cần phân biệt một số loại phát wifi thông dụng gồm :Access Point, Wireless Router và Wireless Modem.

Con của mình là Wireless-N Broadband Router tức là loại wireless Router. Dòng này là dòng trung quốc, giá rẻ, phát cũng không xa nhưng mình để cách 1 tầng vẫn bắt được, thằng bạn dùng trước con này rồi thì bảo chất lượng cũng được.

Về khoản cài đặt, mặc dù học về viễn thông và đã từng học CCNA nhưng học là 1 chuyện, hành lại là chuyện khác, mình mù tịt khoản cài đặt, cộng thêm trước nghịch pass modem bị đơ không vào mạng, gọi bọn kỹ thuật mãi mới xử được nên rất ngại thao tác, cái khác hỏng thì còn lên mạng search xử lý,mạng hỏng rồi thì chỉ có khóc thôi ^_^ nên ra quán hỏi ông chủ quán, ông bảo ông cấu hình cho, đặt pass cho về cắm phát là chạy, thế là yên tâm, bạn nào không quen thì cứ theo cách này mà làm nhé, lưu ý là Access point thì không cấu hình được gì hết, không có pass đâu.

Con w311r này có 4 cổng LAN và 1 cổng WAN (cổng xanh nối từ modem đến nó qua cổng này), sau khi nối Internet thì nó ngoài phát wifi thì 4 cổng này có thể share tiếp cho 4 máy. Sau khi dùng hôm đầu tiên thì thấy không bị lỗi gì nhưng đến hôm sau thì phát hiện ra một số vấn đề:

• Nhà mình có 2 máy 1 laptop và 1 cái PC, thỉnh thoảng mình hay gửi dữ liệu qua mạng LAN thông qua modem với tốc độ 100 Mbps (tương đương 12.5 Megabyte/s và thực tế cũng thấy dao động khoảng 11-12 hơn trừ khi send nhiều file nhỏ) nhưng nếu cắm vào con này thì tốc độ mạng LAN được có 1,1 Mb/s tức là chậm 10 lần. Chắc là không thiết kế cho truyền mạng LAN mà chỉ để phát wifi nên tốc độ chỉ thế thôi.
• Các máy cùng cắm vào 1 modem hoặc cùng vào cái w311r này thì có thể nhận được nhau qua mạng LAN nhưng nếu một cái cắm vào modem, 1 cái cắm vào con này thì không nhận được nhau (không biết cấu hình thì có nhận được ra nhau không).

Chất lượng thì mới dùng nên không nói trước được nhưng nếu share mạng LAN trong gia đình thì nên lưu ý vấn đề trên

Read more »

Phân biệt các thiết bị phát wifi thông dụng

Bộ phát wifi thông thường theo mình tìm hiểu thì gồm 3 loại :Access Point, Wireless Router và Wireless Modem- Access point: chỉ có cổng lan, cắp vào là phát, chả cấu hình gì (nghe trên mạng nói thế), search google thì ra được 1 cái hính có lẽ miêu tả rõ nhất, nhược điểm nhất có lẽ là không cấu hình được password, bọn hàng xóm bắt chùa ngay, kéo phim tối ngày còn mình thì yahoo không vào được, loại, không mua.

- Wireless Router : nhà mình có 1 cái tenda W311R ,gồm 1 cổng WAN (trong cái hộp thì nó ghi là cổng internet) và nhiều cổng LAN, trông cái cổng WAN ngoại trừ tô xanh ra thì nó vẫn dùng giắc như cổng LAN thường, dùng để nối từ modem đến nó, các cổng còn lại để chia sẻ đến nhiều máy . Có thể cấu hình được nhiều thứ với cái này, nhưng mình không thạo nên không nói được gì nhiều, chỉ biết là đặt được password (nhờ ông ngoài quán cấu hình sẵn hộ).

- Wireless Modem : như wireless Router nhưng nó là modem luôn, lấy thẳng dây net từ nhà mạng cắm vào, vừa tính năng share mạng lan (nhiều cổng lan), vừa phát wifi, có thể nói là tích hợp nhiều tính năng nhất trong 3 cái và cũng đắt nhất luôn

Mình post 3 cái hình chụp đằng đuôi lên để các bạn dễ phân biệt, access point thì chỉ có 1 cổng LAN, wireless router thì có mấy cổng nhưng nói chung là các chân giống nhau còn có 1chân khác (nhìn kỹ hình cuối) thì là wireless modem. Nhà mình có sẵn modem lúc lắp mạng bên viettel cho nên mình mua cái wireless router, còn không nếu chưa có gì mà muốn wifi thì các bạn nên mua wireless modem luôn cho gọn, tuy nhiên nếu thich mỗi cái chuyên dụng tính năng 1 cái hoặc phải share nhiều máy thì mua làm 2 vì modem nhiều cổng, thêm wireless modem nhiều cổng nữa thì sẽ tăng được số máy share

Read more »

Hệ thống định vị GLONASS

GLONASS (tiếng Nga: ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система - ГЛОНАСС; chuyển tự: Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) là hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Liên bang Nga, tương tự như GPS (NAVSTAR) của Hoa Kỳ hay Galileo của Liên minh châu Âu.
Nền của hệ là 24 vệ tinh, chuyển động trên bề mặt Quả Đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,8°, và độ cao 19100 km.
Vệ tinh đầu tiên của GLONASS được Liên Xô đưa lên quỹ đạo ngày 12 tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ chính thức được đưa vào sử dụng.

Các nguyên lý làm việc

Các vệ tinh của hệ GLONASS liên tục phóng ra các tín hiệu định vị theo 2 dạng: tín hiệu định vị chính xác chuẩn (Ch) ở tần số L1 (1,6 GHz) và tín hiệu định vị chính xác cao (C) ở tần số L1 và L2 (1,2 GHz). Thông tin, cung cấp bởi tín hiệu định vị Сh, mở cho tất cả người dùng trên nền toàn cầu và liên tục và đảm bảo khi dùng máy thu GLONASS, khả năng xác định:

• các tọa độ ngang với độ chính xác 50-70 m (độ tin cậy 99,7%);
• các tọa độ đứng với độ chính xác 70 m (độ tin cậy 99,7%);
• các véc-tơ thành phần của vận tốc với độ chính xác 15 cm/s (độ tin cậy 99,7%)
• thời gian chính xác với độ chính xác 0,7 mcs (độ tin cậy 99,7%).

Các độ chính xác này có thể tăng lên đáng kể, nếu dùng phương pháp định vị vi phân và/hay các phương pháp đo bổ sung đặc biệt.
Tín hiệu C về cơ bản, được chỉ định dành cho các nhu cầu của Bộ Quốc phòng Nga, và несанкционированное việc dùng nó không được khuyến khích. Câu hỏi về việc cung cấp tín hiệu C cho nhu cầu dân sự đang trong tình trạng xem xét.
Để xác định các tọa độ không gian và thời gian chính xác cần nhận và xử lý các tín hiệu định vị từ không ít hơn 4 vệ tinh GLONASS. Khi nhận các tín hiệu sóng định vị GLONASS máy thu, dùng các phương pháp kỹ thuật sóng đã biết, đo các độ dài đến các vệ tinh nhìn thấy và đo các vận tốc chuyển động của chúng.

Các lần phóng

• 25 tháng 12 năm 2005, 8:07 Moskva, từ sân bay vũ trụ Baykonur, tên lửa mang Proton-K, đưa lên quỹ đạo một vệ tinh GLONASS và 2 vệ tinh GLONASS-M với nguồn mở sử dụng để làm đủ nhóm GLONASS.
• 26 tháng 12 năm 2006, tên lửa mang Proton-K, đưa lên quỹ đạo 3 vệ tinh GLONASS-M.
• 2007, có kế hoạch phóng 2 tên lửa mang Proton với 3 vệ tinh GLONASS-M trong mỗi cái
• 2008, phóng tên lửa mang Proton với 3 vệ tinh GLONASS-M và tên lửa mang Sojuz với 2 máy vũ trụ GLONASS-K mới.

GLONASS ngày nay

Vào thời điểm này nhóm vệ tinh gồm 26 vệ tinh, gồm 21 vệ tinh đang hoạt động, còn 3 cái chuẩn bị đưa vào hoạt động và 2 dùng để dự phòng thay thế. Số lượng này chưa đủ để bao phủ toàn bộ bề mặt Quả Đất (cần tối thiểu 24 vệ tinh hoạt động cùng một lúc).
Độ mở tích phân GLONASS trên Quả Đất: 80%
Độ mở tích phân GLONASS trên Nga: 94%
Đứt quãng tối đa của sự định vị trên Quả Đất: 2.4 giờ
Đứt quãng tối đa của sự định vị trên Nga: 0.5 giờ
Để tăng số lượng vệ tinh lên 18 trên lãnh thổ Nga để việc định vị liên tục được đảm bảo 100%. Trên phần còn lại của quả đất theo đây sự ngắt trong việc định vị có thể đạt đến полутора часов. Việc định vị liên tục thực sự trên toàn bộ khu vực của quả đất được bảo đảm trên nhóm quỹ đạo từ 24 vệ tinh.
Các máy vũ trụ làm việc trong thời gian hiện tại gồm 6 vệ tinh «GLONASS-M», (1 phóng vào năm 2003, 2 — vào 2005, 3 — vào 2006), có thời gian bảo hành tồn tại tích cực là 7 năm. Các vệ tinh này, khác với các máy thế hệ trước, phóng 2 tín hiệu dành cho các nhu cầu dân dụng, cho phép tăng độ chính xác của việc xác định vị trí.
Tương ứng với yêu cầu của Tổng thống LB Nga nhóm tối thiểu từ 18 vệ tinh cần hoàn tất vào năm 2007. Nhóm đầy đủ từ 24 vệ tinh tương ứng với chương trình liên bang «Hệ định vị toàn cầu» cần hoàn tất vào năm 2010.
Các vệ tinh «GLONASS-М» trong thành phần nhóm quỹ đạo sẽ nằm, như tối thiểu, đến năm 2015. Các thử nghiệm bay của các vệ tinh негерметичных thế hệ mới «GLONASS-K» với các đặc tính tốt hơn (thời gian bảo hành tăng lên 10 năm và tần số thứ 3 của L-диапазон dành cho các nhu cầu dân dụng) cần được bắt đầu vào năm 2008. Vệ tinh này sẽ nhẹ hơn 2 lần so với thế hệ trước (ví dụ 700 kg so với 1415 kg ở «GLONASS-M»)
Trong tương lai, sau khi hoàn tất nhóm quỹ đạo từ 24 vệ tinh, để đảm bảo sự cung cấp của nó cần thực hiện mỗi năm 1 cuộc phóng 2 vệ tinh «GLONASS-К» trên tên lửa mang «Sojuz», để giảm khấu hao sử dụng.
Ngày 29 tháng 11 năm 2006, bộ trưởng Quốc phòng Sergey Ivanov, trong chuyến thăm Học viện định vị sóng và thời gian Nga, thông báo rằng hệ GLONASS trong thời gian tới sẽ dùng cho dân sự.

Sự cố 2010

3 vệ tinh định vị GLONASS - M phóng lên quỹ đạo ngày 5 tháng 12 năm 2010 từ sân bay vũ trụ Baikonur đã rơi xuống ngoài khơi quần đảo Hawaii, Thái Bình Dương do lỗi ở tên lửa đẩy Proton làm chệch hướng khi rời khỏi bệ phóng một góc 8 độ so với dự kiến.

Nguồn http://vi.wikipedia.org/wiki/GLONASS

Read more »

Hệ thống định vị Bắc Đẩu

Đa giác phạm vi phủ sóng của Bắc Đẩu

Hệ thống định vị Bắc Đẩu (Trung văn giản thể: 北斗导航系统; phồn thể: 北斗導航系統; bính âm: Běidǒu dǎoháng xìtǒng hay Trung văn giản thể: 北斗卫星导航系统; phồn thể: 北斗衛星導航系統; bính âm: Běidǒu wèixīng dǎoháng xìtǒng) là một dự án của Trung Quốc phát triển một hệ thống vệ tinh định vị độc lập. Tên gọi này có thể đề cập một hoặc cả hai thế hế hệ thống định vị của Trung Quốc. Hệ thống Bắc Đẩu đầu tiên, chính thức được gọi là "Hệ thống thử nghiệm định vị vệ tinh Bắc Đẩu", hay được gọi là "Bắc Đẩu 1", bao gồm 3 vệ tinh và có giới hạn bao trả và các ứng dụng. Nó đã được cung cấp dịch vụ chuyển hướng chủ yếu cho các khách hàng ở Trung Quốc và từ các vùng lân cận từ năm 2000.
Thế hệ thứ hai của hệ thống, được gọi là Compass hay Bắc Đẩu 2, sẽ là một hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu bao gồm 35 vệ tinh, vẫn còn đang được tạo dựng. Nó đã hoạt động với phạm vi toàn Trung Quốc trong tháng 12 năm 2011. Theo kế hoạch hệ thống sẽ cung cấp dịch vụ cho khách hàng trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương vào năm 2012 và các hệ thống toàn cầu sẽ được hoàn thành vào năm 2020, sau khi sở hữu 35 vệ tinh.
Các nhà thiết kế chính của hệ thống định vị Bắc Đẩu là Tôn Gia Đống. Bắc Đẩu tương thích với hệ thống định vị GPS của Mỹ, hệ thống Galileo của châu Âu và hệ thống GLONASS của Nga. Nó cho phép người sử dụng định vị chính xác trong phạm vi 10 m, đo tốc độ từ 200 cm/giây trở lên và cung cấp thông tin về thời gian với sai số chỉ là 2 phần trăm triệu giây.
Một báo cáo do giới chức Trung Quốc công bố cho thấy dịch vụ của Bắc Đẩu đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực giao thông, đánh bắt hải sản trên biển, dự báo thời tiết, giám sát các công trình thủy điện, giảm nhẹ thiên tai. Nhóm thiết kế Bắc Đẩu dự đoán nó sẽ tạo ra một thị trường dịch vụ định vị có trị giá tới 63 tỷ USD trong khoảng thời gian từ nay tới năm 2020.

Nguồn http://vi.wikipedia.org 

Hiện nay thì thấy có 3 hệ thống định vị thấy được nghe nói nhiều nhất là GPS dùng rất phổ biến trong điện thoại, các hệ thống dẫn đường, GLONASS của Nga và cái này của Tàu, ở vn thì hầu hết sử dụng GPS

Read more »

Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất

Thiết bị thu tín hiệu GPS dân sự trên một phương tiện hải dương.

Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.
Tuy được quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất kể quốc tịch nào.
Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2014.

Phân loại
Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.
Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng.
Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh.
Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.
GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ.

Sự hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.

Độ chính xác của GPS

Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khóa vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì kết nối bền vững, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng. Trạng thái của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ.

Các thành phần của GPS

GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng. Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát. Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện tại.

Phần không gian

Phần không gian gồm 24 vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn định vá quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ. Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.
Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.

Phần kiểm soát

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh. Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt.
Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các ăng-ten mặt đất của U.S. Air Force Satellite Control Network (AFSCN) và các trạm quan sát NGA (National Geospatial-Intelligence Agency). Các đường bay của vệ tinh được ghi nhận bởi các trạm quan sát chuyên dụng của Không quân Hoa Kỳ đặt ở Hawaii, Kwajalein, Đảo Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado và Cape Canaveral, cùng với các trạm quan sát NGA được vận hành ở Anh, Argentina, Ecuador, Bahrain, Úc và Washington DC. Thông tin đường bay của vệ tinh đi được gởi đến Air Force Space Command's MCS ở Schriever Air Force Base 25 km đông đông nam của Colorado Springs, do 2nd Space Operations Squadron (2 SOPS) của U.S. Air Force vận hành. Sau đó 2 SOPS liên lạc thường xuyên với mỗi vệ tinh GPS thông qua việc cập nhật định vị sử dụng các ăng-ten mặt đất chuyên dụng hoặc dùng chung (AFSCN)(các ăng-ten GPS mặt đất chuyên dụng được đặt ở Kwajalein, đảo Ascension, Diego Garcia, và Cape Canaveral). Các thông tin cập nhật này đồng bộ hóa với các đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh trong vòng một vài phần tỉ giây cho mỗi vệ tinh, và hiệu chỉnh lịch thiên văn của mô hình quỹ đạo bên trong mỗi vệ tinh. Việc cập nhật được tạo ra bở bộ lọc Kalman sử dụng các tín hiệu/thông tin từ các trạm quan sát trên mặt đất, thông tin thời tiết không gian, và các dữ liệu khác.

Phần sử dụng

Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.
Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):

• Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978.
• Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.
• Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm.
• Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 feet (5 m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²).
• Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts.

Tín hiệu GPS

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2. (dải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà.
L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã Coarse/Acquisition (C/A). Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS.
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào.
Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí.

Nguồn lỗi của tín hiệu GPS

Những yếu tố có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:

• Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển.
• Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu.
• Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.
• Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí không chính xác.
• Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều quả vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chí tán lá dầy có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.
• Che khuất về hình học – Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí tạo các góc rộng với nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thẳng hoặc cụm thành nhóm.
• Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao. Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông. Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)

Ứng dụng GPS

Dân dụng

Quản lý và điều hành xe

1. Giám sát quản lý vận tải, theo dõi vị trí, tốc độ, hướng di chuyển,… 2. Giám sát mại vụ, giám sát vận tải hành khách,.. 3. Chống trộm cho ứng dụng thuê xe tự lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe 4. Liên lạc, theo dõi định vị cho các ứng dụng giao hàng GPS có nhiều ứng dụng mạnh mẽ trong quản lý xe ô tô, đặc biệt là các loại xe như: Xe taxi, xe tải, xe công trình, xe bus, xe khách, xe tự lái. Với nhiều tính năng như:

• Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe….
• Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường ( vị trí xe được thể hiện nháp nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)
• Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình
• Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn
• Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm
• Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng)
• Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn
• Chức năng chống trộm

Khảo sát trắc địa, môi trường

Các hạn chế trong ứng dụng dân dụng

Chính phủ Hoa Kỳ kiểm soát vệc xuất khẩu một số máy thu dân dụng. Tất cả máy thu GPS có khả năng hoạt động ở độ cao trên 18 kilômét (11 mi) và 515 mét trên giây (1.690 ft/s) được phân loại vào nhóm vũ khí theo đó cần phải có phép sử dụng của Bộ ngoại giao Hoa Kỳ. Những hạn chế này nhắm mục đích ngăn ngừa việc sử dụng các máy thu trong tên lửa đạn đạo, trừ việc sử dụng trong tên lửa hành trình do độ cao và tốc độ của các loại này tương tự như các máy bay.

Quy định pháp lý tại Việt Nam về GPS

• Nghị định 91/2009/NĐ-CP về thiết bị giám sát hành trình xe.
• Thông tư 14/2010/TT-BGTGT về dùng GPS giám sát hoạt động vận tải.

Các thiết bị ứng dụng GPS

Bài chi tiết: Máy thu GPS

Trong quân sự

• Vũ khí hạt nhân
• Bom thông minh JDAM
• Tên lửa không đối đất
• Tên lửa tấn công đất liền
• Tên lửa hành trình
• Tên lửa đất đối đất
• Máy bay huấn luyện Mikoyan MiG-AT của Nga

Các hệ thống định vị khác

Các hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi bao gồm:

• Galileo – hệ thống toàn cầu do EU và các quốc gia đối tác khác phát triển, dự kiến đưa vào sử dụng năm 2014.
• Beidou (Bắc Đẩu) – là hệ thống riêng của CHDNND Trung Hoa phát triển, phủ ở châu Á và tây Thái Bình Dương
• COMPASS – Hệ thống toàn cầu của CHDNND Trung Hoa, dự kiến đưa vào sử dụng năm 2020
• GLONASS – Hệ thống địa vị toàn cầu của Nga.
• IRNSS – Hệ thống định vị khu vực của Ấn Độ, dự kiến đưa vào sử dụng năm 2012, phủ Ấn Độ và bắc Ấn Độ Dương
• QZSS – Hệ thống định vị khu vực của Nhật Bản, phủ châu Á và châu Đại Dương.

Nguồn http://vi.wikipedia.org

Read more »

Giao thức DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector)

Đây là một giao thức định tuyến dựa trên thuật toán Bellman-Ford.
Các nút trong mạng sẽ trao đổi lẫn nhau để lấy được thông tin toàn mạng và các bảng từ một nút sẽ kiểu thế này.


For example the routing table of Node A in this network is

Destination	Next Hop	Number of Hops	Sequence Number	Install Time
A	A	0	A 46	001000
B	B	1	B 36	001200
C	B	2	C 28	001500

Bảng định tuyến này sẽ được cập nhật giữa các nút kề nhau theo chu kỳ hoặc theo sự kiện, trao đổi thế nào thì các bạn xem Bellman-Ford nhé, đại thể là từng nút sẽ chạy giải thuật Bellman để lấy được thông tin toàn bộ nút trong mạng.

Ưu điểm:

• Có sẵn bảng thì thiết lập tuyến sẽ nhanh
• Đơn giản

Nhược:

• Mỗi nút phải lưu một bảng nên nói chung là tốn bộ nhớ
• Thông tin cập nhật cần nhiều
• Một nút cập nhật thì phải chờ các nút khác gửi về mình

Read more »

Âm Học

Khái niệm

Khi ta gõ trống, gảy đàn, thổi sáo hay mở miệng ra nói chuyện, tai ta sẽ nghe và cảm nhận được âm thanh phát ra. Vật tạo ra âm thanh được gọi là nguồn phát âm, hay nguồn âm. Âm thanh (sound) là dao động cơ lan truyền trong môi trường và tai ta cảm nhận được. Âm thanh nói riêng và các dao động cơ nói chung không lan truyền qua chân không vì không có gì để truyền sóng.
Âm thanh là phương tiện trao đổi thông tin, liên lạc với nhau (communication media) phổ biến nhất của con người, bên cạnh phương tiện hình ảnh.
Như vậy nghiên cứu âm thanh có hai mặt: Đặc trưng vật lý (lý tính) và đặc trưng sinh học.

• Vật lý khách quan: nguồn tạo ra âm thanh, tính chất lan truyền, đặc tính âm thanh...
• Kiểu sóng: Trong không khí, âm thanh là dao động sóng dọc, nghĩa là dao động truyền đi do sự giãn nở của không khí.
• Các tính chất vật lý của sóng âm thanh khi lan truyền: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ.
• Vận tốc lan truyền âm thanh: thay đổi theo môi trường, nhiệt độ, áp suất ... Trong không khí, nhiệt độ 20oC, ở độ cao mặt nước biển thì vận tốc lan truyền âm thanh là 343m/s, tương đương 1235 Km/h.

Đặc tính sinh học của âm thanh: độ to tỉ lệ với logarit của cường độ âm thanh, ngưỡng đau tai, dải tần số nghe được và không nghe được (siêu âm, hạ âm)... và âm sắc

Biểu diễn tín hiệu âm thanh theo thời gian và theo tần số

Thông thường người ta dùng hàm toán học x(t) để biểu diễn tín hiệu âm thanh.
t: thời gian. x là biên độ biến thiên hay có sách gọi là ly dộ.
Như vậy ta có thể biểu diễn x(t) bằng đồ thị theo thời gian.
Giả sử x(t) = A.sinΩ_ot= A.sin 2πF_ot.

Phổ tín hiệu là cách biểu diễn các thành phần cấu tạo nên x(t) theo tần số. Với tín hiệu sin nói trên, đồ thị phổ là một vạch có cao độ là A tại điểm tần số Fo. Ta nói đó là phổ vạch.
Sau này chúng ta học chuỗi Fourier của x(t) tuần hoàn sẽ thấy đó chính là Phổ vạch.
Trong thực tế với x(t) bất kỳ, ngẫu nhiên, không tuần hoàn, người ta sẽ dùng tích phân Fourier để tính toán Phổ tín hiệu. Khi đó ta có Phổ liên tục X(Ω).
Phổ tín hiệu không phải là gì mới mẻ. Trong thực tế chúng ta đã bắt gặp nhiều nhưng ít để ý:
1. Quang phổ: là phổ ánh sáng. Khi cho ánh sáng qua lăng kính, ta thu được quang phổ, bao gồm nhiều mầu đơn sắc khác nhau. Như vậy ánh sáng trắng là do nhiều ánh sáng có mầu khác nhau tổ hợp lại thành. Quang phổ là phổ liên tục. Ánh sáng đơn sắc (của một mầu nào đó) tương ứng với 1 tần số nhất định.
2. Khi nghe nhạc trên các máy nghe, trên máy tính dùng phần mềm, ta đều thấy Phổ âm thanh, là đồ thị theo tần số. Mỗi khi nhạc thay đổi, đồ thị phổ thay đổi. Khi tiếng trống nổi lên, các vạch bên trái vọt lên, thể hiện tiếng trống là tiếng có tần số thấp, hay tiếng trầm.
Lưu ý quan trọng: Khi nghiên cứu âm thanh hay dao động sóng nói chung, người ta thường giả định dùng một sóng đơn (tức sóng có 1 tần số nhất định). Trong khi thực tế, âm thanh hay sóng nào đó như sóng ánh sáng là sóng bao gồm nhiều tần số khác nhau. Từ đó mới phát sinh ra khái niệm dải tần, phổ tín hiệu.

Các Loại Âm Thanh

Những dao động cơ mà con người nghe được gọi âm thanh (sound).
Âm thanh có thể biểu diễn theo thời gian, song cũng có thể biểu diễn theo tần số do có thể phân tích một tín hiệu âm thanh thành tổ hợp các thành phần tần số khác nhau (Chuỗi Fourier, tích phân Fourier). Hoặc nói một cách đơn giản thực tiễn hơn, một âm thanh có thể là tổ hợp từ nhiều đơn âm, từ nhiều nhạc cụ, mà mỗi cái có một tần số dao động nhất định.
Dải tần số nghe được là từ 20 Hz - 20000 Hz. Siêu âm là âm dao động ngoài 20000 Hz. Hạ âm là các âm dao động dưới 20 Hz. Tai người không nghe được siêu âm và hạ âm.

• Tiếng nói (voice, speech) là âm thanh phát ra từ miệng người, được truyền đi trong không khí đến tai người nghe . Dải tần số của tiếng nói đủ nghe rõ là từ 300 Hz đến 3500 Hz, là dải tần tiêu chuẩn áp dụng cho điện thoại. Còn dải tần tiếng nói có chất lượng cao có thể là từ 200 Hz-7000 Hz, áp dụng cho các ampli hội trường.

• Âm nhạc (music) là âm thanh phát ra từ các nhạc cụ. Dải tần số của âm nhạc là từ 20 Hz đến 15000 Hz.

• Tiếng kêu là âm thanh phát ra từ mồm động vật. Tiếng của Cá Heo (dolphins) là một loại âm thanh trong dảy tần số 1-164 kHz, của Con Dơi (bats) 20 - 115 kHz, của Cá Voi (whale) 30-8000 Hz. (Cần xác minh lại số liệu).

• Tiếng động là âm thanh phát ra từ sự va chạm giữa các vật. Thí dụ tiếng va chạm của 2 cái cốc, tiếng va chạm của cánh cửa, tiếng sách rơi.

• Tiếng ồn (noise) là những âm không mong muốn.

Nhìn chung lại, xét về phương diện tín hiệu và sự cảm thụ của tai người, có hai loại âm:

• tuần hoàn bao gồm tiếng nói, âm nhạc...
• không tuần hoàn như tín hiệu tạp nhiễu, một số phụ âm tắc xát như sh, s.

Đơn vị đo âm thanh

Người ta thấy rằng con người cảm nhận độ to của âm thanh không tỉ lệ thuận với cường độ âm thanh mà theo hàm số mũ.
Bel = 10lg P2/P1. (Phát âm là Ben)
decibel = 20lg I2/I1 (Phát âm là Đề xi ben)
Trước mắt có thể tham khảo Decibel bên trang tiếng Anh.

Phân tích thực nghiệm tín hiệu tiếng nói và nốt nhạc

Sau đây là hình tín hiệu thu được qua microphone vào máy tính của nguyên âm A của tác giả


và phổ của tín hiệu này (Lưu ý: trục hoành là trục tần số). Trục đo tần số là 10.000Hz.

Nhìn vào hình vẽ tín hiệu, ta thấy rõ nguyên âm A là một hàm tuần hoàn, chu kì To xấp xỉ = 10ms, Fo=100 Hz. Song bên trong một chu kì To, ta vẫn nhìn thấy dao động ở tần số cao hơn. Nhìn vào đồ thị phổ tín hiệu, ta thấy phổ vạch, khoảng cách giữa hai vạch bằng Fo=1/To. Bên cạnh đó bạn có thể nhìn thấy các đỉnh cộng hưởng, các formants.
Qua đồ thị phổ tín hiệu nguyên âm A, ta cũng còn thấy rõ dải phổ tín hiệu không vượt quá 4000 Hz, tức là ngoài 4000 Hz, năng lượng được coi bằng 0.
Nếu đo phổ với trục đo tần số tập trung vào khoảng 0-5.000Hz, ta sẽ thấy rõ hơn các vạch phổ rời rạc, cách nhau Fo.


Và tín hiệu của một nốt nhạc violon:


và phổ của tín hiệu này.

Phân tích và nhận xét: Tín hiệu nhạc cũng có dạng tuần hoàn, chu kỳ To=1,65 ms, Fo=609 Hz. Đồ thị phổ thể hiện rất rõ phổ vạch, với vạch cơ bản và các hoạ âm (các tần số hài). Phổ vạch nói lên tín hiệu nốt nhạc này được tổ hợp từ nhiều tín hiệu điều hoà có tần số là Fo, 2Fo, 3Fo... Mỗi vạch tương ứng với một dao động điều hoà nhất định.
Tiếng sáo và phổ của nó. Ta thấy tần số dao động cơ bản rất rõ và nổi trội hơn các hoạ âm, hay các tần số hài, nghĩa là âm này mang tính đơn âm khá rõ. Một nhận xét nữa là các hài bậc chẵn khá nhỏ. Bạn hãy giải thích tại sao sau khi đọc sách giáo khoa vật lý.


Tiếng trống cơm và phổ của nó. Ta thấy tần số dao động cơ bản rất rõ. Nghĩa là khá đơn âm. Fo cỡ khoảng 200 Hz, To cỡ khoảng 5 ms.

Tiếng nói

Tiếng nói là âm thanh phát ra từ miệng (người). Nghiên cứu tiếng nói gồm: Bộ máy phát âm của con người. Thụ cảm âm thanh của tai người. Phân loại tiếng nói.
Bộ máy phát âm của con người gồm:

• Phổi đóng vai trò là cái bơm không khí, tạo năng lượng hình thành âm.

• Đôi dây thanh (vocal fold, vocal cord)là hai cơ thịt ở trong cuống họng, có hai đầu dính nhau, còn hai đầu dao động với tần số cơ bản là Fo, tiếng Anh gọi là pitch, fundamental frequency. Fo của nam giới nằm trong khoảng 100-200 Hz, của nữ giới là 300-400 Hz, của trẻ em là 500-600 Hz.

Muốn xem đôi dây thanh hoạt động ra sao (để có khái niệm), hãy vào trang web xem hình video rất hay: http://www.entusa.com/larynx_video_html/normal_larynx_wmv1.htm
Hình ảnh đôi dây thanh ở vị trí đóng lại và vị trí mở ra:

• Thanh quản và vòm miệng: đóng vai như là hốc cộng hưởng, tạo ra sự phân biệt tần số khi tín hiệu dao động từ đôi dây thanh phát ra. Đáp ứng tần số của hốc công hưởng này có nhiều đỉnh cộng hưởng khác nhau được gọi là các formant.

• Miệng đóng vai trò phát tán âm thanh ra ngoài.

• Lưỡi thay đổi để tạo ra tần số formant khác nhau.

• Các âm khác nhau là do vị trí tương đối của formants.

Phân loại tiếng nói theo thanh:

• Âm hữu thanh (voiced, tiếng Pháp là voisé) là âm khi phát ra có sự dao động của đôi dây thanh, nên nó tuần hoàn với tần số Fo. Vì vậy phổ của nguyên âm là phổ vạch, khoảng cách giữa các vạch bằng chính Fo.
• Âm vô thanh (unvoiced, tiếng Pháp là non voisé) phát ra khi đôi dây thanh không dao động. Thí dụ phần cuối của phát âm English, chữ sh cho ra âm xát. Phổ tín hiệu có dạng là nhiễu trắng, phổ phân bổ đều.

Phân loại tiếng nói:

• Nguyên âm (vowel) là âm phát ra có thể kéo dài. Tất cả nguyên âm đều là âm hữu thanh, nghĩa là tuần hoàn và khá ổn định trong một đoạn thời gian vài chục ms.
• Phụ âm (consonant) là âm chỉ phát ra một nhát, không kéo dài được. Có phụ âm hữu thanh và phụ âm vô thanh.

Thanh điệu của tiếng Việt tương ứng với các dấu: không dấu, huyền, hỏi, ngã, sắc, nặng khi viết. Phân tích máy móc cho thấy thanh điệu là sự thay đổi Fo, tần số cơ bản pitch, trong quá trình phát âm các nguyên âm và tai người cảm nhận được. Tiếng Việt có 6 thanh thể hiện sự phong phú và độc đáo, trong khi tiếng Trung quốc có 4 thanh. Tuy nhiên cư dân một số vùng ở Việt Nam có thể không phân biệt dấu ? và dấu ~ nên hay viết sai chính tả.
Giọng bổng (high voiced pitch, hay high pitched) hay giọng trầm (low voiced pitch) là Fo cao hay thấp. Như vậy Fo đóng vai trò rất quan trọng trong cảm nhận, trong thụ cảm âm thanh của con người.
Tiếng bổng hay tiếng trầm tương ứng với dải tần số cao hay thấp. Trong thợc tế người ta dùng loa trầm là loa loa bass hay loa sub woofer, loa tép hay loa bổng tương ứng với loa thích ứng phát các âm trong vùng tần số cao, treble.
Ứng dụng của siêu âm:
Sóng siêu âm có đặc điểm là ít suy giảm dưới nước.

• Sonar: là thiết bị truyền tin, liên lạc dưới biển, sử dụng sóng siêu âm.

Sóng siêu âm được dùng để làm sạch trong môi trường nước. - Máy dò y tế: Máy quét thai nhi, máy quét tim... - Máy dò cá, máy đo độ sâu.

Ứng Dụng trong liên lạc

Âm thanh lan truyền trong không khí và suy giảm rất nhanh nên không thể truyền đi xa được.
Để truyền âm thanh đi xa, người ta phải nhờ sóng điện từ vì sóng điện từ suy giảm rất ít trong không khí.
(Dưới nước, người at lại phải dùng sóng siêu âm làm sóng mang vì sóng điện từ lại suy giảm rất nhiều trong môi trường nước).
Vậy làm thế nào để nhờ ? Có nhiều cách như điều biên AM (Amplitude Modulation) và điều tần FM (Frequency Modulation). Song tất cả AM, FM đều nhờ vào việc phát đi một tần số sóng hình sin f_mang, được gọi là sóng mang, A sin ω_ot. Giả sử tín hiệu âm tần là sinΩ_ot. Ở đây chỉ là giả định một tần số Ω để dễ tính toán, thuyết minh còn trong thực tế nó là cả một tổ hợp tuyến tính nhiều tần số khác nhau. Lưu ý cách dùng kí hiệu Ω để chỉ tín hiệu âm tần, ω chỉ tín hiệu sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn nhiều tần số tín hiệu âm tần.
Điều biên là dùng tín hiệu âm tần làm thay đổi biên độ sóng mang. A.cos ω_ot sẽ thành:
A.cosΩ_ot. cosω_ot = A/2.[cos(ω_o-Ω_o)t + cos(ω_o+Ω_o)t]

Chuỗi Fourier

Định lý về chuỗi Fourier: Tín hiệu x(t) liên tục và tuần hoàn với chu kì T, có thể phân tích thành tổ hợp các thành phần Σ sin n2πF_ot= sin nΩ_ot và cos n2πF_ot= cos nΩ_ot như sau:

Các hệ số a và b được tính như sau:

Nếu vẽ theo trục tần số, tức đồ thị là các vạch của : và :, tương ứng là nΩ_o hoặc n F_o. Ta nói: Dao động tuần hoàn có phổ là phổ vạch.
Áp dụng: Trong âm thanh, người ta phân ra hai loại: Hữu thanh và vô thanh. Âm hữu thanh là âm dao động tuần hoàn với chu kì To. Âm vô thanh thì ngược lại, là các tín hiệu ngẫu nhiên, không tuần hoàn.
Như vậy khi ta phát âm các nguyên âm, là các dao động tuần hoàn, nên ta có thể khai triển thành chuỗi Fourier.

Âm thoa - Tuning fork

Là dụng cụ có hình vẽ bên, dùng để tạo ra âm thanh dạng hình sin để làm chuẩn, thường là nốt La, fo=f=440 Hz.

Bạn có thể mua âm thoa ở cổng nhạc viện. Bạn có thể tự làm lấy âm thoa đơn giản bằng cách uốn đoạn dây đồng thành hình chữ U. Vấn đề là làm thế nào biết và chứng minh dạng sóng dao động là hình sin và tần số dao động của âm thoa ?
Chúng tôi sẽ trình bầy trong phần thực nghiệm.

Những điều dễ nhầm lẫn và hiểu sai

Dải tần và phổ tín hiệu âm thanh: Dải tần được đo bằng tần số giới hạn dưới F_min và tần số giới hạn trên F_max của tín hiệu âm thanh có thể có được, nghĩa là có năng lượng tín hiệu tại tần số giới hạn đó khác không. Trong khi phổ của tín hiệu (spectre) là đồ thị biểu diễn tín hiệu theo tần số. Thông thường đồ thị khi vẽ ra nằm từ F_min đến F_max.
Dải thông (band width): Các thiết bị khuếch đại hay một hệ thống xử lý âm thanh thường có độ khuếch đại khác nhau đối với các dải tần khác nhau. Thiết bị khuếch đại thường chỉ khuếch đại trong một dải tần từ Fmin đến Fmax, gọi là dải thông. Để đảm bảo chất lượng khuếch đại cho mọi tần số tín hiệu âm thanh thì dài thông phải bao trùm lên dải tần tín hiệu, bao trùm lên dải phổ tín hiệu .
Tần số (frequency) và tần số cơ bản (pitch hay fundamental frequency): Khi tín hiệu là tuần hoàn với chu kì T_o, như tín hiệu âm nhạc, như tín hiệu nguyên âm, thì về cơ bản, thành phần tần số F_o=1/T_o là chủ yếu, song còn có các vạch năng lượng tại tần số nFo. (Xem hình đồ thị ở trên, nhất là tín hiệu thí dụ của violon). Fo được gọi là tần số cơ bản, hay pitch. Với tín hiệu điều hoà sin thì pitch=tần số dao động riêng Fo. Nếu tín hiệu tuần hoàn nói chung thì F_o là tần số cơ bản, pitch, và trên trục tần số, còn có các thành phần hài nF_o.
Đơn âm (dao động điều hoà một tần số nhất định) và hợp âm (tổ hợp của nhiều âm, của cả dàn nhạc). Khi nghiên cứu các tính chất vật lý, người ta hay thí nghiệm với đơn âm. Còn trong thực tế người ta nghe thấy là hợp âm.

Nén âm thanh

Bình thường tiếng nói có tần số giới hạn trên của dải tần F_max = 3400 Hz. Người ta lấy tròn là 4000 Hz. Theo định lý Shanon, tần số lấy mẫu sẽ là Fs=2F_max = 8000 Hz. Mỗi mẫu tín hiệu được mã hoá tối thiểu là 8 bit. Vậy mỗi giây cần 8000x8=64000 bit = 64 Kbps.
Nếu âm nhạc thì phải mã hoá với tần số lấy mẫu là Fs=2Fmax = 2x15000 Hz = 30000 Hz. Mỗi mẫu tín hiệu được mã hoá có 16 bit, hoặc cao hơn là 24 bit. Vậy mỗi giây cần truyền đi tín hiệu là 30000 x 16 bit = 480.000 bit/s = 480 Kbps.
Đấy là một kênh tín hiệu. Nếu là stereo thì nhân 2 lên ...
Nhiều nghiên cứu mã hoá tín hiệu âm thanh để nén tín hiệu, tức là làm sao dung lượng tín hiệu nhỏ đi mà không làm giảm chất lượng. Thí dụ nghe nhạc MP3. MP3 là một loại nén tín hiệu âm thanh.

Nguồn http://vi.wikibooks.org/wiki/%C3%82m_H%E1%BB%8Dc

Read more »

X quang/ Tia X

Hình ảnh chụp X quang tay người đeo nhẫn, chụp bởi Röntgen

Tia X hay X quang hay tia Röntgen là một dạng của sóng điện từ, nó có bước sóng trong khoảng từ 0,01 đến 10 nanômét tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz và năng lượng từ 120 eV đến 120 keV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại nhưng dài hơn tia Gamma.

Tia X có khả năng xuyên qua nhiều vật chất nên thường được dùng trong chụp ảnh y tế, nghiên cứu tinh thể, kiểm tra hành lý hành khách trong ngành hàng không. Tuy nhiên tia X có khả năng gây ion hóa hoặc các phản ứng có thể nguy hiểm cho sức khỏe con người, do đó bước sóng, cường độ và thời gian chụp ảnh y tế luôn được điều chỉnh cẩn thận để tránh tác hại cho sức khỏe. Tia X cũng được phát ra bởi các thiên thể trong vũ trụ, do đó nhiều máy chụp ảnh trong thiên văn học cũng hoạt động trong phổ tia X.

Sử dụng trong Y tế

Từ khi Wilhelm Conrad Röntgen phát hiện ra tia X có thể chẩn đoán cấu trúc xương, tia X được phát triển để sử dụng cho chụp hình y tế. Khoa tia X là một lĩnh vực chuyên biệt trong y tế sử dụng ảnh tia X và các kĩ thuật khác để chẩn đoán hình ảnh.

Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương, nhưng có thể giúp ích dò ra các bệnh tật về phần mềm. Một vài ví dụ đáng chú ý như là khảo sát ngực, có thể dùng để chẩn đoán bệnh về phổi như là viêm phổi, ung thư phổi hay phù nề phổi, và khảo sát vùng bụng, có thể dò ra sự tắc ruột (tắc ống thực quản), tràn khí (từ lủng nội tạng), tràn dịch (trong các khoang bụng). Trong vài trường hợp, sử dụng tia X gây tranh cãi, như là sỏi mật (ít khi cản tia X) hay sỏi thận (thường thấy nhưng không phải luôn luôn). Hơn nữa, các tư thế chụp tia X truyền thống ít sử dụng trong việc họa hình các phần mềm như não hay cơ. Việc họa hình được thay thế cho phần mềm bằng kĩ thuật chụp hình tính toán quanh trục (computed axial tomography, CAT hay CT scanning) họa hình bằng chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) hay siêu âm.

Ảnh chụp tia X một hộp sọ người

Tia X còn được sử dụng trong kỹ thuật "thời gian thực", như là khám định thành mạch máu hay nghiên cứu độ tương phản của lỗ hổng trong nội tạng (là chất lỏng cản quang trong các ống ruột lớn hay nhỏ) sử dụng dụng cụ nhìn trang bị huỳnh quang. Các giải phẫu thành mạch máu, như các sự can thiệp y tế của hệ thống động mạch, dựa chủ yếu vào các máy đo nhạy với tia X để định vị các thương tổn tiềm tàng có thể chữa trị.

Xạ trị tia X, một sự can thiệp y tế, hiện nay dùng chuyên biệt cho ung thư, dùng các tia X có năng lượng mạnh.

Read more »