บทที่ 6 สื่อกลางส่งข้อมูลและการมัลติเพล็กซ์ (Transmission Media and Multiplexing)

บทที่ 6สื่อกลางส่งข้อมูลและการมัลติเพล็กซ์(Transmission Media and Multiplexing) อาจารย์ ถนอม ห่อวงศ์สกุล

สื่อกลาง สื่อกลาง ที่นำมาใช้เพื่อการสื่อสารนั้น สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท • แบบมีสาย เช่น สายโคแอกเซียล สายคู่บิตเกลียว สายไฟเบอร์ออปติก • แบบไร้สาย เช่น คลื่นวิทยุ

ปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อความเร็วและระยะทางบนสื่อปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อความเร็วและระยะทางบนสื่อ • แบนด์วิดธ์ (Bandwidth) • ความสูญเสียต่อการส่งผ่าน (Transmission Impairments) • การรบกวนของสัญญาณ (Interference) • จำนวนโหนดที่เชื่อมต่อ (Number of Receivers)

แบนด์วิดธ์ (Bandwidth) • แบนด์วิดธ์ คือ ย่านความถี่ของช่องสัญญาณ • หากมีช่องสัญญาณขนาดใหญ่ การจราจรก็จะคล่องตัวมากขึ้น • ย่อมส่งผลให้ภายในหนึ่งหน่วยเวลา สามารถเคลื่อนย้ายปริมาณข้อมูลได้จำนวนมากขึ้น

ความสูญเสียต่อการส่งผ่าน (Transmission Impairments) • ความสูญเสียในที่นี้หมายถึง การอ่อนตัวของสัญญาณ • จะเกี่ยวข้องกับระยะทางในการส่งผ่านข้อมูล • ระยะทางยิ่งไกล สัญญาณก็จะยิ่งเบา ไม่มีกำลังส่ง • ตัวอย่างเช่น สายคู่บิตเกลียวจะมีความสูญเสียต่อการส่งผ่านข้อมูลภายในสายมากกว่าสายโคแอกเชียล

การรบกวนของสัญญาณ (Interference) • การรบกวนของสัญญาณที่คาบเกี่ยวกันในย่านความถึ่ อาจส่งผลให้เกิดการบิดเบือนของสัญญารได้ • ไม่ว่าจะเป็นสื่อกลางส่งข้อมูลแบบมีสาย หรือแบบไร้สาย เช่น คลื่นวิทยุรบกวนกันเอง อุปกรณ์อย่างมอเตอร์ไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก เป็นต้น

จำนวนโหนดที่เชื่อมต่อ (Number of Receivers) • สื่อกลางส่งข้อมูลแบบใช้สาย สามารถนำมาเชื่อมต่อเครือข่ายในรูปแบบจุดต่อจุด หรือแบบหลายจุด เพื่อแชร์ใช้งานสายส่งข้อมูลร่วมกัน • สำหรับเครือข่ายที่ใช้สายส่งข้อมูลร่วมกันในการสื่อสารนั้น จะมีข้อจำกัดด้านระยะทางและความเร็วที่จำกัด

สื่อส่งข้อมูลแบบใช้สายสื่อส่งข้อมูลแบบใช้สาย • สายคู่บิดเกลียว (Twisted-Pair Cable) • สาย UTP (Unshielded Twisted-Pair) • สาย STP (Shielded Twisted-Pair Cable) • สายโคแอกเชียล (Coaxial Cable) • สายไฟเบอร์ออปติก (Optical Fiber)

สายคู่บิดเกลียว (Twisted-Pair Cable) • ลักษณะของสายบิดเกลียวจะประกอบด้วยสายทองแดง (Copper Wire) • ที่หุ้มด้วยฉนวนป้องกันที่มีหลากสี (Color-Code Insulation) และนำมาถักกันเป้นเกลียวคู่ • จำนวนรอบการถักเป็นเกลียวต่อหนึ่งหน่วยความยาว (1 เมตร หรือ 1 ฟุต) จะเรียกว่า Twist Ratio • ยิ่งมีรอบถักเกลียวกันหนาแน่นมากเท่าไหร่ จะช่วยลดสัญญาณรบกวนได้ดีขึ้น • การนำสายคู่บิดเกลียวมาใช้งานในปัจจุบันมาใช้อย่างกว้างขวาง มีกว่าร้อยชนิดที่ออกแบบมาให้เลือกใช้งาน • สามารถมีได้ตั้งแต่ 1 – 4,200 คู่ (เครือข่ายแลนใช้เพียง 4 คู่) • แบ่งออกเป็น 2 ประเภทด้วยกัน คือ สาย UTP และสาย STP

สาย UTP (Unshielded Twisted-Pair) • ประกอบด้วยจำนนลวดตัวนำที่หุ้มฉนวนตั้งแต่ 1 คู่ขึ้นไป โดยแต่ละคู่จะบิดกันเป็นเกลียว และถูกห่อหุ้มด้วยเปลือกพลาสติก • ข้อสังเกตของสาย UTP คือจะไม่มีชีลด์ห่อหุ้มสายสัญาณ จะส่งผลให้สายชนิดนี้สัญญาณรบกวนได้ง่าย • เป็นสายที่นิยมนำมาใช้งานมากที่สุด เนื่องจากมีราคาถูกนั่นเอง • CAT 1, CAT 2, , CAT 3, CAT 4 , CAT 5 , CAT 5e , CAT 6 , CAT 6e , CAT 7 • โดยทั่วไปแล้วสาย UTP จะใช้คอนเน็กเตอร์แบบ RJ

สาย STP (Shielded Twisted-Pair Cable) • การลดสัญญาณรบกวนในสาย UTP สามารถกระทำได้ด้วยการเพิ่มชีลด์เข้าไปอีกชั้นหนึ่งก่อนที่จะหุ้มด้วยเปลือกนอก • STP บางรุ่นมีฉนวนฟอยล์ซึ่งเป็นแผ่นโลหะบางๆ หุ้มเปลือกของลวดตัวนำ แล้วทั้งหมดก็จะหุ้มด้วยเส้นใยโลหะถักที่เรียกว่าชีลด์ก่อนหุ้มด้วยเปลือกนอก • สามารถป้องกันสัญญาณรบกวนแบบครอสทอส์กได้เป็นอย่างดี

ข้อดีและข้อเสียสายคู่บิดเกลียวข้อดีและข้อเสียสายคู่บิดเกลียว ข้อดี • ราคาถูก • ง่ายต่อการนำไปใช้งาน ข้อเสีย • มีความเร็วจำกัด • ใช้กับระยะทางสั้นๆ • กรณีเป็นสายแบบไม่มีชิลด์ ก็จะไวต่อสัญญาณรบกวนจากภายนอก

สายโคแอกเชียล (Coaxial Cable) • มักเรียกสั้นๆ ว่า สายโคแอกซ์ (Coax) • จะมีแบนด์วิดธ์ที่สูงกว่าสายคู่บิดเกลียว • สำหรับโครงสร้างของสายโคแอกเชียล จะมีตัวนำที่มักทำด้วยสายทองแดงอยู่แกนกลาง จะถูกห่อหุ้มด้วยพลาสติก • จากนั้นจะมีชีลด์ที่เป็นเส้นใยโลหะถักห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ก่อนที่จะหุ้มด้วยเปลือกนอก • สายชนิดนี้ถูกจัดประเภทโดยองค์กร Radio Government (RG) ดังนั้นจึงถูกใช้รหัส GR นำหน้าแล้วตามด้วยตัวเลข

ประเภทของายโคแอกเชียลประเภทของายโคแอกเชียล

สายไฟเบอร์ออปติก (Optical Fiber) • เป็นสายที่มีลักษณะโปร่งแสง มีรูปทรงกระบอก ภายในตัน • ขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์แต่มีขนาดเล็กกว่า โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 125 ไมครอน • เส้นใยแก้วจะเป็นแก้วบริสุทธิ์ซึ่งนำวัตถุดิบมาจากทราย และปนด้วยสารบางอย่างเพื่อให้แก้วมีค่าดัชนีหักเหของแสงตามต้องการ • แกนกลางจะเรียกว่า คอร์ (Core) และถูกห่อหุ้มด้วยแคลดดิ้ง (Cladding) • แบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ คือ • แบบมัลติโหมด (Multimode Fiber Optic : MMF) • แบบซิงเกิลโหมด (Single Fiber Optic : SMF)

แบบมัลติโหมด (Multimode Fiber Optic : MMF) • จัดเป็นสายที่ถูกนำมาใช้งานช่วงเริ่ม • ภายในจะมีเส้นใจแก้วอยู่หลายเส้น และส่งข้อมูลแบบหลายลำแสง • แต่ละลำแสงที่วิ่งผ่านท่อจะมีการสะท้อนอยู่ภายมุมองศาที่แตกต่างกัน • แบ่งออกเป็น 2 ชนิดตามลักษณะของการหักเห คือ แบบ Step Index และ Graded Index • ข้อเสียแบบ Step Index คือเรื่องของความเบาบางของสัญญาณและการแตกกระจายของแสง จึงส่งผลต่อความเร็วของแต่ละสัญญาณที่อาจเดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน จึงมีระยะทางจำกัดอยู่ที่ 500 เมตร • Graded Index ช่วยลดปัญหาการเปลี่ยงแปลงด้านการหักเหแสง และด้วยเทคนิคการหักเหแสงตามวิธีของ Graded Index ทำให้สัญญาณเดินทางอยู่กลางของใยแก้ว ทำให้ส่งสัญญาณได้ไกลกว่า 1 ก.ม.

แบบซิงเกิลโหมด (Single Fiber Optic : SMF) • มีสายใยแก้วส่งข้อมูลเพียงเส้นเดียว • สามารถส่งสัญญาณได้ไกลกว่า เนื่องจากไม่มีปัญหาเรื่องการแตกกระจายของสัญญาณ • ขนาดของเส้นผ่านศูยน์กลางของแกนที่ใช้ส่งสัญญาณปกติมีขนาด 50 ไมครอน ลดลงเหลือ 5-10 ไมครอน (แสงที่ผ่านมีความเข้มเข้นสูงขึ้น) • มีการส่งข้อมูลที่รวดเร็วกว่า และสามารถส่งได้ไกลกว่า 100 ก.ม. • ปกติจะใช้แหล่งกำเนิดแสงเป็นเลเซอร์ มากกว่าแบบเลค (LED) ที่ใช้งานบนระบบมัลติโหมด

ข้อดีและข้อเสียของสายไฟเบอร์ออปติกข้อดีและข้อเสียของสายไฟเบอร์ออปติก ข้อดี • มีอัตราลดทอนของสัญญาณต่ำ • ไม่มีการรบกวนของสัญญาณไฟฟ้า • มีแบนด์วิดธ์สูงมาก • มีขนาดเล็กและนำหนักเบา • มีความเป็นอิสระทางไฟฟ้า • มีความปลอดภัยในข้อมูล • มีความทนทานและมีอายุการใช้งานยาวนาน ข้อเสีย • เส้นใยแก้วมีความเปราะบาง แตกหักง่าย • การเดินสายจำเป็นต้องระมัดระวังอย่าให้มีความโค้งงอมาก • มีราคาสูง เมื่อเทียบกับสายเคบิลทั่วไป • การติดตั้งจำเป็นต้องพึ่งพาผู้เชี่ยวขาญเฉพาะ

สื่อกลางส่งข้อมูลแบบไร้สาย (Wireless Media) • คลื่นแม่เหล็กไฟ้ฟ้า มีหน่วยวัดความยาวเป็นนาโนเมตร หรือไมโครเมตร ส่วนความถี่ของคลื่นจะมีหน่วยวัดเป็นเฮิรตซ์ • ลักษณะสำคัญของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ จะมีความถี่แบบต่อเนื่องกันไปเป็นช่วงแนวกว้างที่เรียกว่า สเปกตรัมคลื่นไฟฟ้า

วิธีการแพร่สัญญาณ (Propagation Method) • คลื่นดิน (Ground Wave Propagation) • คลื่นฟ้า (Sky Wave Propagation) • คลื่นอวกาศ (Space Wave Propagation)

คลื่นดิน (Ground Wave Propagation) • เป็นคลื่นวิทยุความถี่ต่ำ • แพร่กระจายไปทุกทิศทุกทางจากสายอากาศ • เคลื่อนที่ไปตามแนวความโค้งของเปลือกโลก • ระยะทางขึ้นอยู่กับกำลังส่งของสัญญาณ

คลื่นฟ้า (Sky Wave Propagation) • เป็นคลื่นวิทยุความถี่สูง • แพร่กระจายสูงขึ้นไปบนบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ (ชั้นที่เต็มไปด้วยอนภาคของอิออน) • สำหรับคลื่นสัญญาณในชั้นบรรยายกาศนี้ จะสะท้อนกลับมายังโลก โดยสามารถส่งได้ระยะทางไกลแม้จะมีกำลังส่งไม่มาก

คลื่นอวกาศ (Space Wave Propagation) • คลื่นชนิดนี้เป็นคลื่นวิทยุความถี่สูงมาก • สัญญาณจะส่งเป็นแนวเส้นตรงระดับสายตาระหว่างเสาอากาศรับส่งด้วยกัน • คลื่นสัญญาณชนิดนี้จะไม่เคลื่อนไปตามส่วนโค้งของเปลือกโลก • การรับส่งจะต้องหันหน้าเข้าหากัน และระดับความสูงพอและปรับแหงนให้ตรงกัน

ย่านความถี่

อุปกรณ์จัดการกับคลื่นอุปกรณ์จัดการกับคลื่น • แบบแพร่สัญญาณรอบทิศ (Omnidirectional) • แบบกำหนดทิศทาง (directional)

แบบแพร่สัญญาณรอบทิศ (Omnidirectional) • เป็นรูปแบบการกระจายคลื่นสัญญาณรอบทิศทาง ตัวอย่าง คลื่นวิทยุ • สัญญาณที่ส่งออกไป จะกระจายหรือแพร่ไปทั่วทิศในอากาษ ทำให้สามารถรับสัญญาณเหล่านี้ด้วยการตั้งเสาอากาศ • คลื่นวิทยุจะอยู่ในช่วงความถี่ 3 KHz - 1 GHz เป็นความถี่ที่เหมาะสมกับการกระจายสัญญาณแบบรอบทิศทาง เช่น คลื่นวิทยุ AM/FM หรือการแพร่ภาพสัญญาณโทรทัศน์ที่แพร่มาตามอากาศ • ข้อดีของคลื่นวิทยุ คือ เป็นสัญญาณที่สามารถทะลุสิ่งกีดขวางได้ดี • ข้อเสีย คือ ไม่สามารถควบคุมการแพร่สัญญาณให้จำกัดอยู่ในเฉพาะบริเวณได้

แบบกำหนดทิศทาง (directional) • เป็นแบบกำหนดทิศทางของสัญญาณด้วยการโฟกัสคลื่นนั้น ๆ ตัวอย่างก็คือ คลื่นไมโครเวฟ • อุปกรณ์รับส่งจำเป็นต้องปรับให้อยู่ในแนวระนาบเดียวกันหรือเป็นแนวเส้นตรงระดับสายตา • สามารถกำหนดทิศทางของสัญญาณได้ดี • เป็นคลื่นความถี่สูงที่อยู่ในช่วงระหว่าง 1 – 300 GHz • การสื่อสารเป็นลักษณะจุดต่อจุด

คลื่นวิทยุ (Radio Frequency : RF) • คลื่นวิทยุก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีความเร็วเท่ากับความเร็วของแสง • มีช่วงความถี่ 3 KHz - 1 GHz • ช่วงคลื่นดังกล่าวสามารถนำไปใช้ส่งข่าวสาร • โดยมีการเริ่มใช้งานกับคลื่นวิทยุ AM (530 – 1600 KHz) และคลื่น FM (88 – 108 KHz)

ไมโครเวฟ (Terrestrial Microwave Transmission) • ช่วงความถี่ตั้งแต่ 1 – 300 GHz เป็นช่วงความถี่ของโทรทัศน์และไมโครเวฟ • สามารถทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไปยังนอกโลก • สำหรับช่วงความถี่ที่นิยมนำใช้ส่งคลื่นโทรทัศน์คือคลื่น VHF และ UHF • คลื่นไมโคเวฟจะสามารถส่งสัญญาณได้ไกลประมาณ 20 ไมล์ • หากต้องการส่งข้อมูลไกลออกไปจะต้องมีจานรับส่งที่ทำหน้าที่ทวนสัญญาณ • ข้อเสีย สามารถถูกรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟ้ฟ้าได้ง่าย รวมทั้งสภาพภูมิอากาศแปรปวนมีผลกระทบต่อการสื่อสาร • ข้อจำกัดด้านภูมิประเทศที่มีภูเขาบดบังสัญญาณ และความโค้งของเปลือกโลก

โทรศัพท์เคลื่อนที่ • ยุค 1G (First-Generation) • ยุค 2G (Second-Generation) • ยุค 2.5G (Second-and-One-Half-Generation) • ยุค 3G (Third-Generation) • ยุค 4G (Fourth-Generation)

อินฟราเรด (Infrared Transmission) • มีช่วงความถี่ 300 GHz – 400 GHz • มักนำมาใช้ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น วิทยุ โทรทัศน์ เป็นต้น • ลำแสงเดินทางเป็นเส้นตรง สามารถสะท้อนวัตถุผิวเรียบได้ • การใช้งานปกติจะมีระยะทางไม่กี่เมตร • ข้อเสีย ไม่สามารถทะลุวัตถุทึบแสงหรือกำแพงที่กีดขวางได้

บลูทูธ • เป็นเทคโนโลยีสื่อสารไร้สายระยะทางสั้นๆ • เริ่มแรกถูกออกแบบมาเพื่อใช้เป็นวิธีใหม่ของการเชื่อมต่อหูฟังเข้ากับเซลล์โฟนได้สะดวกยิ่งขึ้น • ข้อดีคือ ลงทุนต่ำและใช้พลังงานต่ำ • ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลโดยตรงอยู่ที่ 772 Kbps และแบบหลายจุด 57.6 Kbps • นิยมมาใช้งานกับอุปกรณ์สื่อสารต่างๆ เช่น พีดีเอ คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค เครื่องพิมพ์ โทรศัพท์คลื่นที่ เป็นต้น

WAP (Wireless Application Protocol) • เป็นมาตรฐานสากลที่ใช้สำหรับการสื่อสารข้อมูลแบบไร้สาย • WAP เป็นโปรโตคอลที่ใช้งานบนอุปกรณ์พกพาต่างๆ เพื่อให้สามารถเข้าสู่เครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้ปกติ • มีการพัฒนาภาษา WML(Wireless Markup Language) เพื่อแสดงผลในรูปแบบ WAP Browser

การพิจารณาสื่อกลางส่งข้อมูลการพิจารณาสื่อกลางส่งข้อมูล • ต้นทุน • ความเร็ว • ระยะทางและการขยาย • สภาพแวดล้อม • ความปลอดภัย

มัลติเพล็กซ์ • การมัลติเพล็กซ์ เป็นเทคนิคที่ผสมสัญญาณที่มาจากหลายแหล่งข้อมูล ให้สามารถส่งผ่านช่องสัญญาณเดียวกันเพื่อใช้งานร่วมกันได้ • การนำเทคนิคมัลติเพล็กซ์มาใช้ ส่งผลให้สามารถลำเลียงข้อมูลในปริมาณมากผ่านลิงก์เดียว ทำให้เกิดการลงทุนที่ประหยัด • MUXเป็นอุปกรณ์ที่รับสัญญาณจากหลายแหล่งเข้ามาเพื่อเตรียมส่งผ่านลิงก์ • DEMUXเป็นอุปกรณ์ที่รับเข้ามา เพื่อส่งต่อไปยังอุปกรณ์ปลายทาง

เทคนิคการมัลติเพล็กซ์เทคนิคการมัลติเพล็กซ์ • การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ (FDM) เป็นเทคนิคที่นำมาใช้กับการส่งสัญญาณ แอนะล็อก เช่นการส่งสัญญาณคลื่นวิทยุกระจายเสียง • การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ใช้หลักการเดียวกันกับ FMD แตกต่างตรงสายสัญญาณที่ใช้เป็นสายไฟเบอร์ออปติก และเป็นการมัลติเพล็กซ์คลื่นแสง • การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา (TDM) • Sync TDM อนุญาตให้ข้อมูลจากแต่ละแหล่งมาหมุนเวียน เพื่อส่งข้อมูลไปบนสายส่งข้อมูลความเร็วสูง สถานีที่ไม่ได้ส่งข้อมูลก็จะต้องส่งข้อมูลว่างออกไปด้วย • Stat TDM เป็นการมัลติเพล็กซ์เชิงสถิติที่ข้อมูลสามารถส่งร่วมกันบนสายในลักษณะแบบแบ่งเวลาตามความต้องการ เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียสล็อตว่างเปล่า โดยสถานีจะมีการบรรจุแอดเดรสของตนเข้าไปพร้อมกับข้อมูลด้วย เพื่อให้ฝั่ง่รับได้รับทราบถึงข้อมูลที่สงมา และส่งกลับไปยังสถานีปลายทางได้ถูกต้อง

อ้างอิง โอภาส เอี่ยมสิริวงศ์. (๒๕๕๒). การสื่อสารข้อมูลคอมพิวเตอร์และระบบเครือข่าย. กรุงเทพฯ: ซีเอ็ดยูเคชั่น.

บทที่ 6 สื่อกลางส่งข้อมูลและการมัลติเพล็กซ์ (Transmission Media and Multiplexing)