บทที่ 1 หลักการเบื้องต้นของการสื่อสาร

บทที่ 1 หลักการเบื้องต้นของการสื่อสาร

ความหมายของการสื่อสารข้อมูล

                การสื่อสาร  หมายถึง  กระบวนการถ่ายทอดข้อมูลโดยผ่านช่องทางหรือสื่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับ เพื่อให้เกิดความเข้าใจซึ่งกันและกัน

                การสื่อสารข้อมูล หมายถึง กระบวนการหรือวิธีการถ่ายทอดข้อมูลระหว่างผู้ส่งและผู้รับที่อยู่ห่างไกลกันด้วยระบบการสื่อสารโทรคมนาคม (Telecommunication) เป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูล

                ระบบการสื่อสารโทรคมนาคมจะส่งข้อมูลผ่านสื่อหรือตัวกลาง เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากภายนอก โดยการเปลี่ยนข้อมูลเป็นสัญญาณหรือรหัส  เมื่อถึงปลายทางจะต้องถอดรหัส (สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) เพื่อให้ผู้รับเข้าใจข้อมูลที่ถูกส่งมาถึง

องค์ประกอบพื้นฐานในการสื่อสารข้อมูล	<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
องค์ประกอบพื้นฐานของการสื่อสารข้อมูลสามารถแบ่งออกได้เป็น 5 ส่วนแสดงดังรูป
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
1. ผู้ส่งหรืออุปกรณ์ส่งข้อมูล (Sender)เป็นแหล่งต้นทางของการสื่อสารโดยมีหน้าที่ในการให้กำเนิดข้อมูลหรือเตรียม ข้อมูล เช่น ผู้พูด คอมพิวเตอร์ต้นทาง เป็นต้น                2. ผู้รับหรืออุปกรณ์รับข้อมูล (Receiver)เป็นแหล่งปลายทางของการสื่อสารหรือเป็นอุปกรณ์สำหรับข้อมูลที่จะนำ ข้อมูลนั้นไปใช้ดำเนินการต่อไป เช่น ผู้รับ คอมพิวเตอร์ปลายทาง เครื่องพิมพ์                3.  ข่าวสาร (Massage) เป็นตัวเนื้อหาของข้อมูล ซึ่งมีได้หลายรูปแบบดังนี้ คือ                            3.1 ข้อความ (Text) ข้อมูลที่อยู่ในรูปอักขระ หรือเอกสาร เช่น ข้อความในหนังสือ เป็นต้น                            3.2 เสียง (Voice) ข้อมูลเสียงที่แหล่งต้นทางสร้างขึ้นมา ซึ่งอาจจะเป็นเสียงที่มนุษย์หรืออุปกรณ์บางอย่างเป็น ตัวสร้างก็ได้                            3.3 รูปภาพ (Image) เป็นข้อมูลที่ไม่เหมือนข้อความตัวอักษรที่เรียงติดต่อกัน แต่จะมีลักษณะเหมือนรูปภาพ เช่น การสแกนภาพเข้าคอมพิวเตอร์ เป็นต้น                            3.4 สื่อผสม (Multimedia) ข้อมูลที่ผสมลักษณะของทั้งรูปภาพ เสียงและข้อความเข้าด้วยกัน โดยสามารถ เคลื่อนไหวได้ เช่น การเรียนผ่านระบบ VDO conference เป็นต้น โดยข้อมูลจะมีขนาดใหญ่มาก                4. สื่อกลางหรือตัวกลางในการนำส่งข้อมูล (Medium) เป็นสื่อหรือช่องทางที่ใช้ในการนำข้อมูลจากต้นทางไปยัง ปลายทาง ซึ่งอาจเป็นตัวกลางที่มีสายสัญญาณ เช่น สายไฟ หรือตัวกลางที่ไม่ใช้สายสัญญาณ เช่น อากาศ เป็นต้น                5. โปรโตคอล (Protocol) เป็นข้อกำหนดหรือข้อตกลงถึงกฎระเบียบและวิธีการที่ใช้ในการสื่อสารเพื่อให้ผู้ส่งและผู้รับ มีความเข้าใจตรงกัน

ความรู้พื้นฐานของการสื่อสารข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์

การสื่อสารข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์ คือ การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างต้นทางและปลายทาง โดยใช้อุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเชื่อมต่อกันอยู่ด้วยสื่อกลางชนิดใดชนิดหนึ่งระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ คือ ระบบการเชื่อมโยงระหว่างคอมพิวเตอร์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไป เพื่อให้สามารถทำการสื่อสารแลกเปลี่ยนข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างกันได้

ชนิดของสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งได้เป็น

1 ชนิดของสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์ สามารถแบ่งได้เป็น

1.1 สัญญาณอนาล็อก

  

สัญญาณอนาล็อก(Analog Signal) หมายถึง สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบต่อเนื่อง(Continuous Data) ที่มีขนาดไม่คงที่ มีลักษณะเป็นเส้นโค้งต่อเนื่องกันไป โดยการส่งสัญญาณแบบอนาล็อกจะถูกรบกวนให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่าย เช่น สัญญาณเสียงในสายโทรศัพท์ เป็นต้น

1.2 สัญญาณดิจิตอล

 
สัญญาณดิจิตอล(Digital Signal) หมายถึง สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบไม่ต่อเนื่อง(Discrete Data) ที่มีขนาดแน่นอนซึ่งขนาดดังกล่าวอาจกระโดดไปมาระหว่างค่าสองค่า คือ สัญญาณระดับสูงสุดและสัญญาณระดับต่ำสุด ซึ่งสัญญาณดิจิตอลนี้เป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทำงานและติดต่อสื่อสารกัน2 ทิศทางการสื่อสารข้อมูล

สามารถแบ่งทิศทางการสื่อสารข้อมูลได้เป็น 3 แบบ คือ
2.1 แบบทิศทางเดียว(Simplex) ข้อมูลจะถูกส่งจากทิศทางหนึ่งไปยังอีกทิศทางหนึ่ง โดยไม่สามารถส่งย้อนกลับมาได้ เช่น ระบบวิทยุ หรือโทรทัศน์

2.2 แบบกึ่งสองทิศทาง(Half Duplex) ข้อมูลสามารถส่งสลับกันได้ทั้ง 2 ทิศทาง โดยต้องผลัดกันส่งครั้งละทิศทางเท่านั้น ตัวอย่างเช่น วิทยุสื่อสารแบบผลัดกันพูด

2.3 แบบสองทิศทาง(Full Duplex) ข้อมูลสามารถส่งพร้อมๆ กันได้ทั้ง 2 ทิศทางอย่างอิสระ ตัวอย่างเช่น ระบบโทรศัพท์

3. การสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมและแบบขนานการสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมจะเป็นการส่งข้อมูลทีละบิตต่อครั้งผ่านสายสื่อสาร ขณะที่การสื่อข้อมูลแบบขนานจะส่งข้อมูลเป็นชุดของบิตพร้อมๆ กันในแต่ละครั้ง ซึ่งทำให้การส่งข้อมูลแบบขนานสามารถทำได้เร็วกว่า แต่จะเสียค่าใช้จ่ายสูงกว่าเช่นกัน เนื่องจากสายที่ใช้จะต้องมีช่องสัญญาณจำนวนมาก เช่น 8ช่อง เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลได้ 8 บิตพร้อมกัน

 
แบบอนุกรม

 

แบบขนาน

รูปแบบในการส่งข้อมูล (transmission mode)

       การส่งข้อมูลในระบบเครือข่าย สามารถทำได้ 2 ลักษณะ คือ การส่งแบบขนาน และการส่งแบบอนุกรม
       การส่งแบบขนาน (parallel transmission) คือการส่งข้อมูลพร้อมกันทีละหลาย ๆ บิตในหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกา โดยการส่งจะรวมบิต 0 และ 1 หลาย ๆ บิตเข้าเป็นกลุ่มจำนวน nบิต ผู้ส่งส่งครั้งละ n บิต ผู้รับจะรับครั้งละ n บิตเช่นกัน ซึ่งจะคล้ายกับเวลาที่เราพูดคุยเราจะพูดเป็นคำ ๆ ไม่พูดทีละตัวอักษร
       กลไกการส่งข้อมูลแบบขนานใช้หลักการง่าย ๆ เมื่อส่งครั้งละ n บิต ต้องใ้ช้สาย n เส้น แต่ละบิตมีสายของตนเอง ในการส่งแต่ละครั้งทุกเส้นต้องใช้สัญญาณนาฬิกาอันเดียวกัน ทำให้สามารถส่งออกไปยังอุปกรณ์อื่นพร้อมกันได้

       รูปแสดงการส่งข้อมูลแบบขนาน โดยให้ n=8 โดยทั่วไปแล้วปลายของสายทั้ง 2 ข้างจะถูกต่อด้วยคอนเน็กเตอร์ด้านละ 1 ตัว ข้อดีของการส่งข้อมูลแบบขนานคือ ความเร็ว เพราะส่งข้อมูลได้ครั้งละ n บิต ดังนั้น ความเร็วจึงเป็น n เท่าของการส่งแบบอนุกรม แต่ข้อเสียที่สำคัญคือ ค่าใช้จ่าย ทั้งนี้เพราะต้องใช้สายจำนวน n เส้น
       ตัวอย่างการส่งข้อมูลแบบขนาน เช่น การส่งข้อมูลภายในระบบบัสของเครื่องคอมพิวเตอร์ หรือการส่งข้อมูลจากเครื่องคอมพิวเตอร์ไปยังเครื่องพิมพ์ (printer) เป็นต้น

       การส่งข้อมูลแบบอนุกรม (serial transmission) จะใช้วิธีการส่งทีละ 1 บิตในหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกา ทำให้ดูเหมือนว่าบิตต่าง ๆ เรียงต่อเนื่องกันไป จากอุปกรณ์หนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่ง ดังรูป
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

       ข้อดีของการส่งข้อมูลแบบอนุกรม คือการใช้ช่องทางการสื่อสารเพียง 1 ช่อง ทำให้ลดค่าใช้จ่ายลง แต่ข้อเสียคือ ความเร็วของการส่งที่ต่ำ ตัวอย่างของการส่งข้อมูลแบบอนุกรม เช่น โมเด็มจะใช้การส่งแบบอนุกรมเนื่องจากในสัญญาณโทรศัพท์มีสายสัญญาณเส้นเดียว และอีกเส้นหนึ่งเป็นสายดิน
        การส่งข้อมูลแบบอนุกรม แบ่งได้เป็น 2 แบบ ดังนี้
       1. การส่งข้อมูลแบบอะซิงโครนัส (asynchronous transmission) เป็นการส่งข้อมูลที่ผู้รับและผู้ส่งไม่ต้องใช้สัญญาณนาฬิกาเดียวกัน แต่ข้อมูลที่รับต้องถูกแปลตามรูปแบบที่ได้ตกลงกันไว้ก่อน เนื่องจากไม่ต้องใช้สัญญาณนาฬิกาเดียวกันทำให้ผู้รับไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเมื่อใดจะมีข้อมูลส่งมาให้ ดังนั้นผู้ส่งจึงจำเป็นต้องแจ้งผู้รับให้ทราบว่าจะมีการส่งข้อมูลมาให้โดยการเพิ่มบิตพิเศษเข้ามาอีกหนึ่งบิต เอาไว้ก่อนหน้าบิตข้อมูล เรียกว่า บิตเริ่ม (start bit) โดยทั่วไปมักใช้บิต 0 และเพื่อให้ผู้รับทราบจุดสิ้นสุดของข้อมูลจึงต้องมีการเพิ่มบิตพิเศษอีกหนึ่งบิตเรียกว่าบิตจบ (stop bit) มักใช้บิต 1 นอกจากนี้แล้วการส่งข้อมูลแต่ละกลุ่มต้องมีช่องว่างระหว่างกลุ่ม โดยช่องว่างระหว่างไบต์อาจใช้วิธีปล่อยให้ช่องสัญญาณว่าง หรืออาจใช้กลุ่มของบิตพิเศษที่มีบิตจบก็ได้ รูปต่อไปนี้แสดงการส่งข้อมูลแบบอะซิงโครนัส ให้บิตเริ่มเป็นบิต0 บิตจบเป็นบิต 1 และให้ช่องว่างแทนไม่มีการส่งข้อมูล (สายว่าง) 

       ข้อดีของการส่งข้อมูลแบบอะซิงโครนัส มี 2 ประการ คือ ค่าใช้จ่ายถูกและมีประสิทธิภาพ การส่งข้อมูลแบบนี้จะนำไปใช้ในการสื่อสารที่ต้องการใช้ความเร็วไม่สูงนัก ตัวอย่างเช่น การติดต่อระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์กับเครื่องปลายทาง (terminal) ที่โดยธรรมชาติแล้วเป็นการสื่อสารแบบอะซิงโครนัส เพราะผู้ใช้จะพิมพ์ทีละ 1 ตัวอักษรจากเครื่องปลายทางไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์จึงไม่ต้องใช้ความเร็วสูงในการติดต่อสื่อสาร
       2. การส่งข้อมูลแบบซิงโครนัส (synchronous transmission) เป็นการส่งบิต 0 และ 1 ที่ต่อเนื่องกันไปโดยไม่มีการแบ่งแยก ผู้รับต้องแยกบิตเหล่านี้ออกมาเป็นไบต์ หรือเป็นตัวอักษรเอง

<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

       จากภาพแสดงการส่งข้อมูลแบบซิงโครนัส ผู้ส่งทำการส่งบิตติดต่อกันยาว ๆ ถ้าผู้ส่งต้องการแบ่งช่วงกลุ่มข้อมูลก็ส่งกลุ่มบิต 0 หรือ 1 เพื่อแสดงสถานะว่าง เมื่อแต่บิตมาถึงผู้รับ ผู้ัรับจะนับจำนวนบิตแล้วจับกลุ่มของบิตให้เป็นไบต์ที่มี 8 บิต
       การส่งข้อมูลแบบซิงโครนัสมีประสิทธิภาพสูงกว่าแบบอะซิงโครนัสมาก และทำให้มีการใช้ความสามารถของสายสื่อสารได้เกือบทั้งหมด ข้อดีของการส่งข้อมูลแบบซิงโครนัส คือความเร็วในการส่งข้อมูล ทั้งนี้เพราะไม่มีบิตพิเศษหรือช่องว่างที่ไม่ได้ถูกนำไปใช้เมื่อถึงผู้รับ จึงทำให้ความเร็วของการส่งข้อมูลแบบซิงโครนัสเร็วกว่าแบบอะซิงโครนัส ด้วยเหตุนี้จึงมีการนำไปใช้งานที่ต้องการความเร็วสูง เช่น การส่งข้อมูลระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์

รูปแบบสัญญาณข้อมูลไบนารี่ (Binary Data Signal Formats)

       นอกจากความแตกต่างของรหัสอักขระและชนิดของข้อมูล (แบบซิงโครนัสและอะซิงโครนัส) แล้วข้อมูลดิจิตอลสามารถถูกส่งหรือเข้ารหัสให้เป็นรูปแบบสัญญาณไฟฟ้าที่ต่างกัน รูปแบบต่างๆ ที่จะกล่าวต่อไปนั้นมีข้อดีหรือมีการใช้งานต่างกัน

1.Non Return to Zero (NRZ)
        สัญญาณแบบ NRZ เป็นรูปแบบสัญญาณไบนารี่ 2 ระดับพื้นฐานโลจิกที่ 1 ที่ระดับหนี่ง พื้นฐานนี้เป็นอัตราสูงสุดของการเปลี่ยนแปลงที่ต้องใช้โดยระบบตามแบบข้อมูลที่กำหนดให้และต้องไม่เกินข้อจำกัดขั้นสูงของความกว้างแถบในระบบนั้น โดยทั่วไปรูปแบบสัญญาณข้อมูลไบนารี่แบบนี้เป็นแบบง่ายที่สุด เนื่องจากใช้เพียงเครื่องมือเปิดเพื่อให้เกิดโลจิก 1 หรือ ปิดซึ่งเป็นสายดิน หรือ 0V ให้เกิดโลจิก 0
2. Non Return to Zero Bipolar (NRZB)
       สัญญาณแบบนี้คล้ายกับ  NRZ มาก ที่แตกต่างกันคือ ระดับโลจิก 0 เป็นที่ - V แทนที่จะเป็น 0V สัญญาณแบบนี้ใช้แทน  NRZ เมื่อบันทึกข้อมูลบนแถบแม่เหล็กของฟลักซ์จะอยู่ในทิศทางหนึ่ง  สำหรับกระแสที่เคลื่อนผ่านขดลวดในหัวบันทึกในทิศทางหนึ่งและจะอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามสำหรับกระแสที่เกิดผ่านขดลวดในหัวในทิศทางตรงข้ามกัน ความถี่ของไซน์เวฟพื้นฐานของแบบ NRZB เป็นเช่นเดียวกับแบบ NRZ ดังนั้นจึงใช้ความกว้างแถบสำหรับอัตราบิตเช่นเดียวกัน นั่นคืออัตราบิตสูงสุดเป็นสองเท่าของความกว้างแถบ
3. Return to Zero (RZ)
       สัญญาณแบบ RZ ใช้ระดับ 0V สำหรับโลจิก 0 และ +V สำหรับโลจิก 1 การทำเช่นนี้จะทำให้ข้อมูลบิตโลจิก 1 เปลี่ยนเป็น 0 ในกึ่งกลางเวลาบิต การส่งแบบ RZ นี้เพื่อป้องกันกระแสข้อมูลไม่ให้อยู่ที่ระดับ +V นานเกินไป  เมื่อจำเป็นต้องส่งค่า 1 ติดต่อกันมากๆ ความถี่ไซน์เวฟพื้นฐานเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีการส่งโลจิก 1 มากกว่า 2 ตัวติดต่อกันเนื่องจากการส่งที่กึ่งกลางบิตและกลับไปยังบิต +V สำหรับบิตต่อไปทำให้เกิดไซน์เวฟ 1 รอบ
4. Return to Zero Bipolar (RZB)
       ข้อมูลดิจิตอลแบบ RZB นั้นโลจิก 1 และ 0 ใช้โวลเตจตรงกันข้าม คือ +V และ -V การเปลี่ยนเวลาเช่นนี้ทำให้จุดกึ่งกลางของแต่ละบิตข้อมูลคือโวลเตจลดลงมาที่ 0V ดังนั้นจึงใช้ชื่อว่า Return to Zero Bipolar  เช่นเดียวกัน สัญญาณแบบนี้ไม่เพียงแต่ทำให้เกิดลักษณะของโวลเตจที่ตรงข้ามกันเท่านั้น แต่ ยังทำให้เกิดการส่ง (การเปลี่ยนระดับ) ในกึ่งกลางของแต่ละระยะข้อมูล  ระบบซิงโครนัสใช้ข้อดีข้อนี้ช่วยในการจับสัญญาณนาฬิกาจากกระแสข้อมูลเพราะว่าระดับมีการเปลี่ยนแปลงอยู่สม่ำเสมอ  ดังนั้นวงจรจับสัญญาณนาฬิกาจะทำให้สัญญาณนาฬิกาสอดคล้องกับจุดกลางของแต่ละบิตในกระแสข้อมูล
5.Manchester Encoding ( หรือ Biphase)
      แบบ Manchester Encoding เป็นรูปแบบรหัสสัญญาณมากกว่ารูปแบบสัญญาณดิจิตอลจริง ๆ  กระแสข้อมูลถูกป้อนผ่านวงจรที่เสริมหรือการกลับครึ่งแรก ของบิตข้อมูลในครึ่งหลังจะไม่ถูกกลับจะเห็นว่าโลจิก 1 ตัวแรกจะอยู่ในระดับล่าง ระหว่างครึ่งแรกของช่วงบิตแรกและอยู่ในระดับบน

สรุป
       การสื่อสารข้อมูลระบบต่างๆ ไม่ว่าจะมีความสลับซับซ้อนเพียงใดก็จะต้องประกอบไปด้วยหน่วยที่ทำหน้าที่พื้นฐาน (Fundamenta Functional Units) คือ
       1. อุปกรณ์ปลายทาง (Terminal Equipments) ซึ่งประกอบด้วยโปรแกรมประมวลผลและคอมพิวเตอร์
      2. หน่วยควบคุมสาย (Line Control Unit) ซึ่งทำหน้าที่กำกับการสื่อสารเพียงระบุขอบเขต (Peripheral) ณ สถานีหนึ่ง
     3. UART เพื่อเปลี่ยนข้อมูลคอมพิวเตอร์แบบขนานให้เป็นข้อมูลแบบอนุกรม
     4. มาตรฐานการเชื่อมต่ออินเตอร์เฟส (Standard Interface Connections) อปุกรณ์นอกเหนือจากนี้จะเป็นอุปกรณ์สื่อสารข้อมูล (Data Communications Equipment) ที่ใช้ส่งข้อมูลทางปลายทาง (Terminal's Data) ไปสู่ตัวกลางการส่งข้อมูล (Transmitting Medium) อุปกรณ์เหล่านี้ เช่น โมเด็ม ซึ่งเป็นตัวเปลี่ยนข่าวสารดิจิตอลอนุกรมให้เป็นสัญญาณอะนาล็อก หรือ โทน เพื่อให้ใช้กับสื่อตัวกลาง เช่น สายโทรศัพท์ และมีการเข้ารหัสข้อมูลไบนารี่ก่อนที่จะเปลี่ยนรหัสเหล่านี้ให้เป็นสัญญาณอะนาล็อก