Тема 2.2 Часове мультиплексування

План лекції

1. Принцип дії часового мультиплексування

2. Синхронність та плезіохронність

1. Принцип дії часового мультиплексування

Часове мультиплексування (time-division multiplexing - TDM): Цифрове мультиплексування, при якому два або більше явно одночасних каналів виділяють з того самого частотного спектру, тобто з потоку бітів, у якому почергові імпульси репрезентують біти, які належать різним каналам.

Мультиплексування може бути здійснене через почергове поступлення часових сегментів від різних сигналів у спільний передавальний шляху – процес, відомий як мультиплексування з поділом часу (time division multiplexing – TDM) або часове мультиплексування.

У типових системах TDM дані від багатьох користувачів поступають в часовий мультиплексор. Тоді комутатор сканера послідовно вибирає дані від кожного із користувачів для формування складного TDM-сигналу. Кожен шлях користувацьких даних сприймається як вирівняний в часі або зсинхронізований із будь-яким іншим шляхом користувацьких даних і з механізмом сканування. Якщо б із кожного із джерел даних можна було вибрати тільки один біт, то сканувальний механізм міг би вибирати значення біта, що поступає від кожного з багатьох джерел даних. Однак на приктиці сканувальний механізм звичайно виділяє слот даних, який містить багато бітів від даних конкретного користувача; далі комутатор сканера перемикається до наступного користувача і виділяє наступний слот і т.д.

Кожному користувачу на постійно приписано певну часову щілину, яка вміщає слот даних.

Часова щілина:

· Період часу, протягом якого певна діяльність керована особливими правилами.

· Часовий інтервал, який може бути визнаний і означений унікальним чином.

Часове мультиплексування багатьох сигналів можливе тільки тоді, коли можлива швидкість даних в каналі перевищує швидкість даних від усіх користувачів. Хоч TDM принципово можна застосувати як до аналогових, так і до цифрових сигналів, однак на практиці воно вживається виключно для цифрових сигналів. Результуючий складний сигнал теж цифровий.

Використання TDM дозволяє спростити завдання об’єднання в мережу різних типів телекомунікаційного обладнання. Без використання TDM телефони, факси та та інші пристрої для даних потребують використання окремих ліній. Звичайно голос, низькошвидкісні застосування даних використовують аналогові лінії, тоді як високошвидкісні застосування даних обслуговуються цифровими лініями. При використанні мультиплексування з поділом часу TDM-канал транспортує як голос, так і дані через те саме комунікаційне сполучення. Внаслідок вилучення кількості ліній, необхідних для переносу інформації, спрощується адміністрування мережею.

2. Синхронність та плезіохронність

Одним із найбільш важливих питань при розгляді систем часового мультиплексування є проблема синхронізації. Для синхронізації використовують послідовність періодичних імпульсів, яка переносить інформацію про час, так що приймальний кінець каналу знає, як розміщені одиниці та нулі у вхідному потоці. Для подальшого важливо вказати на відмінності між поняттями синхронності, плезіохронності та асинхронності.

Синхронність:

· Належність до співвідношення між двома або більше сигналами, які повторюються і мають одночасну появу значівних моментів.

· Належність до синхронізму. “Синхронність” або “асинхронність” є відношеннями.

Плезіохронність:

· Співвідношення між двома сигналами, таке що їх відповідні значівні моменти з’являються номінально у тому самому темпі; а будь-які відхилення обмежені визначеними границями. Це не обмежує різницю фаз, яка може нагромаджуватися між двома значівними моментами протягом тривалого періоду часу.

Контрольні питання

1. Що таке „часова щілина”?

2. Розкрийте суть понятть „синхронність” та „плезіохронність”

3. Поясніть принцип дії часового мультиплексування

Тема 2.3 Плезіохронні мережі

План лекції

1. Ієрархія Т – 1

2. Ієрархія Е - 1

3. Ієрархія мультиплексування

1. Ієрархія Т - 1

Більшість сучасних телекомунікаційних систем використовують певну форму TDM для пересилання через маршрути з великими відстанями. Мультиплексований сигнал може бути висланий безпосередньо через кабельну систему, або він може модулювати коливання-носій для пересилання за допомогою радіохвиль. Прикладами систем із безпосереднім пересиланням через кабельну систему є Північноамериканська система T1, впроваджена у 1962 р., европейська система E1 і японська система J1. Американська, европейська і японська версії суттєво відрізняються між собою швидкостями пересилання та застосованими протоколами сигналізації і безпосередньо несумісні.

Ієрархії T1/E1 описують клас плезіохронних мереж, тому для неї використовують назву плезіохронна цифрова ієрархія (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH).

Т1 – це виділений цифровий телекомунікаційний канал (позначення “T” походить від trunk – магістраль), який забезпечує пересилання сигналів голосу, даних і відео із швидкістю 1.544 Мбіт/с у мережевій топології пункт-пункт. Для пересилання сигналів голосу або відео через цифровий канал ці сигнали попередньо повинні бути перетворені у цифрову форму, звичайно з використанням технології PCM. Цифрові сигнали об’єднуються (мультиплексуються) і пересилаються через окремий канал T1 з використанням техніки TDM.

Зручний спосіб для розуміння T1 полягає у його трактуванні з позиції перших двох рівнів еталонної моделі OSI – Фізичного і Канального. Позначення “T” відноситься до Фізичного рівня і характеризує електричні характеристики сигналу, такі як форма сигналів, рівні напруг тощо, тоді як позначення “DS” (цифровий сигнал) – до Канального рівня і описує передовсім питання формату даних і синхронізації – як дані виділяються з протоколів нижчих рівнів. Часто ці позначення вживають одне замість одного, що некоректно з технічного погляду.

2. Ієрархія Е - 1

E1 – це европейський еквівалент американського T1. Хоч як E1, так і T1 використовують канали 64 кбіт/с, однак вони відрізняються в багатьох аспектах. E1 – це виділений цифровий канал, який використовується в топології пункт-пункт із швидкістю пересилання даних 2.048 Мбіт/с і містить 32 канали (порівняно із 24 у T1). Із цих 32 каналів 30 каналів пересилають голос або дані, а два використовуються як службові. Із двох службових каналів один використовує часову щілину 16 і вживається для сигналізації та здійснення нагляду за каналом (наприклад, за тим, коли піднято або покладено телефонну трубку). Інший службовий канал використовує часову щілину 0 і вживається для синхронізації, управління каналом і контрою синхронізації рамок. Часова тривалість рамки E1 дорівнює 125 мкс. На відміну від T1, Е1 завжди забезпечує “чисті” канали 64 кбіт/с.

Дробові T1/E1 (fractional T1/E1) використовують таку ж технологію і спосіб під’єднання, як повні T1/E1, однак при цій технології відповідний канал T1 або E1 може бути подрібнений на окремі DS0 або їх групи, щоб надати користувачу таку смугу, яка йому необхідна. Користувач може не використовувати повну кількість наявних каналів (24 для T1 або 30 для E1), а вибрати потрібну йому кількість, заощаджуючи при цьому кошти. При цьому фізичний канал до користувача пропускає повну смугу T1 або E1 відповідно, однак корисне заповнення має тільки частина часових щілин. Невикористані часові щілини заповнюються “1”. Інші користувачі можуть використати решту часових щілин того самого каналу, чим осягається економія коштів. У пункті доступу цифрові сигнали DS0 від окремих користувачів мультиплексуються у повний канал T1/E1 (при цьому видаляють заповнення “1”), при потребі мультиплексуються далі та пересилаються. На приймальному кінці в пункті доступу сигнал DS1 демультиплексується так, щоб до кожного користувача висилати тільки потрібні йому часові щілини, а невикористані ним DS0 знову заповнити “1”. Користувачу пересилається повний сигнал DS1, а його термінальне обладнання CSU/DSU ігнорує всі невикористані канали DS0. Така форма отримання послуг поширена, зокрема, для доступу до Internet.

Схема мультиплексування описує ієрархію Т1 (таблиця 2.1).

Таблиця 2.1. Ієрархія T1.

Легко зауважити, що швидкість у каналі T1C не кратна швидкості T1. Це пояснюється тим, що рамка T1C має довжину 1272 біти і суттєво відрізняється від 193-бітової рамки T1. Взагалі потік даних DS1C в каналі T1C і потоки даних вищих сигнальних рівнів трактуються просто як послідовності бітів.

Европейська ієрархія E1 наведена в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2. Ієрархія E1.

Для порівняння схеми мультиплексування в стандартах ANSI та ITU-T зображені на рис.2.1

Рисунок 2.1. Порівняння схем мультиплексування в стандартах ANSI та ITU-T

3. Ієрархія мультиплексування

Ієрархія мультиплексування принципово проста, однак вона викликає ускладнення на практиці. Оскільки магістралі T1 або E1 із різним обладнанням продукують суттєво відмінні швидкості даних, то техніка вирівнювання (bit stuffing) застосовується на всіх рівнях плезіохронної ієрархії, що унеможливлює точну локалізацію рамок бажаного каналу всередині високошвидкісного каналу. Наприклад, для доступу до окремого каналу 2 Мбіт/с із каналу 140 Мбіт/с необхідно повністю демультиплексувати останній, використовуючи проміжні рівні,

а потім повторно змультиплексувати потік, як це показано на рисунку 2.2

Рисунок 2.2. Виділення або додавання каналу користувача в плезіохронній системі

Інша проблема, пов’язана із великим обсягом мультиплексорного обладнання PDH у мережі, є управління. На своєму шляху через мережу виділений канал T1/E1 мусить проходити через певну кількість можливих маршрутів. Коли обсяг повторних під’єднань зростає, то складно зберегти точні записи взаємних сполучень обладнання. Це приводить до помилок, внаслідок яких не тільки неможливо встановити нове сполучення, але порушуються вже чинні сполучення, які переносять трафік.

Ще одне суттєве обмеження в PDH полягає у відсутності можливості моніторингу. Це пов’язане із недостатнім забезпеченням можливостей для управління мережею у форматах рамок PDH і викликає проблеми при забезпеченні безпомилковості для певних застосувань, таких як послуги пересилання відео та даних.

Контрольні питання

1. Скільки голосових кіл містить канал Е – 1 і на якіій швидкості працює?

2. Скільки голосових кіл містить канал Т – 1 і на якіій швидкості працює?

3. Скільки голосових кіл містить канал Е – 5 і на якіій швидкості працює?

4. Які незручності присутні у мережах PDH?

Розділ 3. Архітектура мереж та методи доступу

Тема 3.1 Широкомовні мережі. Множинний доступ

План лекції

1. Широкомовні мережі

2. Множинний доступ

1. Широкомовні мережі

Широкомовна мережа уникає складних процедур маршрутизації (раутінгу), властивих комутованим мережам, приймаючи, що передавання кожного вузла може бути прийняте всіма іншими вузлами в мережі. Іншими словами, широкомовна мережа має тільки один комунікаційний канал. Наприклад, кабельні локальні комп’ютерні мережі є широкомовними мережами, де кожен користувач сполучений з будь-яким іншим і мережа має топологію шини, зірки або кільця. Безпровідні локальні мережі використовують радіо- або оптичні хвилі. Багато сателітарних радіосистем також є широкомовними, оскільки наземна станція в системі може приймати всі повідомлення, які ретранслює сателіт.

У широкомовних мережах станції здійснюють комунікацію через спільні середовища. Приклади широкомовних мереж включають:

· пакетне радіо;

· сателітарні мережі;

· безпровідні локальні мережі.

Оскільки всі вузли в широкомовній мережі можуть приймати будь-яке пересилання, то повинна бути встановлена процедура для виділення комунікаційного каналу у вузлі або вузлах, які мають пакети для висилання, і тим самим для запобігання завадам, які виникають при одночасному пересиланні інформації. Цей тип комунікації, який називають множинним доступом, може бути встановлений або через диспетчеризацію доступу (техніка, при якій вузли почергово висилають інформацію за певною схемою), або шляхом випадкового доступу до каналу.