Per determinare a quale interfaccia devono essere inviati i dati in ingresso, lo switch deve determinare a quale flusso appartiene. Questo problema deve essere risolto indipendentemente dal fatto che un solo flusso "puro" o un flusso "misto", che è il risultato dell'aggregazione di più flussi, entri nell'ingresso dello switch. In quest'ultimo caso, il compito demultiplazione, cioè la divisione del flusso aggregato totale in molti dei suoi flussi costituenti.
Di norma, l'operazione di commutazione è accompagnata anche dall'operazione inversa - multiplexing. Quando si esegue il multiplexing da diversi flussi separati, si forma un flusso aggregato comune, che può essere trasmesso su un canale di comunicazione fisico.
Le operazioni di multiplexing/demultiplexing sono importanti in qualsiasi rete quanto le operazioni di commutazione, perché senza di esse sarebbe necessario prevedere un canale separato per ogni flusso, il che porterebbe a un gran numero di collegamenti paralleli nella rete e annullerebbe tutti i vantaggi disconnessi Rete.
Sulla fig. 5.5 mostra un frammento di una rete composta da tre switch. Switch 1 ha cinque interfacce di rete. Considera cosa succede sull'interfaccia Int. 1. I dati provenienti da tre interfacce arrivano qui - Int. 3, int. 4 e int. 5. Tutti devono essere trasferiti su un canale fisico comune, cioè per eseguire l'operazione di multiplexing. Il multiplexing è un metodo per dividere un canale fisico esistente tra diverse sessioni di comunicazione simultanee tra abbonati di rete.
Figura 5.5. Operazioni di multiplexing e demultiplexing di flussi durante lo switching
Uno dei modi principali per multiplexare i flussi è divisione del tempo. Con questo metodo, ogni thread di volta in volta (con un periodo fisso o casuale) riceve un canale fisico a sua completa disposizione e su di esso trasmette i suoi dati. Anche comune separazione di frequenza canale, quando ogni flusso trasmette dati nell'intervallo di frequenza ad esso assegnato.
La tecnologia di multiplexing dovrebbe consentire al destinatario di un tale flusso totale di eseguire l'operazione inversa: la divisione (demultiplexing) dei dati in flussi di componenti. Sull'interfaccia Int. 3, lo switch demultiplexa il flusso nei suoi tre flussi secondari componenti. Ne invia uno all'interfaccia Int. 1, l'altro - su Int. 2, e il terzo - su Int. 5. Ma sull'interfaccia Int. 2 non è necessario eseguire il mux o il demultiplex: questa interfaccia è dedicata a un singolo thread per uso esclusivo. In generale, entrambe le funzioni di multiplexing e demultiplexing possono essere eseguite simultaneamente su ciascuna interfaccia.
Figura 5.6. Multiplexer e Demultiplexer
5.5. Media condivisi
Un altro parametro del canale di comunicazione condiviso è il numero di nodi ad esso collegati. Negli esempi precedenti, solo due nodi interagenti erano collegati a ciascun canale di comunicazione, più precisamente, due interfacce (Fig. 5.7, un e b). A le reti di telecomunicazioni utilizzano un altro tipo di connessione, quando più interfacce sono collegate a un canale (Fig. 5.7, in). Questa connessione multipla di interfacce dà origine alla topologia "bus comune" già discussa in precedenza, talvolta chiamata anche daisy chain. In tutti questi casi si pone il problema di organizzare la condivisione del canale tramite più interfacce. Sono possibili diverse opzioni per separare i canali di comunicazione tra le interfacce. Sulla fig. 5.7, un gli interruttori K1 e K2 sono collegati da due canali fisici unidirezionali, cioè quelli attraverso i quali le informazioni possono essere trasmesse solo in una direzione. In questo caso l'interfaccia trasmittente è attiva e ambiente fisico la trasmissione è sotto il suo controllo. L'interfaccia passiva riceve solo dati. Il problema della divisione del canale tra le interfacce è assente qui.(Si noti, tuttavia, che in questo caso viene mantenuto il compito di multiplexare i flussi di dati nel canale.) In pratica, due canali unidirezionali che implementano una connessione duplex tra due dispositivi nel loro insieme sono generalmente considerati come un canale duplex e una coppia di interfacce di un dispositivo sono considerate parti trasmittenti e riceventi la stessa interfaccia. Sulla fig. 5.7, b gli interruttori K1 e K2 sono collegati da un canale che può trasmettere dati in entrambe le direzioni, ma solo alternativamente. in cui è necessario un meccanismo per sincronizzare l'accesso interfacce K1 e K2 a tale canale. Una generalizzazione di questa variante è il caso mostrato in Fig. 5.7, in quando più (più di due) interfacce sono collegate al canale di comunicazione, formando un bus comune.
Viene chiamato un collegamento fisico condiviso da più interfacce condivisa(condivisa). Il termine è anche usato spesso mezzo di comunicazione condiviso. I collegamenti condivisi sono necessari non solo per i collegamenti da switch a switch, ma anche per i collegamenti da computer a switch e da computer a computer.
Figura 5.7 Condivisione dei collegamenti
Esistono vari modi per risolvere il problema dell'organizzazione dell'accesso condiviso a linee di comunicazione condivise. Alcuni di essi implicano un approccio centralizzato, quando l'accesso è controllato da un dispositivo speciale - arbitro, altri sono decentrati. All'interno del computer esistono anche i problemi di separazione delle linee di comunicazione tra i diversi moduli: un esempio è l'accesso al bus di sistema, che è controllato dal processore o da uno speciale arbitro del bus. Nelle reti, l'organizzazione della condivisione dell'accesso alle linee di comunicazione ha le sue specificità a causa del tempo di propagazione significativamente più lungo dei segnali lungo le linee di comunicazione, quindi le procedure per negoziare l'accesso a una linea di comunicazione possono richiedere troppo tempo e portare a perdite significative nelle prestazioni della rete . È per questo motivo che gli ambienti condivisi tra le interfacce non sono praticamente utilizzati nelle reti globali.
Nelle reti locali, gli ambienti condivisi vengono utilizzati abbastanza spesso per la semplicità e l'economicità della loro implementazione. Questo approccio, in particolare, viene utilizzato nella tecnologia Ethernet che domina oggi nelle reti locali, così come nelle tecnologie Token Ring e FDDL che erano popolari in passato.
Tuttavia, nel l'anno scorso iniziò a prevalere un'altra tendenza: il rifiuto dei mezzi di trasmissione dati condivisi nelle reti locali. Ciò è dovuto al fatto che per la riduzione del costo della rete così ottenuta si deve pagare con le prestazioni.
ATTENZIONE
Una rete con un ambiente condiviso con un numero elevato di nodi funzionerà sempre più lentamente di una rete simile con singoli collegamenti point-to-point, poiché la larghezza di banda del collegamento quando è condiviso è divisa tra più computer della rete.
Tuttavia, non solo nella classica, ma anche in alcune tecnologie completamente nuove sviluppate per le reti locali, viene preservato il regime delle linee di comunicazione condivise. Ad esempio, gli sviluppatori della tecnologia Gigabit Ethernet, adottata come nuovo standard nel 1998, includevano la condivisione dei media nelle loro specifiche insieme alla modalità di collegamento individuale.
Multiplexing a divisione di tempo
Il principio di funzionamento del multiplexer è semplice: i segnali in arrivo su più linee a bassa velocità in ingresso vengono trasmessi nell'intervallo di frequenza o intervallo di tempo assegnato a ciascuna di esse su una linea ad alta velocità in uscita. All'estremità opposta della linea ad alta velocità, questi segnali sono isolati o demultiplexati.
Secondo il metodo di compressione, le tecnologie di multiplexing possono essere suddivise in due categorie principali: Frequency Division Multiplexing (FDM) e Time Division Multiplexing (TDM). Con il multiplexing di frequenza, lo spettro di frequenza è suddiviso in canali logici e ogni utente riceve questo canale a sua disposizione per la durata della conversazione. Nel multiplexing temporale, l'intera larghezza di banda viene assegnata periodicamente agli utenti, ma solo per un breve periodo di tempo.
MOLTIPLICAZIONE DEL TEMPO
Nel multiplexing a divisione di tempo, ogni dispositivo o canale in entrata ricevono a loro disposizione l'intera larghezza di banda della linea, ma solo per un periodo di tempo rigorosamente definito ogni 125 μs (vedi Figura 2). L'ultimo valore corrisponde al ciclo di campionamento, poiché con PCM ogni 1/8000 di secondo è necessario misurare l'ampiezza del segnale analogico. Il tempo di trasmissione di un valore di ampiezza istantanea di otto bit è chiamato time slot ed è uguale alla durata di trasmissione di otto impulsi (uno per ogni bit). La sequenza di intervalli di tempo che seguono l'intervallo di cui sopra forma un canale temporale. L'insieme dei canali in un ciclo di campionamento costituisce un frame.
In time multiplexing, l'intera capacità della linea uscente è fornita per un periodo di tempo fisso nella linea entrante di capacità minore.
In Europa, come nel resto del mondo, ad eccezione di USA e Giappone, il sistema standard è PCM-32/30 (o E-1) con 32 canali temporali a 64 kbit/s, in cui vengono utilizzati 30 canali come dati per la trasmissione vocale. , dati, ecc. e due - come canali di servizio e uno dei canali di servizio è destinato alla segnalazione (segnali del servizio di creazione della connessione), l'altro - per la sincronizzazione. Come puoi facilmente calcolare, la capacità totale del sistema è di 2.048 Mbps.
Il sistema E-1 forma quello che è noto come un gruppo seme. Il gruppo E-2 secondario è costituito da 4 canali E-1 con una capacità totale di 8,448 Mbps, il sistema E-3 terziario: quattro canali E-2 (o sedici canali E-1) con una capacità totale di 34,368 Mbps e il gruppo quaternario - quattro canali E-3 con una capacità totale di 139.264 Mbps. Questi sistemi formano la gerarchia digitale plesiocrona europea.
Il principio del multiplexing seriale dei canali è illustrato nella Figura 3. Quattro canali E-1 sono multiplexati in un canale E-2, e a questo livello e successivi il multiplexing viene eseguito bit per bit, e non byte per byte, come era il caso in cui 30 canali vocali sono stati multiplexati in un canale E. -one. La capacità totale dei quattro collegamenti E-1 è di 8,192 Mbps, mentre la capacità totale di E-2 è in realtà di 8,448 Mbps. I bit in eccesso vengono utilizzati per l'inquadratura e il retiming. I quattro canali E-2 vengono quindi multiplexati in un canale E-3 e così via.
fig.3
Poiché i piccoli affluenti si fondono in un unico grande fiume, le linee a bassa velocità vengono combinate in quelle ad alta velocità utilizzando una gerarchia di multiplexer.
Adottato in Nord America e Giappone, lo standard definisce un canale T-1 (formato frame DS1). Il canale T-1 è composto da 24 canali vocali multiplexati e originariamente si presumeva che l'ampiezza del segnale analogico sarebbe stata espressa come un numero binario a 7 bit e un bit utilizzato per scopi di controllo (segnalazione). Inoltre, oltre a 192 bit, ogni frame ha un bit in più per la sincronizzazione. Pertanto, la capacità totale del collegamento T-1 è di 1,544 Mbps. Tuttavia, alla fine, tutti gli 8 bit sono stati allocati per i dati e la segnalazione ha iniziato a essere eseguita in uno dei due modi seguenti. Nella segnalazione del canale comune, il 193° bit in ogni frame dispari serve per la sincronizzazione e in ogni frame pari serve per la segnalazione. L'essenza di un altro metodo è che ogni canale ha il proprio sottocanale per la trasmissione delle informazioni di segnalazione (un bit ogni sesto frame).
Nelle lezioni precedenti, abbiamo considerato un tale tipico reti di computer apparecchiature come bridge, switch e router. Tuttavia, in vista della sempre più stretta integrazione delle reti informatiche e telefoniche (reti di comunicazione in genere), per gli amministratori e anche per gli utenti, diventa sempre più necessaria la conoscenza dei principi generali di organizzazione delle reti telefoniche, soprattutto se operano con reti globali. Pertanto, nel questa lezione abbiamo deciso di considerare tale tecnologia (più precisamente, tecnologie) come multiplexing.
La posa e l'esercizio di una linea principale a bassa velocità tra due centrali costa quasi quanto una linea ad alta velocità, poiché i costi principali non sono per l'acquisto di cavo in rame o ottico, ma, in generale, per lo scavo di una trincea per posa del cavo. Per inviare più conversazioni telefoniche una alla volta linea fisica compagnie telefoniche e sviluppato tecnologie multiplexing o multiplexing.
MOLTIPLICARE IN BREVE
Il principio di funzionamento del multiplexer è semplice: i segnali in arrivo su più linee a bassa velocità in ingresso vengono trasmessi nell'intervallo di frequenza o intervallo di tempo assegnato a ciascuna di esse su una linea ad alta velocità in uscita. All'estremità opposta della linea ad alta velocità, questi segnali sono isolati o demultiplexati.
Secondo il metodo di compressione, le tecnologie di multiplexing possono essere suddivise in due categorie principali: Frequency Division Multiplexing (FDM) e Time Division Multiplexing (TDM). Con il multiplexing di frequenza, lo spettro di frequenza è suddiviso in canali logici e ogni utente riceve questo canale a sua disposizione per la durata della conversazione. Nel multiplexing temporale, l'intera larghezza di banda viene assegnata periodicamente agli utenti, ma solo per un breve periodo di tempo.
MOLTIPLICAZIONE DI FREQUENZA
Come è noto, la voce umana può essere adeguatamente trasmessa con frequenze comprese tra 300 e 3400 Hz, ovvero l'intervallo di frequenza richiesto è 3100 Hz. Tuttavia, durante il multiplexing di più canali vocali, a ciascuno di essi viene assegnata una gamma di 4000 Hz in modo che non si sovrappongano. La frequenza di ciascun canale viene aumentata ciascuno del proprio multiplo di 4 kHz, quindi i canali vengono combinati. Di conseguenza, i canali sono distribuiti sull'intero spettro di frequenza di un determinato collegamento. I canali sono separati l'uno dall'altro dai cosiddetti intervalli di guardia (vedi figura 1).
Immagine 1.
Con il multiplexing di frequenza, l'intera gamma di frequenze è suddivisa in più canali. Per evitare che i canali si sovrappongano, sono separati l'uno dall'altro da intervalli di guardia.
Gli schemi di multiplexing FDM sono abbastanza standardizzati. Lo standard più diffuso, secondo il quale dodici canali vocali con una larghezza di 4000 Hz sono multiplexati nella gamma di frequenza da 60 a 108 kHz. Tale blocco è chiamato gruppo. L'intervallo da 12 a 60 kHz viene talvolta utilizzato per un altro gruppo.
Una variazione della tecnologia di multiplexing di frequenza utilizzata nel caso delle linee di comunicazione ottica è il Wavelength Division Multiplexing (WDM). Fisicamente, il multiplexing viene eseguito come segue: diverse fibre vengono portate su un prisma (o più spesso un reticolo di diffrazione), i fasci di luce vengono fatti passare attraverso il prisma ed entrano nella fibra comune. All'estremità opposta, i raggi vengono separati usando un altro prisma. Se ciascun raggio di ingresso è limitato al proprio intervallo di frequenza, non si sovrapporranno. Sistemi ottici completamente passivo e, di conseguenza, più affidabile.
MODULAZIONE CODICE IMPULSO
Il mondo moderno sta diventando sempre più informatizzato e, di conseguenza, digitale; Naturalmente, questa tendenza non ha aggirato le reti telefoniche. Sistemi digitali stanno diventando sempre più diffusi e, di conseguenza, il multiplexing di frequenza sta lasciando il posto al multiplexing temporale. Tuttavia, prima che la parola umana, che è di natura analogica, possa essere trasmessa rete digitale, deve essere convertito in una forma discreta. Ciò si ottiene utilizzando la modulazione a codice di impulso (modulazione a codice di impulso). Pertanto, nel digitale moderno reti telefoniche il multiplexing temporale è strettamente correlato alla modulazione del codice di impulso.
Secondo il teorema di Kotelnikov, la frequenza di campionamento deve essere il doppio della frequenza massima dello spettro di frequenza del segnale analogico per riprodurlo correttamente, quindi le misurazioni dell'ampiezza devono essere eseguite 8000 volte al secondo nel caso del linguaggio umano. Il valore dell'ampiezza approssima un numero binario a 8 bit, quindi la velocità di trasmissione dovrebbe essere di 64 kbps. Di conseguenza, nelle reti digitali, il canale informativo a 64 kbps è quello base per calcolare la velocità di tutti i canali di comunicazione più capienti.
MOLTIPLICAZIONE DEL TEMPO
Con il multiplexing a divisione di tempo, ogni dispositivo o canale in ingresso ottiene l'intera larghezza di banda della linea, ma solo per un periodo di tempo rigorosamente definito ogni 125 µs (vedere la Figura 2). L'ultimo valore corrisponde al ciclo di campionamento, poiché con PCM ogni 1/8000 di secondo è necessario misurare l'ampiezza del segnale analogico. Il tempo di trasmissione di un valore di ampiezza istantanea di otto bit è chiamato time slot ed è uguale alla durata di trasmissione di otto impulsi (uno per ogni bit). La sequenza di intervalli di tempo che seguono l'intervallo di cui sopra forma un canale temporale. L'insieme dei canali in un ciclo di campionamento costituisce un frame.
Figura 2.
In time multiplexing, l'intera capacità della linea uscente è fornita per un periodo di tempo fisso nella linea entrante di capacità minore.
In Europa, come nel resto del mondo, ad eccezione di USA e Giappone, il sistema standard è PCM-32/30 (o E-1) con 32 canali temporali a 64 kbit/s, in cui vengono utilizzati 30 canali come dati per la trasmissione vocale. , dati, ecc. e due - come canali di servizio e uno dei canali di servizio è destinato alla segnalazione (segnali del servizio di creazione della connessione), l'altro - per la sincronizzazione. Come puoi facilmente calcolare, la capacità totale del sistema è di 2.048 Mbps.
Il sistema E-1 forma quello che è noto come un gruppo seme. Il gruppo E-2 secondario è costituito da 4 canali E-1 con una capacità totale di 8,448 Mbps, il sistema E-3 terziario: quattro canali E-2 (o sedici canali E-1) con una capacità totale di 34,368 Mbps e il gruppo quaternario - quattro canali E-3 con una capacità totale di 139.264 Mbps. Questi sistemi formano la gerarchia digitale plesiocrona europea.
Il principio del multiplexing seriale dei canali è illustrato nella Figura 3. Quattro canali E-1 sono multiplexati in un canale E-2, e a questo livello e successivi il multiplexing viene eseguito bit per bit, e non byte per byte, come era il caso in cui 30 canali vocali sono stati multiplexati in un canale E. -one. La capacità totale dei quattro collegamenti E-1 è di 8,192 Mbps, mentre la capacità totale di E-2 è in realtà di 8,448 Mbps. I bit in eccesso vengono utilizzati per l'inquadratura e il retiming. I quattro canali E-2 vengono quindi multiplexati in un canale E-3 e così via.
Figura 3
Poiché i piccoli affluenti si fondono in un unico grande fiume, le linee a bassa velocità vengono combinate in quelle ad alta velocità utilizzando una gerarchia di multiplexer.
Adottato in Nord America e Giappone, lo standard definisce un canale T-1 (formato frame DS1). Il canale T-1 è composto da 24 canali vocali multiplexati e originariamente si presumeva che l'ampiezza del segnale analogico sarebbe stata espressa come un numero binario a 7 bit e un bit utilizzato per scopi di controllo (segnalazione). Inoltre, oltre a 192 bit, ogni frame ha un bit in più per la sincronizzazione. Pertanto, la capacità totale del collegamento T-1 è di 1,544 Mbps. Tuttavia, alla fine, tutti gli 8 bit sono stati allocati per i dati e la segnalazione ha iniziato a essere eseguita in uno dei due modi seguenti. Nella segnalazione del canale comune, il 193° bit in ogni frame dispari serve per la sincronizzazione e in ogni frame pari serve per la segnalazione. L'essenza di un altro metodo è che ogni canale ha il proprio sottocanale per la trasmissione delle informazioni di segnalazione (un bit ogni sesto frame).
GERARCHIA DIGITALE SINCRONA
La necessità di adottare uno standard unico per i sistemi di comunicazione in Europa e in America, così come la necessità di aumentare la velocità massima di trasmissione e gli strumenti integrati di gestione della rete di comunicazione, hanno portato allo sviluppo della gerarchia digitale sincrona SDH (purtroppo il Nord America versione di questo standard chiamato SONET è alquanto diversa da quella europea, sebbene queste differenze non siano così significative come nel caso, ad esempio, della gerarchia dei canali T-1, T-2... e E-1, E- 2...).
In SDH, il modulo di trasporto sincrono (STM-1) costituisce il livello inferiore della gerarchia. È equivalente al segnale di trasporto sincrono STS-3c nella gerarchia SONET con una capacità di 155,52 Mbps. Quattro STM-1 sono multiplexati in un STM-4 (=STS-12c) con una capacità di 622,08 Mbps e quattro STM-4 sono multiplexati in un STM-12 (=STS-48c) con una capacità di 2,488 Gbps. La gerarchia definisce anche i livelli superiori.
Il multiplexing viene eseguito byte per byte, non bit per bit, ovvero, ad esempio, quando quattro flussi di dati STM-1 vengono combinati in un STM-4, il multiplexer invia prima un byte dal primo flusso, quindi un byte dal secondo, e così via in cerchio.
Una delle differenze più importanti tra le gerarchie sincrone e plesiocrone è la capacità di allocare il canale desiderato fino allo strato E-1 senza demultiplare l'intero segnale di trasporto. Ciò ha portato all'emergere di un tipo fondamentalmente diverso di multiplexer: multiplexer con l'aggiunta e l'allocazione di singoli canali (in terminologia inglese- multiplexer add-drop, e nella letteratura tecnica russa sono brevemente chiamati multiplexer di input/output).
Inoltre, molti multiplexer hanno iniziato a svolgere le funzioni di connessione incrociata (tuttavia, potrebbe essere il contrario, ma questo è già un argomento da gallina e uova). I multiplexor cross-connect consentono la concentrazione e la separazione dei flussi (funzioni di multiplexing e demultiplexing) insieme alla commutazione dei segnali digitali da un canale all'altro secondo determinate regole (funzioni di commutazione).
MOLTIPLICAZIONE INVERSA
Nel caso in cui un'organizzazione debba disporre di una linea di una determinata larghezza di banda e le capacità offerte siano troppo piccole (ad esempio, E-1) o troppo grandi (ad esempio, E-3), allora un dispositivo chiamato multiplexer inverso tornerà utile. Questo dispositivo consente di distribuire il flusso di dati in ingresso tra più linee in uscita con una capacità inferiore alla quantità totale di dati ricevuti per unità di tempo (vedere la Figura 4). Così, ad esempio, un cliente può ricevere un canale equivalente in capacità a due E-1. Il vantaggio di questo approccio rispetto a collegamento indipendente due linee E-1 è, ad esempio, che il multiplexer inverso consente di distribuire dinamicamente il carico tra di loro.
Figura 4
Il multiplexing inverso ti fa ricordare il corso del fiume: girando intorno alle isole, si rompe in canali, che poi si fondono di nuovo.
CONCLUSIONE
In questa lezione abbiamo esaminato le principali tecnologie di multiplexing utilizzate nelle reti telefoniche. La telefonia è sempre più intrecciata con il mondo dei computer, in ogni caso sempre più spesso utilizzano la stessa rete di trasporto sia nelle reti globali che locali, senza contare il fatto che una tecnologia ATM così "calda" è apparsa come una delle opzioni per una rete digitale a banda larga con servizi integrati. E a proposito, ATM sarebbe più correttamente chiamato multiplexing temporale asincrono. Il predecessore di ATM, Asynchronous Time Division (ATD), è stato sviluppato nei laboratori di France Telecom come variazione del TDM. La sua differenza più importante da TDM era la fornitura dinamica del canale, e non per l'intera durata della connessione ( conversazione telefonica); l'intestazione, invece, permetteva di determinare a quale connessione appartengono i dati. Di conseguenza, la capacità disponibile è stata utilizzata in modo più efficiente. Ora l'erede di ATD afferma di essere un'unica tecnologia per le reti globali e locali. Ma questo è un argomento per un'altra discussione.
Dmitry Ganzha è l'editore esecutivo di LAN. Può essere contattato a:
Nei sistemi di comunicazione e trasmissione di informazioni in fibra ottica, vengono utilizzati vari metodi e tecnologie per la trasmissione e l'elaborazione del segnale, comprese le tecnologie di multiplexing e demultiplexing temporale (TDM) e spettrale (DWDM). Questo articolo delinea brevemente i principi di costruzione ei fondamenti dei tradizionali sistemi di trasmissione delle informazioni che utilizzano le tecnologie TDM, la loro evoluzione, capacità e limiti, nonché i confronti generali con i sistemi che utilizzano le tecnologie di multiplexing WDM.
Multiplexing del tempo
Le capacità uniche delle fibre ottiche di trasmettere segnali su grandi distanze in una banda di frequenza super ampia, da un lato, e la crescente necessità di aumentare la capacità di informazione dei canali di comunicazione, dall'altro, hanno reso necessario lo sviluppo di metodi per multiplexing (multiplexing) canali informativi e la creazione di sistemi multiplex.
Il primo metodo di multiplexing, che iniziò subito ad essere utilizzato nei sistemi in fibra ottica e nelle reti di comunicazione, fu il metodo del multiplexing temporale.
Con il multiplexing temporale, a ciascuno dei canali di informazione del sistema avente una portante ottica comune viene assegnato un certo intervallo di tempo per la trasmissione di informazioni. Cioè, nel primo intervallo di tempo, la portante ottica viene modulata dal segnale di un canale di informazioni, nel secondo da un altro, ecc. Pertanto, le informazioni di ciascun canale vengono trasmesse utilizzando una sorgente di radiazione a sua volta, in sequenza. Ogni canale ha il proprio intervallo di tempo o finestra temporale. La durata di questa finestra temporale è determinata da vari fattori, i principali dei quali sono la velocità di conversione dei segnali elettrici in segnali ottici e la velocità di trasmissione delle informazioni nella linea di comunicazione. Il dispositivo che stabilisce l'ordine e l'intervallo di tempo di trasmissione delle informazioni all'ingresso della linea è un multiplexer temporale. All'altra estremità della linea è installato un demultiplexer, che converte il segnale ottico in uno elettrico, determina il numero del canale, cioè lo identifica, e invia le informazioni all'utente appropriato. Pertanto, il multiplexing e il demultiplexing vengono eseguiti solo elettronicamente utilizzando segnali di controllo elettrici. Sulla fig. 1 mostra uno schema di trasmissione del segnale per FOCL con multiplexing temporale.
Riso. uno.
L'utilizzo della tecnologia TDM ha ormai garantito l'uso diffuso di linee di trasmissione in fibra ottica monocanale (tramite portante ottica) (una sorgente - una fibra - un fotorilevatore) con velocità di trasmissione di 10 Gbit/s. I FOCL con tali velocità di trasmissione stanno gradualmente sostituendo le linee con velocità di 2,5 Gbit/s. In scena attuazione pratica ora è FOCL prossima generazione con una capacità di canale di 40 Gbit/s, si stanno esplorando le possibilità di creare sistemi TDM con una velocità di trasmissione di 100 Gbit/s.
Le velocità di 10 Gb/s, a nostro avviso, rappresentano una svolta nelle tecnologie TDM. Al di sotto di questa velocità, le caratteristiche della maggior parte dei percorsi in fibra ottica esistenti hanno scarso effetto sulla qualità del trasferimento delle informazioni; oltre i 10 Gb/s queste caratteristiche andrebbero già verificate e regolate con maggiore attenzione.
Innanzitutto, è necessario tenere conto della dispersione cromatica della fibra: la dipendenza della velocità di propagazione della luce dalla lunghezza d'onda della radiazione ottica, che, a sua volta, è dovuta alla corrispondente dipendenza dell'indice di rifrazione di luce nella fibra ottica sulla lunghezza d'onda.
La dispersione porta all'ampliamento degli impulsi ottici nella fibra e, a velocità di trasferimento delle informazioni di 10 Gb/s (standard OS-192), il suo effetto sulla limitazione della velocità di trasmissione è già 16 volte maggiore rispetto a 2,5 Gb/s (OS-standard 48). In linea di principio sono stati sviluppati metodi che consentono di compensare la dispersione cromatica nelle fibre ottiche già posate, ma portano inevitabilmente ad un aumento delle perdite nel sistema, alla sua significativa complicazione e all'aumento dei costi. Per una fibra monomodale standard (tipo G.652), la distanza massima alla quale le informazioni possono essere trasmesse a una velocità di 10 Gbps utilizzando sorgenti di radiazione standard e senza l'uso di misure speciali per la compensazione della dispersione e la correzione del segnale è limitata a 50 -75 km.
Nelle prime fasi dello sviluppo di FOCL gigabit, al fine di sopprimere la dispersione, è stato proposto di utilizzare laser a semiconduttore a banda stretta con una lunghezza d'onda di radiazione vicina (ma non uguale) alla lunghezza d'onda alla quale si verifica una dispersione zero nella fibra come radiazione fonti. Ciò dovrebbe anche consentire di evitare la miscelazione a quattro onde nella fibra, che porta alla diafonia nel FOCL. Tuttavia, si è scoperto che con la modulazione diretta dei laser da parte della corrente di alimentazione, oltre alla modulazione di ampiezza, si verifica anche la modulazione di frequenza, ovvero la lunghezza d'onda della radiazione laser cambia. Questo fenomeno, noto come “chirping”, porta ad una diffusione sufficientemente forte degli impulsi generati nella composizione spettrale della radiazione ottica e, di conseguenza, alla manifestazione di effetti indesiderati come il mescolamento a quattro onde e la dispersione cromatica sopra menzionati.
Ma anche se è possibile in qualche modo compensare la dispersione cromatica della fibra a velocità di trasmissione di c 10 Gbit/s o più, inizia a comparire la dispersione della modalità di polarizzazione (PMD), che porta anche a una limitazione della velocità di trasferimento delle informazioni in la linea. La PMD è una conseguenza della differenza nelle velocità di propagazione dei due principali modi polarizzati ortogonalmente che si propagano in una fibra monomodale, che, a sua volta, può essere causata da una serie di fattori che influenzano la quantità di birifrangenza della fibra e l'interazione ( o miscelazione) di modalità.
Inoltre, lo sviluppo di sistemi TDM che forniscano un ulteriore (oltre 10 Gbit/s) aumento della velocità di trasferimento delle informazioni richiede anche lo sviluppo e l'applicazione di nuovi sistemi ultraveloci sistemi elettronici modulazione, commutazione e ricezione della radiazione laser in FOCL. Problemi simili sorgono inevitabilmente quando si creano sistemi di correzione degli errori in linee in fibra ottica con tali velocità.
Possiamo quindi affermare che le tecnologie TDM, anche con notevoli miglioramenti, possono essere praticamente utilizzate in FOCL con velocità di trasferimento di informazioni di decine di Gbps, mentre resta aperta anche la questione della fattibilità economica di tali soluzioni. Per creare più FOCL a banda larga, era necessario posare nuove linee in fibra ottica o cercare nuove soluzioni che consentissero di multiplexare i singoli canali TDM e di trasmetterli contemporaneamente su una fibra.
Multiplexing spettrale
Tale soluzione è stata lo sviluppo della tecnologia del multiplexing spettrale (DWDM), che consente di aumentare la velocità di trasferimento dei dati nelle linee in fibra ottica grazie alla trasmissione simultanea di più canali TDM a diverse lunghezze d'onda sulla fibra.
Lo schema ottico per la costruzione di FOCL utilizzando le tecnologie DWDM è mostrato in fig. 2. Lo schema prevede una serie di trasmettitori ottici che emettono a lunghezze d'onda l n a un'estremità della linea e una serie di fotorivelatori corrispondenti all'altra. A ciascuna di queste lunghezze d'onda l n, uno dei segnali TDM del sistema può essere trasmesso in modo indipendente, assicurando così che tutti i canali TDM siano trasmessi simultaneamente. Gli elementi necessari di tale FOCL sono amplificatori in fibra ottica, multiplexer, demultiplexer, unità di ingresso-uscita di canali ottici (o multiplexer con dispositivi di ingresso-uscita), interruttori e, naturalmente, cavi in fibra ottica. Ciascuno di questi elementi è essenziale per il corretto funzionamento del sistema nel suo insieme e le caratteristiche di ciascuno devono essere accuratamente definite e specificate.
un- Multiplexer con dispositivo di input-output
b- Amplificatori ottici
c- Interruttori ottici
Riso. 2.
I criteri per la selezione dei componenti per i sistemi DWDM sono determinati da una serie di requisiti piuttosto severi, il principale dei quali è il requisito che tutti i canali devono avere la stessa larghezza di banda lungo l'intero percorso ottico di trasmissione ed elaborazione del segnale.
Ciò significa che sorgenti ottiche, multiplexer, demultiplexer, amplificatori ottici e la fibra stessa devono avere caratteristiche che ne garantiscano pienamente l'implementazione impostare i parametri creato rete locale. Ecco perchè caratteristiche ottiche i componenti passivi e attivi della LAN come la perdita di inserimento e ritorno, la dispersione, gli effetti di polarizzazione, ecc. devono essere attentamente misurati e controllati in base alla lunghezza d'onda all'interno della larghezza di banda spettrale di un sistema DWDM. Di norma, i sistemi DWDM contengono dispositivi ed elementi molto più complessi rispetto ai sistemi che operano a una singola lunghezza d'onda, e quindi è molto più difficile controllarne i parametri. Tali dispositivi ed elementi includono multiplexer e demultiplexer, filtri a banda stretta ottenuti con la tecnologia a film sottile, splitter biconici in lega, dispositivi input-output basati su reticoli di guida d'onda, filtri di Bragg bulk e filtri di Bragg basati su reticoli di diffrazione.
Oltre a ciò, gli amplificatori in fibra ottica devono essere impostati con precisione e considerati per la qualità e l'integrità dello spettro dei segnali ottici e, infine, devono essere presi in considerazione e ridotti al minimo gli effetti dell'interazione dei canali spettrali tra loro al fine di ridurre al minimo il crosstalk che può portare alla distorsione delle informazioni in vari elementi della rete.
Pertanto, anche a prima vista, è chiaro che i sistemi di comunicazione che utilizzano le tecnologie DWDM sono più complessi e costosi rispetto ai FOCL a canale singolo esistenti. Tuttavia, se prendiamo in considerazione che una parte significativa del costo di costruzione di nuovi FOCL e reti di comunicazione è il costo di un cavo ottico e della sua installazione, un'analisi comparativa mostra che l'uso della tecnologia DWDM può ridurre significativamente i costi per 1 bit di informazioni, ovvero la rete diventa più economica. Inoltre, c'è un'opportunità per un marketing più flessibile attraverso i canali informativi: sarà possibile acquistare o noleggiare non solo un cavo o una fibra, ma anche una lunghezza d'onda separata. Pertanto, le tecnologie DWDM sono in grado di fornire la possibilità di espansione multipla della banda di frequenza trasmessa nella rete senza la sua importante ricostruzione e posa di un nuovo cavo. Allo stato attuale, i sistemi DWDM con 64 canali spettrali sono già stati praticamente implementati e sono operativi nel mondo, i sistemi con 128 canali spettrali sono in fase di sviluppo. Nel 2001, i primi sistemi DWDM sono già apparsi in Russia.
E connessioni, multiplexing(eng. multiplexing, muxing) - compattazione del canale, ovvero il trasferimento di più flussi (canali) di dati a una velocità inferiore ( portata) su un canale.
A telecomunicazioni il multiplexing implica la trasmissione di dati su diversi canali di comunicazione logici in un canale fisico. Un canale fisico significa un canale reale con una propria larghezza di banda: un cavo di rame o ottico, un canale radio.
A tecnologie dell'informazione il multiplexing implica la combinazione di più flussi di dati (canali virtuali) in uno. Un esempio potrebbe essere un file video in cui un flusso (canale) di video è combinato con uno o più canali audio.
Viene chiamato il dispositivo o il programma che esegue il multiplexing multiplexer.
Principi multiplexing
Multiplexing a divisione di frequenza (FDM)
Tecnologia
Poiché il canale in uscita può essere occupato, agli ingressi vengono forniti dei buffer per memorizzare i pacchetti. Di conseguenza, alcuni pacchetti possono essere consegnati a destinazione con ritardi variabili.
Principali applicazioni
- reti a commutazione di pacchetto, comprese le reti a commutazione rapida.
Guarda anche
Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM)
Tecnologia
Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda(inglese WDM, Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda) comporta la trasmissione di canali a diverse lunghezze d'onda su una fibra ottica. La tecnologia si basa sul fatto che onde di diversa lunghezza si propagano indipendentemente l'una dall'altra. Esistono tre tipi principali di WDM: WDM, CWDM e DWDM.
Principali applicazioni
- reti dati urbane
- reti di trasmissione dati backbone
Applicazione del multiplexing da parte dei moderni provider di banda larga
Il multiplexing (vedi Overbooking) da parte dei moderni provider di banda larga è dovuto alle caratteristiche economiche e tecnologiche delle reti di trasmissione dati.
Le caratteristiche economiche della trasmissione dei dati sono le seguenti. Quando introduce una larghezza di banda di 100 Mbps in un punto di connessione, il provider è in grado di connettere circa 100 client con una velocità dichiarata di 100 Mbps, senza perdere il senso visibile della velocità di Internet. Diamo un'occhiata più da vicino: diciamo che il costo di 100 Mbps è di 100.000 rubli. Non tutte le aziende o gli individui sono in grado di pagare per l'accesso permanente a un tale prezzo. Se il fornitore fissa un prezzo di 2.000 rubli. per l'accesso a tale banda e vendere questo accesso a 50-100 utenti, riceverà un profitto e gli utenti riceveranno un servizio conveniente.
Per quanto riguarda la velocità di accesso per gli utenti. Diciamo che 10 utenti su 100 scaricano contemporaneamente contenuti "pesanti" dalla rete. Ogni provider ha un sistema di distribuzione del carico, ovvero l'utente non sarà in grado di ottenere l'intero canale di 100 Mbps. Il sistema limiterà il tuo canale secondo una determinata formula, ma anche con una velocità di download di 10 Mbps, il download di un file da 30 MB non richiederà più di 30 secondi. Inoltre, il tuo carico sul canale sarà ridotto alla visualizzazione delle pagine e all'utilizzo della posta. Se ridimensioniamo la situazione e assumiamo che il fornitore di tali canali di comunicazione e, di conseguenza, il numero di utenti sia centinaia e migliaia di volte in più, si può immaginare che in ogni determinato periodo di tempo ogni utente non sia fisicamente in grado di richiedere così tanto informazioni per caricare il canale. Pertanto, la velocità potrebbe diminuire leggermente durante le "ore di punta" e rimanere al livello dichiarato nel resto del tempo.
Appunti
Guarda anche
Letteratura
- D. Davis, D. Barber, W. Price, S. Solomonides. Reti informatiche e protocolli di rete= Reti di computer e loro protocolli / Per. dall'inglese. ed. d.t.s., prof. S. I. Samoylenko. - M.: "Mir", 1982. - 562 p. - 10.000 copie
