Aby określić, do którego interfejsu mają być wysyłane przychodzące dane, przełącznik musi określić, do którego strumienia należy. Ten problem powinien zostać rozwiązany niezależnie od tego, czy istnieje tylko jeden „czysty” strumień, czy „mieszany” strumień wynikający z agregacji kilku strumieni na wejściu przełącznika. W tym drugim przypadku zadanie jest dodawane do problemu rozpoznawania wątków demultipleksowanie,to znaczy podzielenie całego zagregowanego strumienia na kilka strumieni składowych.
Z reguły operacji przełączania towarzyszy również operacja odwrotna - multipleksowanie.Podczas multipleksowania kilku oddzielnych strumieni tworzony jest wspólny zagregowany strumień, który może być przesyłany jednym fizycznym kanałem komunikacyjnym.
Operacje multipleksowania / demultipleksowania są tak samo ważne w każdej sieci jak operacje przełączania, ponieważ bez nich należałoby zapewnić osobny kanał dla każdego strumienia, co doprowadziłoby do dużej liczby równoległych połączeń w sieci i zniweczyło wszystkie korzyści niecałkowicie połączona sieć.
Na rys. 5.5 przedstawia fragment sieci składający się z trzech przełączników. Przełącznik 1 ma pięć interfejsów sieciowych. Zastanów się, co dzieje się na interfejsie Int. 1. Dane z trzech interfejsów - Int. 3, Int. 4 i Int. 5. Wszystkie z nich muszą zostać przesłane do wspólnego kanału fizycznego, to znaczy w celu wykonania operacji multipleksowania. Multipleksowanie to metoda podziału jednego dostępnego kanału fizycznego na kilka jednoczesnych sesji komunikacyjnych między abonentami sieci.
Rysunek 5.5. Operacje multipleksowania i demultipleksowania strumieni podczas przełączania
Jednym z głównych sposobów multipleksowania strumieni jest dzielenie czasu.Dzięki tej metodzie każdy strumień od czasu do czasu (o ustalonym lub losowym okresie) otrzymuje kanał fizyczny do pełnej dyspozycji i przesyła przez niego swoje dane. Również dystrybuowane podział częstotliwościkanał, gdy każdy strumień przesyła dane w przydzielonym mu zakresie częstotliwości.
Technologia multipleksowania powinna pozwolić odbiorcy takiego całkowitego strumienia na wykonanie operacji odwrotnej - dzielenie (demultipleksowanie) danych na dodatkowe strumienie. Na Int. 3, przełącznik demultipleksuje strumień na trzy składowe podstrumienie. Przesyła jeden z nich do interfejsu Int. 1, druga na Int. 2, a trzeci na Int. 5. Ale na interfejsie Int. 2 nie ma potrzeby wykonywania multipleksowania ani demultipleksowania - ten interfejs jest przeznaczony do jednego strumienia do wyłącznego użytku. Ogólnie rzecz biorąc, funkcje multipleksowania i demultipleksowania mogą być wykonywane jednocześnie na każdym interfejsie.
Rysunek 5.6. Multiplekser i demultiplekser
5.5. Udostępnione media
Kolejnym parametrem współdzielonego kanału komunikacyjnego jest liczba podłączonych do niego węzłów.W powyższych przykładach do każdego kanału komunikacyjnego podłączono tylko dwa oddziałujące ze sobą węzły, a dokładniej dwa interfejsy (rys. 5.7, ii b). Wsieci telekomunikacyjne, inny rodzaj połączenia stosuje się, gdy kilka interfejsów jest podłączonych do jednego kanału (rys. 5.7, w). To wielokrotne połączenie interfejsów prowadzi do wcześniej omówionej topologii „szyny współdzielonej”, czasami nazywanej również łańcuchem łańcuchowym. We wszystkich tych przypadkach występuje problem z organizacją współdzielenia kanału przez kilka interfejsów. Istnieją różne możliwości podziału kanałów komunikacyjnych między interfejsami. Na rys. 5,7, iprzełączniki K1 i K2 są połączone dwoma jednokierunkowymi kanałami fizycznymi, czyli takimi, przez które informacje mogą być przesyłane tylko w jednym kierunku. W takim przypadku interfejs nadawczy jest aktywny i środowisko fizyczne transmisja jest pod jego kontrolą. Interfejs pasywny akceptuje tylko dane. Brakuje tutaj problemu podziału kanałów między interfejsami.(Należy jednak pamiętać, że zadanie multipleksowania strumieni danych w kanale zostaje zachowane). W praktyce dwa kanały jednokierunkowe, które generalnie realizują komunikację w trybie pełnego dupleksu między dwoma urządzeniami, są zwykle uważane za jeden kanał w pełnym dupleksie, a para interfejsów jednego urządzenia jako części nadawcze i odbiorcze ten sam interfejs. Na rys. 5,7, bprzełączniki K1 i K2 są połączone kanałem, który może przesyłać dane w obu kierunkach, ale tylko naprzemiennie. W którym istnieje potrzeba mechanizmu synchronizacji dostępułączy K1 i K2 z takim kanałem. Uogólnieniem tej opcji jest przypadek pokazany na rys. 5,7, w, gdy kilka (więcej niż dwa) interfejsy jest podłączonych do kanału komunikacyjnego, tworząc wspólną magistralę.
Nazywany jest kanał fizyczny współdzielony przez wiele interfejsów udostępniony(udostępnione). Termin jest również często używany współdzielony nośnik danych.Współdzielone kanały komunikacyjne są wymagane nie tylko w przypadku łączy typu przełącznik-przełącznik, ale także łączy komputer-przełącznik i komputer-komputer.
Rysunek 5.7 Udostępnianie kanału komunikacyjnego
Istnieje wiele sposobów rozwiązania problemu organizacji wspólnego dostępu do wspólnych linii komunikacyjnych. Niektóre z nich sugerują scentralizowane podejście, gdy dostęp jest kontrolowany przez specjalne urządzenie - arbiter,inne są zdecentralizowane. We wnętrzu komputera pojawiają się również problemy z rozdzielaniem linii komunikacyjnych pomiędzy różne moduły - przykładem jest dostęp do magistrali systemowej, która jest kontrolowana albo przez procesor, albo przez specjalnego arbitra magistrali. W sieciach organizacja współdzielonego dostępu do linii komunikacyjnych ma swoją specyfikę ze względu na znacznie dłuższy czas propagacji sygnałów przez linie komunikacyjne, dlatego procedury negocjowania dostępu do linii komunikacyjnej mogą trwać zbyt długo i prowadzić do znacznych strat w wydajności sieci. Z tego powodu środowiska współdzielone między interfejsami praktycznie nie są używane w sieciach rozległych.
Jednak w sieciach lokalnych często wykorzystuje się współdzielone środowiska ze względu na prostotę i opłacalność ich implementacji. W szczególności podejście to jest stosowane w dominującej dziś technologii Ethernet w sieciach lokalnych, a także w popularnych w przeszłości technologiach Token Ring i FDDL.
Jednak w ostatnie lata zaczął dominować inny trend - odrzucanie współdzielonych mediów transmisji danych w sieciach lokalnych. Wynika to z faktu, że koszt sieci osiągnięty w ten sposób musi zapłacić wydajnością.
UWAGA
Sieć ze współdzielonym medium z dużą liczbą węzłów zawsze będzie działać wolniej niż podobna sieć z indywidualnymi łączami typu punkt-punkt, ponieważ przepustowość łącza komunikacyjnego, gdy jest współdzielona, \u200b\u200bjest współdzielona przez kilka komputerów w sieci.
Niemniej jednak, nie tylko w klasycznych, ale także w niektórych zupełnie nowych technologiach opracowanych dla sieci lokalnych, tryb współdzielonych linii komunikacyjnych pozostaje. Przykładowo, twórcy technologii Gigabit Ethernet, która została przyjęta w 1998 roku jako nowy standard, włączyli tryb współdzielenia mediów do swoich specyfikacji wraz z trybem pracy na poszczególnych łączach.
Multipleksowanie z podziałem czasu
Zasada działania multipleksera jest prosta: sygnały przychodzące kilkoma przychodzącymi liniami o małej prędkości są przesyłane w zakresie częstotliwości lub przedziale czasowym przydzielonym dla każdej z nich szybką linią wychodzącą. Na przeciwległym końcu szybkiej linii sygnały te są izolowane lub demultipleksowane.
Zgodnie z metodą multipleksowania, technologie multipleksowania można podzielić na dwie główne kategorie: multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM) i multipleksowanie z podziałem czasu (TDM). W multipleksowaniu częstotliwości widmo częstotliwości jest podzielone na kanały logiczne, a każdy użytkownik otrzymuje ten kanał do swojej dyspozycji podczas rozmowy. W przypadku multipleksowania czasu użytkownicy otrzymują okresowo całe pasmo, ale tylko na krótki okres czasu.
TYMCZASOWE MULTIPLEKSOWANIE
W przypadku multipleksowania z podziałem czasu każde urządzenie lub kanał przychodzący ma do swojej dyspozycji całą szerokość pasma linii, ale tylko przez ściśle określony czas co 125 μs (patrz rysunek 2). Ostatnia wartość odpowiada cyklowi próbkowania, ponieważ przy PCM co 1/8000 sekundy konieczne jest zmierzenie amplitudy sygnału analogowego. Czas transmisji ośmiobitowej chwilowej amplitudy nazywany jest szczeliną czasową i jest równy czasowi transmisji ośmiu impulsów (po jednym na każdy bit). Sekwencja odcinków czasu następujących po powyższym przedziale tworzy kanał czasowy. Zbiór kanałów w jednym cyklu próbkowania tworzy ramkę.
W multipleksowaniu z podziałem czasu cała przepustowość linii wychodzącej jest zapewniona przez ustalony czas na linii przychodzącej o mniejszej przepustowości.
W Europie, podobnie jak w pozostałej części świata, z wyjątkiem USA i Japonii, standardowym systemem jest PCM-32/30 (lub E-1) z 32 kanałami czasowymi 64 kb / s, w których 30 kanałów jest wykorzystywanych jako kanały informacyjne do transmisji głosu , danych itp., a dwa - jako kanały serwisowe, z jednym z kanałów serwisowych do sygnalizacji (sygnalizacja handshaking), a drugim do synchronizacji. Jak można łatwo obliczyć, całkowita przepustowość systemu wynosi 2,048 Mb / s.
System E-1 tworzy tzw. Grupę pierwotną. Drugorzędną grupę E-2 tworzą 4 kanały E-1 o łącznej przepustowości 8,448 Mb / s, trzeciorzędny system E-3 - cztery kanały E-2 (lub szesnaście kanałów E-1) o łącznej przepustowości 34,368 Mb / s, a poczwórną grupę - cztery kanały E-3 o łącznej przepustowości 139,264 Mb / s. Systemy te tworzą europejską plezjochroniczną hierarchię cyfrową.
Zasada multipleksowania kanałów szeregowych jest przedstawiona na rysunku 3. Cztery kanały E-1 są multipleksowane w jeden kanał E-2, a na tym i na kolejnych poziomach multipleksowanie jest wykonywane bit po bicie, a nie bajcie, jak to miało miejsce w przypadku multipleksowania 30 kanałów głosowych w jeden kanał E. -1. Całkowita przepustowość czterech łączy E-1 wynosi 8,192 Mb / s, podczas gdy łączna przepustowość E-2 to w rzeczywistości 8,448 Mb / s. Nadmiarowe bity są używane do odtwarzania ramek i czasu. Następnie cztery kanały E-2 są multipleksowane w jeden kanał E-3 i tak dalej.
rys.3
Gdy małe dopływy łączą się w jedną dużą rzekę, linie o małej prędkości są łączone w szybkie, wykorzystując hierarchię multiplekserów.
Przyjęty w Ameryce Północnej i Japonii standard definiuje kanał T-1 (format ramki DS1). Kanał T-1 składa się z 24 multipleksowanych kanałów głosowych i pierwotnie zakładano, że amplituda sygnału analogowego będzie wyrażona jako 7-bitowa liczba binarna, a jeden bit będzie używany do celów sterowania (sygnalizacji). Dodatkowo, oprócz 192 bitów, każda ramka ma jeszcze jeden bit do synchronizacji. Zatem łączna przepustowość łącza T-1 wynosi 1,544 Mb / s. Ostatecznie jednak wszystkie 8 bitów zostało przydzielonych na dane i sygnalizacja zaczęła się odbywać na jeden z następujących dwóch sposobów. W sygnalizacji w kanale wspólnym 193 bit w każdej nieparzystej ramce służy do celów synchronizacji, a w każdej parzystej ramce do sygnalizacji. Istotą innej metody jest to, że każdy kanał ma swój własny podkanał do przesyłania informacji sygnalizacyjnych (jeden bit w każdej szóstej ramce).
Na poprzednich lekcjach przyjrzeliśmy się takiemu typowemu sieć komputerowa sprzęt, taki jak mosty, przełączniki i routery. Jednak ze względu na coraz ściślejszą integrację sieci komputerowych i telefonicznych (w ogóle sieci komunikacyjnych) dla administratorów, a nawet użytkowników, znajomość ogólnych zasad działania sieci telefonicznych staje się coraz bardziej obowiązkowa, zwłaszcza jeśli działają one w sieciach globalnych. Dlatego w tej lekcji zdecydowaliśmy się rozważyć taką technologię (a dokładniej technologie) jako multipleksowanie.
Koszt ułożenia i eksploatacji wolnej linii miejskiej między dwiema centralami PBX jest prawie taki sam, jak w przypadku linii szybkiej, ponieważ główne koszty nie spadają na zakup kabla miedzianego lub optycznego, ale, ogólnie rzecz biorąc, na wykopanie rowu pod ułożenie kabla. W celu przesyłania wielu rozmów telefonicznych jedną linią fizyczną firmy telekomunikacyjne opracowały technologie multipleksowania lub multipleksowania.
MULTIPLEKSOWANIE W DWÓCH SŁOWACH
Zasada działania multipleksera jest prosta: sygnały przychodzące kilkoma przychodzącymi liniami o małej prędkości są przesyłane w zakresie częstotliwości lub przedziale czasowym przydzielonym dla każdej z nich szybką linią wychodzącą. Na przeciwległym końcu szybkiej linii sygnały te są izolowane lub demultipleksowane.
Zgodnie z metodą multipleksowania, technologie multipleksowania można podzielić na dwie główne kategorie: multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM) i multipleksowanie z podziałem czasu (TDM). W multipleksowaniu częstotliwości widmo częstotliwości jest podzielone na kanały logiczne, a każdy użytkownik otrzymuje ten kanał do swojej dyspozycji podczas rozmowy. W przypadku multipleksowania czasu użytkownicy otrzymują okresowo całe pasmo, ale tylko na krótki okres czasu.
MULTIPLEKSOWANIE CZĘSTOTLIWOŚCI
Jak wiadomo, ludzka mowa może być odpowiednio transmitowana z częstotliwościami w zakresie od 300 do 3400 Hz, czyli wymagany interwał częstotliwości to 3100 Hz. Jednak podczas multipleksowania kilku kanałów głosowych każdemu z nich przydzielany jest zakres 4000 Hz, aby się nie nakładały. Częstotliwość każdego kanału jest zwiększana o własną wielokrotność 4 kHz, a następnie kanały są łączone. W rezultacie kanały są rozłożone w całym spektrum częstotliwości danej linii. Kanały są oddzielone od siebie tak zwanymi odstępami ochronnymi (patrz rysunek 1).
Obrazek 1.
W multipleksowaniu częstotliwości cały zakres częstotliwości jest podzielony na kilka kanałów. Aby kanały nie zachodziły na siebie, są oddzielone od siebie odstępami ochronnymi.
Schematy multipleksowania FDM są dość znormalizowane. Najpowszechniej stosowanym standardem jest to, że dwanaście kanałów głosowych o szerokości 4000 Hz jest multipleksowanych w zakresie częstotliwości od 60 do 108 kHz. Taki blok nazywamy grupą. Zakres od 12 do 60 kHz jest czasami używany dla innego pasma.
Rodzaj zastosowanej w obudowie technologii multipleksowania częstotliwości linie optyczne komunikacja, to multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM). Fizycznie multipleksowanie odbywa się w następujący sposób: kilka włókien jest doprowadzanych do pryzmatu (lub częściej siatki dyfrakcyjnej), wiązki światła przechodzą przez pryzmat i wpadają do wspólnego włókna. Na przeciwległym końcu belki są oddzielane za pomocą innego pryzmatu. Jeśli każda dostarczana wiązka jest ograniczona do własnego zakresu częstotliwości, nie będą się one pokrywać. Systemy optyczne są całkowicie pasywne, a przez to bardziej niezawodne.
MODULACJA KODU IMPULSOWEGO
Współczesny świat staje się coraz bardziej skomputeryzowany, a co za tym idzie, cyfrowy; oczywiście ten trend nie oszczędził również sieci telefonicznych. Systemy cyfrowe stają się coraz bardziej rozpowszechnione, w wyniku czego multipleksowanie częstotliwości ustępuje miejsca multipleksowaniu czasu. Jednak zanim mowa ludzka, która ma charakter analogowy, będzie mogła być transmitowana przez sieć cyfrową, musi zostać przekonwertowana na postać dyskretną. Osiąga się to za pomocą modulacji impulsowej. Dlatego w nowoczesnym cyfrowym sieci telefoniczne Multipleksowanie z podziałem czasu komunikacji jest ściśle związane z modulacją kodu impulsowego.
Zgodnie z twierdzeniem Kotelnikowa częstotliwość próbkowania musi być dwukrotnie większa od maksymalnej częstotliwości widma sygnału analogowego, aby zapewnić jego poprawne odtworzenie, dlatego w przypadku mowy ludzkiej pomiary amplitudy muszą być wykonywane 8000 razy na sekundę. Wartość amplitudy jest aproksymowana 8-bitową liczbą binarną, więc szybkość transmisji musi wynosić 64 kb / s. W rezultacie w sieciach cyfrowych kanał informacyjny 64 kbit / s jest podstawowym kanałem do obliczania szybkości wszystkich bardziej pojemnych kanałów komunikacyjnych.
TYMCZASOWE MULTIPLEKSOWANIE
W przypadku multipleksowania z podziałem czasu każde urządzenie lub kanał przychodzący ma do swojej dyspozycji całą szerokość pasma linii, ale tylko przez ściśle określony czas co 125 μs (patrz rysunek 2). Ostatnia wartość odpowiada cyklowi próbkowania, ponieważ przy PCM co 1/8000 sekundy konieczne jest zmierzenie amplitudy sygnału analogowego. Czas transmisji ośmiobitowej chwilowej amplitudy nazywany jest szczeliną czasową i jest równy czasowi transmisji ośmiu impulsów (po jednym na każdy bit). Sekwencja odcinków czasu następujących po powyższym przedziale tworzy kanał czasowy. Zbiór kanałów w jednym cyklu próbkowania tworzy ramkę.
Rysunek 2.
W multipleksowaniu z podziałem czasu cała przepustowość linii wychodzącej jest zapewniona przez ustalony czas na linii przychodzącej o mniejszej przepustowości.
W Europie, podobnie jak w pozostałej części świata, z wyjątkiem USA i Japonii, standardowym systemem jest PCM-32/30 (lub E-1) z 32 kanałami czasowymi 64 kb / s, w których 30 kanałów jest wykorzystywanych jako kanały informacyjne do transmisji głosu , danych itp., a dwa - jako kanały serwisowe, z jednym z kanałów serwisowych do sygnalizacji (sygnalizacja handshaking), a drugim do synchronizacji. Jak można łatwo obliczyć, całkowita przepustowość systemu wynosi 2,048 Mb / s.
System E-1 tworzy tzw. Grupę pierwotną. Drugorzędną grupę E-2 tworzą 4 kanały E-1 o łącznej przepustowości 8,448 Mb / s, trzeciorzędny system E-3 - cztery kanały E-2 (lub szesnaście kanałów E-1) o łącznej przepustowości 34,368 Mb / s, a poczwórną grupę - cztery kanały E-3 o łącznej przepustowości 139,264 Mb / s. Systemy te tworzą europejską plezjochroniczną hierarchię cyfrową.
Zasada multipleksowania kanałów szeregowych jest przedstawiona na rysunku 3. Cztery kanały E-1 są multipleksowane w jeden kanał E-2, a na tym i na kolejnych poziomach multipleksowanie jest wykonywane bit po bicie, a nie bajcie, jak to miało miejsce w przypadku multipleksowania 30 kanałów głosowych w jeden kanał E. -1. Całkowita przepustowość czterech łączy E-1 wynosi 8,192 Mb / s, podczas gdy łączna przepustowość E-2 to w rzeczywistości 8,448 Mb / s. Nadmiarowe bity są używane do odtwarzania ramek i czasu. Następnie cztery kanały E-2 są multipleksowane w jeden kanał E-3 i tak dalej.
Rycina 3.
Gdy małe dopływy łączą się w jedną dużą rzekę, linie o małej prędkości są łączone w szybkie, wykorzystując hierarchię multiplekserów.
Przyjęty w Ameryce Północnej i Japonii standard definiuje kanał T-1 (format ramki DS1). Kanał T-1 składa się z 24 multipleksowanych kanałów głosowych i pierwotnie zakładano, że amplituda sygnału analogowego będzie wyrażona jako 7-bitowa liczba binarna, a jeden bit będzie używany do celów sterowania (sygnalizacji). Dodatkowo, oprócz 192 bitów, każda ramka ma jeszcze jeden bit do synchronizacji. Zatem łączna przepustowość łącza T-1 wynosi 1,544 Mb / s. Ostatecznie jednak wszystkie 8 bitów zostało przydzielonych na dane i sygnalizacja zaczęła się odbywać na jeden z następujących dwóch sposobów. W sygnalizacji w kanale wspólnym 193 bit w każdej nieparzystej ramce służy do celów synchronizacji, a w każdej parzystej ramce do sygnalizacji. Istotą innej metody jest to, że każdy kanał ma swój własny podkanał do przesyłania informacji sygnalizacyjnych (jeden bit w każdej szóstej ramce).
SYNCHRONICZNA HIERARCHIA CYFROWA
Potrzeba przyjęcia jednego standardu dla systemów komunikacyjnych w Europie i Ameryce, a także potrzeba zwiększenia maksymalnej szybkości transmisji oraz wbudowane narzędzia do zarządzania siecią komunikacyjną doprowadziły do \u200b\u200bpowstania synchronicznej hierarchii cyfrowej SDH (niestety północnoamerykańska wersja tego standardu, zwana SONET, różni się nieco od europejskiej, chociaż różnice te nie są tak istotne, jak w przypadku np. hierarchii kanałów T-1, T-2 ... i E-1, E-2 ...).
W SDH, Synchronous Transport Module (STM-1) stanowi najniższy poziom hierarchii. Odpowiada to synchronicznemu sygnałowi transportowemu SONET o szybkości 155,52 Mb / s, STS-3c. Cztery moduły STM-1 są multipleksowane do STM-4 (\u003d STS-12c) o przepustowości 622,08 Mbit / s, a cztery moduły STM-4 są multipleksowane do STM-12 (\u003d STS-48c) o przepustowości 2,488 Gbit / s. Hierarchia definiuje również wyższe poziomy.
Multipleksowanie odbywa się bajtowo, a nie bitowo, tj. Na przykład, gdy cztery strumienie danych STM-1 są łączone w STM-4, multiplekser najpierw wysyła jeden bajt z pierwszego strumienia, następnie jeden bajt z drugiego i tak dalej w kółko.
Jedną z najważniejszych różnic między hierarchią synchroniczną i plezjochroniczną jest możliwość wyboru żądanego kanału do poziomu E-1 bez demultipleksowania całego sygnału transportowego. Doprowadziło to do pojawienia się zasadniczo innego typu multiplekserów - multiplekserów z dodawaniem i alokacją poszczególnych kanałów (w terminologia angielska - multiplekser typu add-drop, aw rosyjskiej literaturze technicznej są one krótko nazywane multiplekserami wejścia / wyjścia).
Ponadto wiele multiplekserów zaczęło pełnić funkcje komutacji krzyżowej (jednak może być odwrotnie, ale jest to spór o kura i jajko). Multipleksery typu cross-connect umożliwiają koncentrację i separację strumieni (funkcje multipleksowania i demultipleksowania) podczas przełączania sygnałów cyfrowych z jednego kanału na drugi zgodnie z określonymi zasadami (funkcje przełączania).
MULTIPLEKSOWANIE ODWRÓCONE
W przypadku, gdy organizacja potrzebuje linii o określonej przepustowości, a oferowane przepustowości są albo za małe (na przykład E-1), albo za duże (powiedzmy E-3), wtedy przyda się urządzenie zwane multiplekserem odwrotnym. To urządzenie umożliwia rozdzielenie przychodzącego przepływu danych na kilka linii wychodzących o przepustowości mniejszej niż całkowita ilość odebranych danych w jednostce czasu (patrz rysunek 4). Na przykład klient może otrzymać kanał o przepustowości odpowiadającej dwóm E-1. Zaletą tego podejścia w stosunku do niezależnego połączenia dwóch linii E-1 jest na przykład to, że multiplekser odwrotny umożliwia dynamiczne dzielenie obciążenia między nimi.
Ryc.4.
Multipleksowanie odwrotne przypomina przepływ rzeki: omijając wyspy, rozpada się na kanały, które następnie ponownie się łączą.
WNIOSEK
W tej lekcji przyjrzeliśmy się głównym technologiom multipleksowania stosowanym w sieciach telefonicznych. Telefonia coraz bardziej splata się ze światem komputerów, w każdym razie coraz częściej korzystają one z tej samej sieci transportowej zarówno w sieciach globalnych, jak i lokalnych, nie wspominając o tym, że taka „gorąca” technologia ATM pojawiła się jako jedna opcji szerokopasmowych sieci cyfrowych z integracją usług. A tak przy okazji, ATM byłby bardziej poprawnie nazywany asynchronicznym multipleksowaniem z podziałem czasu. Poprzednik ATM, technologia Asynchronous Time Division (ATD), została opracowana w laboratoriach France Telecom jako odmiana TDM. Najważniejszą różnicą w stosunku do TDM było dynamiczne udostępnianie kanału, a nie przez cały czas trwania połączenia ( rozmowa telefoniczna); nagłówek został użyty do określenia, do którego połączenia należą dane. W rezultacie dostępna pojemność była wykorzystywana bardziej efektywnie. Teraz spadkobierca ATD twierdzi, że jest jedną technologią zarówno dla sieci globalnych, jak i lokalnych. Ale to już temat na inną rozmowę.
Dmitry Ganzha jest redaktorem naczelnym LAN. Możesz się z nim skontaktować pod adresem:
W światłowodowych systemach łączności i transmisji informacji stosuje się różne metody i technologie przesyłania i przetwarzania sygnałów, w tym technologie multipleksowania i demultipleksowania czasowego (TDM) i widmowego (DWDM). W artykule podsumowano zasady projektowania i podstawy tradycyjnych systemów transmisji informacji wykorzystujących technologie TDM, ich ewolucję, możliwości i ograniczenia, a także ogólne porównania z systemami wykorzystującymi technologie multipleksowania WDM.
Multipleksowanie z podziałem czasu
Wyjątkowe zdolności światłowodów do przesyłania sygnałów na duże odległości w bardzo szerokim paśmie częstotliwości z jednej strony, a rosnąca potrzeba zwiększania przepustowości kanałów komunikacyjnych z drugiej, spowodowały konieczność opracowania metod multipleksowania (zagęszczania) kanałów informacyjnych i tworzenia systemów multipleksowych.
Pierwszą metodą multipleksowania, która od razu zaczęła być stosowana w systemach światłowodowych i sieciach komunikacyjnych, była metoda zwielokrotniania czasu.
W przypadku multipleksowania czasu, każdemu kanałowi informacyjnemu systemu mającego wspólną nośną optyczną przypisany jest określony przedział czasu do transmisji informacji. Oznacza to, że w pierwszym przedziale czasu nośna optyczna jest modulowana sygnałem z jednego kanału informacyjnego, w drugim - z innego itd. W ten sposób informacje z każdego kanału są przesyłane kolejno za pomocą jednego źródła promieniowania. Każdy kanał ma własny przedział czasu lub okno czasowe. Czas trwania tego okna czasowego zależy od różnych czynników, z których głównymi są szybkość konwersji sygnałów elektrycznych na sygnały optyczne oraz szybkość transmisji informacji w linii komunikacyjnej. Urządzeniem, które ustawia kolejność i odstępy czasu przesyłania informacji na wejściu liniowym, jest multiplekser czasu. Na drugim końcu linii zainstalowany jest demultiplekser, który przetwarza sygnał optyczny na elektryczny, ustala numer kanału, czyli identyfikuje go i przesyła informację do odpowiedniego użytkownika. Zatem multipleksowanie i demultipleksowanie są przeprowadzane tylko elektronicznie przy użyciu elektrycznych sygnałów sterujących. Na rys. 1 przedstawia schemat transmisji sygnału przez światłowodowe linie komunikacyjne z multipleksowaniem z podziałem czasu.
Postać: 1.
Zastosowanie technologii TDM zapewniło obecnie powszechne uruchamianie jednokanałowych (na nośniku optycznym) światłowodowych linii transmisyjnych (jedno źródło - jedno włókno - jeden fotodetektor) o szybkości transmisji 10 Gbit / s. FOCL-y o takich szybkościach transmisji stopniowo zastępują łącza o prędkości 2,5 Gbit / s. Światłowodowe łącze komunikacyjne nowej generacji o przepustowości informacyjnej kanału 40 Gbit / s jest obecnie na etapie praktycznej realizacji, badane są możliwości tworzenia systemów TDM o szybkości transmisji 100 Gbit / s.
Naszym zdaniem prędkości 10 Gb / s stanowią punkt zwrotny w technologiach TDM. Poniżej tej prędkości charakterystyka większości istniejących ścieżek światłowodowych praktycznie nie wpływa na jakość transmisji informacji; powyżej szybkości transmisji 10 Gbit / s, te charakterystyki powinny być już sprawdzone i skorygowane dokładniej.
Przede wszystkim należy wziąć pod uwagę dyspersję chromatyczną światłowodu - zależność prędkości propagacji światła od długości fali promieniowania optycznego, wynikającą z kolei z odpowiedniej zależności współczynnika załamania światła w światłowodzie od długości fali.
Dyspersja prowadzi do poszerzenia impulsów optycznych w światłowodzie, a przy szybkościach transmisji danych 10 Gb / s (standard OS-192) jej wpływ na ograniczenie szybkości transmisji jest już 16 razy silniejszy niż przy prędkościach 2,5 Gb / s (standard OS-48). W zasadzie opracowano metody pozwalające na kompensację dyspersji chromatycznej w już ułożonych światłowodach, ale prowadzą one nieuchronnie do wzrostu strat w układzie, jego znacznej komplikacji i kosztów. W przypadku standardowego światłowodu jednomodowego (typ G.652) maksymalna odległość, na jaką można przesyłać informacje z szybkością 10 Gbit / s przy użyciu standardowych źródeł promieniowania i bez stosowania specjalnych środków kompensacji dyspersji i korekcji sygnału, jest ograniczona do 50–75 km.
Na pierwszych etapach tworzenia gigabitowych FOCL-ów w celu stłumienia dyspersji zaproponowano zastosowanie wąskopasmowych laserów półprzewodnikowych o długości fali promieniowania zbliżonej (ale nie równej) do długości fali, przy której w światłowodzie występuje zerowa dyspersja jako źródła promieniowania. Pozwoliłoby to również uniknąć mieszania czterofalowego we włóknie, prowadzącego do przesłuchów w FOCL. Okazało się jednak, że przy bezpośredniej modulacji laserów prądem zasilającym oprócz modulacji amplitudy zachodzi również modulacja częstotliwości, czyli zmienia się długość fali promieniowania laserowego. Zjawisko to, zwane „ćwierkaniem”, prowadzi do dość silnego rozprzestrzeniania się generowanych impulsów w składzie widmowym promieniowania optycznego, a tym samym do przejawiania się takich niepożądanych efektów, jak wspomniane powyżej czterofalowe mieszanie i dyspersja chromatyczna.
Ale nawet jeśli można w jakiś sposób skompensować dyspersję chromatyczną światłowodu przy prędkościach transmisji 10 Gbit / s lub więcej, zaczyna się pojawiać dyspersja polaryzacyjna (PMD), co również prowadzi do ograniczenia szybkości przesyłania informacji w linii. PMD jest konsekwencją różnicy w prędkościach propagacji dwóch głównych modów spolaryzowanych ortogonalnie propagujących w światłowodzie jednomodowym, co z kolei może być spowodowane wieloma czynnikami wpływającymi na dwójłomność światłowodu oraz interakcją (lub mieszaniem) modów.
Ponadto rozwój systemów TDM, które zapewniają dalszy (powyżej 10 Gbps) wzrost szybkości przesyłu informacji, wymaga również opracowania i zastosowania nowych ultraszybkich systemy elektroniczne modulacja, przełączanie i odbiór promieniowania laserowego w FOCL. Podobne problemy nieuchronnie pojawiają się przy tworzeniu systemów korygowania błędów w światłowodowych liniach komunikacyjnych o takich prędkościach.
Można więc powiedzieć, że technologie TDM, nawet przy znacznych usprawnieniach, mogą być praktycznie stosowane w światłowodowych liniach komunikacyjnych o prędkościach transmisji informacji rzędu kilkudziesięciu Gbit / s, przy czym otwarta pozostaje również kwestia ekonomicznej wykonalności takich rozwiązań. Aby stworzyć szersze FOCL-y, należało albo położyć nowe linie światłowodowe, albo poszukać nowych rozwiązań, które pozwoliłyby na multipleksowanie poszczególnych kanałów TDM i jednoczesną transmisję ich jednym światłowodem.
Multipleksowanie widmowe
Takim rozwiązaniem był rozwój technologii multipleksowania widmowego (DWDM), która pozwala zwiększyć prędkość przesyłu informacji w światłowodowych liniach komunikacyjnych dzięki jednoczesnej transmisji kilku kanałów TDM po światłowodzie na różnych długościach fal.
Schemat optyczny budowy łącza światłowodowego w technologii DWDM przedstawiono na rys. 2. Obwód posiada zestaw nadajników optycznych emitujących fale o długości ln na jednym końcu linii i zestaw odpowiednich fotodetektorów na drugim. Przy każdej z tych długości fal ln, jeden z sygnałów TDM systemu może być transmitowany niezależnie, umożliwiając w ten sposób jednoczesne przesyłanie wszystkich kanałów TDM. Niezbędnymi elementami takich FOCL są wzmacniacze światłowodowe, multipleksery, demultipleksery, optyczne jednostki wejścia-wyjścia (lub multipleksery z urządzeniami wejścia-wyjścia), przełączniki i oczywiście kable światłowodowe. Każdy z tych elementów jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania systemu jako całości, cechy każdego z nich muszą być dokładnie zdefiniowane i określone.
i - Multipleksery z urządzeniem I / O
b - Wzmacniacze optyczne
do - Przełączniki optyczne
Postać: 2.
Kryteria doboru komponentów do systemów DWDM są określane przez szereg dość surowych wymagań, z których głównym jest wymóg, aby wszystkie kanały miały równą szerokość pasma na całej optycznej ścieżce przesyłania i przetwarzania sygnału.
Oznacza to, że źródła optyczne, multipleksery, demultipleksery, wzmacniacze optyczne oraz samo włókno muszą mieć cechy, które w pełni zapewniają realizację określonych parametrów tworzonego lokalna sieć... Dlatego właściwości optyczne pasywnych i aktywnych elementów sieci lokalnej, takie jak tłumienie wtrąceniowe i powrotne, dyspersja, efekty polaryzacyjne itp., Muszą być dokładnie mierzone i kontrolowane w zależności od długości fali w paśmie widmowym systemu DWDM. Z reguły systemy DWDM zawierają znacznie bardziej złożone urządzenia i elementy niż systemy działające na tej samej długości fali, dlatego też znacznie trudniej jest kontrolować ich parametry. Do takich urządzeń i elementów należą multipleksery i demultipleksery, filtry wąskopasmowe otrzymane w technologii cienkowarstwowej, dwustożkowe rozdzielacze skondensowane, urządzenia wejścia-wyjścia oparte na falowodowych siatkach dyfrakcyjnych, filtry objętościowe Bragga i filtry Bragga oparte na siatkach dyfrakcyjnych.
Oprócz tego wzmacniacze światłowodowe muszą być dokładnie ustalone i uwzględnione pod względem jakości i integralności widma sygnałów optycznych, a na koniec należy uwzględnić i zminimalizować skutki wzajemnego oddziaływania kanałów widmowych w celu zminimalizowania przesłuchów, które mogą prowadzić do zniekształcenia informacji w różnych elementach sieci.
Dlatego już na pierwszy rzut oka widać, że systemy komunikacyjne wykorzystujące technologie DWDM są bardziej złożone i droższe w porównaniu z istniejącymi jednokanałowymi liniami światłowodowymi. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę, że znaczna część kosztu budowy nowych światłowodowych linii komunikacyjnych i sieci komunikacyjnych to koszt kabla optycznego i jego ułożenia, to analiza porównawcza pokazuje, że zastosowanie technologii DWDM może znacznie obniżyć koszty na 1 bit informacji, czyli sieć staje się taniej. Dodatkowo istnieje możliwość bardziej elastycznego marketingu kanałami informacyjnymi: będzie można kupić lub wynająć nie tylko kabel czy światłowód, ale także osobną długość fali. Dzięki temu technologie DWDM są w stanie zapewnić możliwość wielokrotnej rozbudowy przesyłanego pasma częstotliwości w sieci bez jego kapitałowej przebudowy i układania nowego kabla. Obecnie systemy DWDM z 64 kanałami widmowymi zostały już praktycznie wdrożone i działają na świecie, a systemy ze 128 kanałami widmowymi są na etapie realizacji. W 2001 roku pierwsze systemy DWDM pojawiły się już w Rosji.
I połączenia, multipleksowanie (Angielski multipleksowanie, muxing) - multipleksowanie kanałów, czyli transmisja kilku strumieni (kanałów) danych z mniejszą prędkością ( wydajność) na jednym kanale.
W telekomunikacja multipleksowanie oznacza transmisję danych przez kilka logicznych kanałów komunikacyjnych w jednym kanale fizycznym. Kanał fizyczny oznacza kanał rzeczywisty z własną szerokością pasma - kabel miedziany lub optyczny, kanał radiowy.
W technologia informacyjna multipleksowanie oznacza łączenie kilku strumieni danych (kanałów wirtualnych) w jeden. Przykładem może być plik wideo, w którym strumień wideo (kanał) jest połączony z co najmniej jednym kanałem audio.
Urządzenie lub program, który multipleksuje multiplekser.
Zasady multipleksowania
Multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM)
Technologia
Ponieważ kanał wychodzący może być zajęty, na wejściach znajdują się bufory do przechowywania pakietów. W rezultacie niektóre pakiety mogą być dostarczane do miejsca docelowego ze zmiennymi opóźnieniami.
Główne aplikacje
- sieci z przełączaniem pakietów, w tym sieci z szybką komutacją pakietów.
Zobacz też
Multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM)
Technologia
Multipleksowanie z podziałem długości fali (Angielski WDM, Multipleksowanie z podziałem długości fali) zakłada transmisję kanałów jednym światłowodem na różnych długościach fal. Technologia opiera się na fakcie, że fale o różnych długościach rozchodzą się niezależnie od siebie. Istnieją trzy główne typy multipleksowania z podziałem długości fali: WDM, CWDM i DWDM.
Główne aplikacje
- miejskie sieci danych
- szkieletowe sieci transmisji danych
Wykorzystanie multipleksowania przez nowoczesnych dostawców usług szerokopasmowych
Multipleksowanie (patrz Overbooking) przez nowoczesnych dostawców usług szerokopasmowych wynika z ekonomicznych i technologicznych właściwości sieci transmisji danych.
Ekonomiczne cechy transmisji danych są następujące. Wprowadzając przepustowość 100 Mbit / s w jednym punkcie połączenia, dostawca jest w stanie połączyć około 100 klientów z deklarowaną prędkością 100 Mbit / s, nie tracąc przy tym wrażenia z szybkości Internetu. Przyjrzyjmy się bliżej: powiedzmy, że koszt 100 Mb / s to 100 000 rubli. Nie każda firma lub osoba jest w stanie zapłacić za stały dostęp za taką cenę. Jeśli dostawca ustala cenę 2000 rubli. za dostęp do takiego pasma i sprzeda ten dostęp 50-100 użytkownikom, osiągnie zysk, a użytkownicy - przystępną usługę.
Jeśli chodzi o szybkość dostępu dla użytkowników. Powiedzmy, że 10 na 100 użytkowników jednocześnie pobiera „ciężkie” treści z sieci. Każdy dostawca ma system dystrybucji obciążenia, co oznacza, że \u200b\u200bużytkownik nie będzie mógł uzyskać całego kanału 100 Mb / s. System ograniczy Twój kanał zgodnie z określoną formułą, ale nawet przy prędkości pobierania wynoszącej 10 Mb / s pobranie pliku 30 Mb nie zajmie więcej niż 30 sekund. Co więcej, obciążenie kanału zostanie ograniczone do wyświetleń strony i korzystania z poczty. Jeśli wyskalujemy sytuację i założymy, że dostawca takich kanałów komunikacyjnych, a co za tym idzie, ma setki i tysiące razy więcej użytkowników, możemy sobie wyobrazić, że w danym przedziale czasowym każdy użytkownik fizycznie nie jest w stanie zażądać tak dużej ilości informacji, aby załadować kanał. W związku z tym prędkość może nieznacznie spaść w godzinach szczytu i pozostać na zadeklarowanym poziomie przez resztę czasu.
Uwagi
Zobacz też
Literatura
- D. Davis, D. Barber, W. Price, S. Solomonides. Sieci komputerowe i protokoły sieciowe \u003d Sieci komputerowe i ich protokoły / na. z angielskiego. wyd. Doktor nauk technicznych, prof. S. I. Samoilenko. - M .: "Mir", 1982. - 562 str. - 10.000 kopii
