Мультиплексирование в сетях передачи данных

В протяженных СПД емкости магистральных линий связи обычно значительно превышают емкости передач отдельных приложений. Это делается с целью одновременной передачи множества этих приложений. С целью повышения эффективности передающей среды и ее адаптации под множество разнородных приложений применяется передача одновременно сразу нескольких информационных сигналов в одном носителе – м ультиплексирование. Другими словами.:д ля использования высокоскоростных характеристик, предоставляемых широкополосными каналами широко применяют так называемое мультиплексорное подключение.

Общее назначение мультиплексора – согласование большого числа низкоскоростных каналов с с меньшим (как правило одним) числом высокоскоростных.

С1 Свых Сi-пропускная способность каналов.

М

С2

С3

Сn

Свх=SСi

1)Если Свх=Свых- то система называется мультиплексором.

2)Если Свх>Свых- то статический мультиплексор или концентратор.

3)Если Свх<Свых- то коммутатор.

Мультиплексирование с частотным уплотнением (FDM) при использовании каналов ГТС имеет хорошие характеристики по дальности связи, уступая временному уплотнению по скорости передачи данных.

Пример мультиплексора с частотным уплотнением – МЧУ.

При использовании данного МЧУ возможно использование полосы частот для передачи данных и речевых сообщений, а так же для передачи телеметрической информации.

Разновидностью FDM является применяемое волновое мультиплексирование WDM, применяемое и опто-волоконных системах. Преимущественно используется область спектра от l=1.3 нм (230 Тгц) до 1.6 нм (188 Тгц). Для плотного волнового мультиплексирования используется область спектра 1530-1560 нм.

WDM широко применяется при так называеемом инверсном мультиплексировании когда широкополосный сигнал при передаче размещается в нескольких каналах с меньшей полосой пропускания.

Пример использования инверсного WDM мультиплексирования в протяженной ОЛС.

Мультиплексный сигнал, представленный множесвом длин волн лучше противостоит влиянию дисперсии и вносимому шуму оптических усилстелей EDFA в протяженной свутоволоконной линии.

Для получения больших скоростей передачи данных используются мультиплексоры с временным уплотнением используется посимвольная или побитная синхронизация. Рассмотрим на примере мультиплексора сВУ, объединяющего четыре направления A,B,C,D как реализуется тот и другой способ синхронизации.

Выходная посылка с МВУ в высокоскоростном канале для МВУ.

А)с посимвольной (побайтной, объектной) синхронизацией.

Тайм слоты

Б)с побитной синхронизацией.

В)При асинхронном (статическом) временным разделением каналов.

При посимвольной синхронизации – возможно большее сжатие, т.к. стартовые стеновые сигналы могут исключаться, а при побитовой синхронизации это невозможно и кроме того при побитовой синхронизации может привести к потере адресной информации и к потере всей последовательности из-за передачи по неправильным адресам, коды побитовая синхронизация реализуется проще. Поместив простой МВУ в синхронный модем можно получить многовходовый (многоканальный) модем. На аналоговый ТЛФ Модем с МВУ (модем / мульдекс) до 19200 бит/сек. Аналоговый широкополосный канал МВУ с чередованием битов и байтов со статистическим уплотнением до 64 кбит/сек.

С контролем ошибок протокол HDLC.

Скорость передачи через внутренний общий интерфейс между МВУ и модемом равна суммарной пропускной способности синхронных каналов данных например 9600 бит/сек=4 х 2400 бит/сек.

МСВУ (мультиплексоры статистического временного уплотнения) – динамически распределяют пропускную способность общего канала. Фиксированный формат кадра в современных системах не используется. Кадры общего канала могут меняться как по длине так и по составу данных из каналов данных. Каждая позиция в кадре выделяется каналу данных только тогда, когда в нем имеются данные для передачи. Если в какой-то промежуток времени активным является только один канал данных. Все позиции в кадре могут быть выделены этому каналу. Если активными являются все каналы одновременно, в действие вступает приоритетная система, не позволяющая какому-либо одному каналу захватить все позиции в кадре. К МСВУ можно подключить больше каналов данных, чем к МВУ с синхронным уплотнением и фиксированным кадром, поскольку уменьшаются расходы времени на пересылку пустых символов. МВУ с чередованием знаков и фиксированным кадром фактически сняты с производства. В настоящее время имеется широкий спектр МВВУ с возможностью подключения от 4/8 до нескольких сотен каналов.

Одним из преимуществ МСВУ является использование протоколов типа ARQ(ARQ – automatic reguest for retransmission) - автоматический запрос повторной передачи в общем канале: любой блок данных с искажениями в результате воздействия линейных помех должен быть передан повторно. Обычно используются дуплексные протоколы типа HDLC, используемого, например, на канальном уровне стека протоколов Х25..

Изготовители МСВУ обычно указывают число асинхронных каналов данных которые могут быть подключены при данной канальной скорости (бит/сек). Для приближенного расчета можно принять, что суммарная скорость асинхронных каналов может быть в 4 раза больше скорости передачи синхронного общего канала (но ни один из каналов данных не должен превышать скорости передачи по общему каналу!)

Пример приближеннного расчета количества асинхронных каналов. Общий канал – 9600 бит/сек. å Скорость асинхронных каналов 4 х 9600 = 38400 бит/сек., такая пропускная способность может обеспечить следующее число каналов а)восемь асинхронных по 4800 бит/сек, б)16 асинхронных по 2400 бит/сек, в)32 асинхронных по 1200 бит/сек.

Сначала статистическое мультиплексирование было использовано в сетях с протоколами Х.25,позже в сетях Frame Relay и ATM, речь о которых пойдет при рассмотрении технологий глобальных вычислительных сетей (ГВС).

Ниже в таблице приведены сравнительные характеристики синхронного и статистического мультиплексирования.

Преимущества синхронного TDM	Недостатки статистического TDM
1. Простая технология изготовления стоимость мультиплексора.	1. Более сложная технология изготовления, выше мультиплексора.
2. Гарантированная полоса пропускания для всех приложений, потери при передаче отсут ствуют	2. Могут быть потери в приложениях с меньшим приоритетом.
3. Не требуется использование специальных идентификаторов каналов.	3. Требуется использование специальных идентификаторов каналов, которые отнимают часто полосы канала.
4. Высокая защищенность данных внутри тайм-слота.

Преимущества статистического TDM	Недостатки синхронного TDM
1.Выше эффективность мультиплексного канала при работе с сетями передачи данных.	1. Низкая эффективность при работе с сетями передачи данных.
2. Приложение может использовать всю полосу канала, если он свободен. Критические к задержкам приложения могут быть быстро переданы.	2. Приложение может использовать только емкость отведенного тайм-слота.
3. Допускается система приоритетов по получению доступа и к каналу и по требуемой полосе для приложения.
4. Высокая гибкость в организации соединений.

Как видно из таблицы, преимущества одного метода можно рассматривать в некоторой степени как недостатки другого.

Передача данных по широкополосным уплотненным каналам при большой удаленности ведется в соответствии со стандартами, регламентирующими скорость передачи данных.

В США и странах, придерживающихся аналогичных стандартов, применяются система Т1 (1.544 Мбит/сек) и Т3 (45 Мбит/сек). В Европе аналогом систем Т1 и Т3 является Е1 (2 Мбит/сек) и Е3 (34 Мбит/сек). Основная причина популярности цифровых линий в том, что они обеспечивают высокоскоростную передачу данных, практически на 99% свободную от ошибок. Цифровые линии доступны в различных формах, включая стандарты DDS (синхронное соединение точка-точка 2.4;4,8;9,6;56 кбит/сек).

	Число каналов Т1	Число речевых каналов	Скорость передачи Мбит/сек
Т1(DS-1)			1.544
Т2(DS-2)			6.312
Т3(DS-3)			44.736
Т4(DS-3)			274.760

Т1- самый распространенный вид цифровой линии. Использует две пары проводов с передачей данных на скорости 1.544 Мбит/сек. Т1 делит канал на 24 подканала и опрашивает каждый 8000 раз в секунду. При каждом обращении к каналу передаются 8 бит, скорость по подканалу – 64 кбит/сек.

Т3- Выделение линии Т-3 передают данные со скоростью от 6 до 45 мбит/сек. Наибольшая прпускная способность среди общедоступных сегодня линий. Может заменить несколько линий Т1.