Коммутация каналов на основе метода TDM

FDM-коммутация разрабатывалась в расчете на передачу голосовых аналоговых сигналов. Переход к цифровой форме представления голоса стимулировал раз­работку новой техники мультиплексирования, ориентированной на дискретный характер передаваемых данных и носящей название временного мультиплекси­рования (TDM). Принцип временного мультиплексирования заключается в вы­делении канала каждому соединению на определенный период времени. Применя­ются два типа временного мультиплексирования — асинхронный и синхронный. С асинхронным режимом TDM мы уже знакомы — он используется в сетях с коммутацией пакетов. Каждый пакет занимает канал определенное время, необ­ходимое для его передачи между конечными точками канала. Между различ­ными информационными потоками нет синхронизации, каждый пользователь пытается занять канал тогда, когда у него возникает потребность в передаче ин­формации.

Рассмотрим теперь синхронный режим TDM^[20]. В этом случае доступ всех ин­формационных потоков к каналу синхронизируется таким образом, чтобы каж­дый информационный поток периодически получал канал в свое распоряжение на фиксированный промежуток времени.

Рисунок 9.12 поясняет принцип коммутации каналов на основе техники TDM при передаче голоса.

Соединение^............................... Соединение 2_Г1

Рис. 9.12. Коммутация на основе разделения канала во времени

Аппаратура TDM-сетей — мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры — работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая в течение цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл равен 125 мкс, что соответствует пе­риоду следования замеров голоса в цифровом абонентском канале. Это значит,
что мультиплексор или коммутатор успевает вовремя обслужить любой абонент­ский канал и передать его очередной замер далее по сети. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый также тайм-слотом. Длительность тайм-слота зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых мультиплексором или коммутатором.

Мультиплексор принимает информацию по N входным каналам от конечных або­нентов, каждый из которых передает данные по абонентскому каналу со скоро­стью 64 Кбит/с — 1 байт каждые 125 мкс. В каждом цикле мультиплексор вы­полняет следующие действия:

1. Прием от каждого канала очередного байта данных.

2. Составление из принятых байтов кадра.

3. Передача кадра на выходной канал с битовой скоростью, равной N х 64 Кбит/с.

Порядок следования байта в кадре соответствует номеру входного канала, от ко­торого этот байт получен. Количество обслуживаемых мультиплексором абонент­ских каналов зависит от его быстродействия. Например, мультиплексор типа Т1, представляющий собой первый промышленный мультиплексор, работавший по технологии TDM, поддерживает 24 входных абонентских канала, создавая на выходе обоймы стандарта Т1, передаваемые с битовой скоростью 1,544 Мбит/с.

Демультиплексор решает обратную задачу — он разбирает байты кадра и распре­деляет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что по­рядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.

Коммутатор принимает кадр по скоростному каналу от мультиплексора и запи­сывает каждый байт из него в отдельную ячейку своей буферной памяти, причем в том порядке, в котором эти байты были упакованы в уплотненный кадр. Для выполнения операции коммутации байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в том порядке, который соответствует поддерживаемым в сети соединениям абонентов. Так, например, если первый абонент левой части сети на рис. 9.12 должен соединиться со вторым абонентом в правой части сети, то байт, записанный в первую ячейку буферной памяти, будет извлекаться из нее вторым. «Перемешивая» нужным образом байты в кадре, коммутатор обес­печивает соединение конечных абонентов в сети.

Однажды выделенный номер тайм-слота остается в распоряжении соединения в течение всего времени существования этого соединения, даже если передавае­мый трафик является пульсирующим и не всегда использует закрепленный за ним тайм-слот. Это означает, что соединение в TDM-сети всегда обладает из­вестной и фиксированной пропускной способностью, кратной 64 Кбит/с.

Работа TDM-оборудования напоминает работу сетей с коммутацией пакетов, так как каждый байт данных можно считать некоторым элементарным пакетом. Од­нако в отличие от пакета компьютерной сети, «пакет» TDM-сети не имеет инди­видуального адреса. Его адресом является порядковый номер в кадре или номер выделенного тайм-слота в мультиплексоре или коммутаторе. Сети, использующие технику TDM, требуют синхронной работы всего оборудования, что и определи­ло второе название этой техники — синхронный режим передачи (Synchronous Transfer Mode, STM).

Нарушение синхронности разрушает требуемую коммутацию абонентов, так как при этом теряется адресная информация. Поэтому перераспределение тайм-сло­тов между различными каналами в TDM-оборудовании невозможно, даже если в каком-то цикле работы мультиплексора тайм-слот одного из каналов оказывает­ся избыточным, поскольку на входе этого канала в данный момент нет данных для передачи (например, абонент телефонной сети молчит).

Существует модификация техники TDM, называемая статистическим времен­ным мультиплексированием (Statistical TDM, STDM). Эта техника разработана специально для того, чтобы с помощью временно свободных тайм-слотов одного канала можно было увеличить пропускную способность остальных. Для реше­ния этой задачи каждый байт данных дополняется полем адреса небольшой дли­ны, например в 4 или 5 бит, что позволяет мультиплексировать 16 или 32 канала. Фактически, STDM представляет собой уже технику коммутации пакетов, но только с очень упрощенной адресацией и узкой областью применения. Техника STDM не стала популярной и используется в основном в нестандартном обору­довании подключения терминалов к мэйнфреймам. Развитием идей статистиче­ского мультиплексирования стала технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM), которая относится уже к коммутации па­кетов.

TDM-сети могут поддерживать либо режим динамической коммутации, либо ре­жим постоянной коммутации, а иногда и оба эти режима. Основным режимом цифровых телефонных сетей, работающих на основе технологии TDM, является динамическая коммутация, но они поддерживают также и постоянную коммута­цию, предоставляя своим абонентам выделенную линию.