Co je multiplexování. Časové multiplexování. Technologie Token Bus

Časové multiplexování
Při použití PCM je nejpohodlnější schéma multiplexování s časovým dělením nebo stručně schéma multiplexování s časem pomocí přepínače (na vysílací straně), který postupně propojuje každý vstupní kanál po určitý časový interval (tzv. časový slot nebo přepínání). interval nebo „cyklus“) potřebný k odeslání vzorku (nebo nějaké pevné části) signálu na daném kanálu. Takto vytvořený proud vzorků z různých vstupních kanálů je odeslán do komunikačního kanálu. Na své přijímací straně vybírá demultiplexor pomocí podobného přepínače a dolnopropustných filtrů jednotlivé vzorky a distribuuje je do příslušných kanálů. Důležité je, že přepínače na vysílací a přijímací straně musí pracovat synchronně, tzn. musí být synchronizované.
Pro PCM v telefonních sítích musí přepínač pracovat s periodou rovnou vzorkovací periodě T d, pak interval přepínání kanálů Dt k = T d / n, kde n je počet vstupních kanálů multiplexeru nebo Dt k = 125 / n [μs]. Pokud je multiplexováno 32 kanálů (CEPT), pak Dt k = 3,90625 µs. Zavedený koncept spínacího intervalu jako pevné hodnoty je však v ideálním případě správný. V praxi je to v některých případech podmíněné a samotný proces přepínání může být nerovnoměrný, protože synchronizační impuls (jeho digitální analog, například sekvence ve tvaru „11 ... 11“ určité délky) musí být slouží k synchronizaci přepínačů. Pokud se přenáší přes nějaký externí řídicí kanál, pak je uvažované ideální schéma multiplexování naprosto správné, ale pokud se použije synchronizace uvnitř kanálu, pak se proces synchronizace redukuje na vložení dalšího (synchronizačního nebo vyrovnávacího) bitu nebo skupiny bitů, po m vzorcích, nebo organizování složitější opakující se struktury v proudu vzorků, včetně m vzorků a k polí určité délky nebo zarovnání bitů.
Tato struktura může být odlišná, ale je pevná pro konkrétní schéma kódování PCM a nazývá se rámec nebo rámec (rámec) nebo „cyklus“. Několik snímků lze zkombinovat do ještě obecnější struktury nazývané multiframe (multiframe) nebo „superloop“. Perioda opakování rámce je doba potřebná pro jeden úplný přepínací cyklus, přičemž se bere v úvahu doba vložení vyrovnávací skupiny bitů.

Časové multiplexování binárních datových toků

V předchozích lekcích jsme se podívali na taková typická zařízení počítačových sítí, jako jsou mosty, přepínače a směrovače. Vzhledem ke stále těsnější integraci počítačových a telefonních sítí (komunikačních sítí obecně) se však pro administrátory a dokonce i uživatele stává znalost obecných principů organizace telefonních sítí stále povinnější, zvláště pokud pracují s globálními sítěmi. Proto jsme se v této lekci rozhodli takovou technologii (přesněji řečeno technologie) považovat za multiplexování.

Položení a provoz nízkorychlostního dálkového vedení mezi dvěma ústřednami stojí téměř stejně jako vysokorychlostní vedení, protože hlavní náklady nejsou na nákup měděného nebo optického kabelu, ale obecně řečeno na kopání výkopu pro položení kabelu. Aby bylo možné přenášet několik telefonních hovorů po jedné fyzické lince, telefonní společnosti vyvinuly technologie multiplexování nebo multiplexování.

MULTIPLEXOVÁNÍ V kostce

Princip činnosti multiplexeru je jednoduchý: signály přicházející na několik příchozích nízkorychlostních linek jsou přenášeny ve frekvenčním rozsahu nebo časovém intervalu přiděleném pro každou z nich po vysokorychlostní odchozí lince. Na opačném konci vysokorychlostní linky jsou tyto signály izolovány nebo demultiplexovány.

Podle způsobu komprese lze technologie multiplexování rozdělit do dvou hlavních kategorií: multiplexování s frekvenčním dělením (FDM) a multiplexování s časovým dělením (TDM). Při frekvenčním multiplexování je frekvenční spektrum rozděleno na logické kanály a každý uživatel má tento kanál k dispozici po dobu hovoru. Při časovém multiplexování je celá šířka pásma periodicky přidělována uživatelům, ale pouze na krátkou dobu.

FREKVENČNÍ MULTIPLEXOVÁNÍ

Jak je známo, lidská řeč může být adekvátně přenášena s frekvencemi v rozsahu od 300 do 3400 Hz, tj. požadovaný frekvenční interval je 3100 Hz. Při multiplexování více hlasových kanálů je však každému z nich přidělen rozsah 4000 Hz, aby se nepřekrývaly. Frekvence každého kanálu je zvýšena každý o svůj vlastní násobek 4 kHz, poté jsou kanály kombinovány. V důsledku toho jsou kanály rozprostřeny v celém frekvenčním spektru daného spoje. Kanály jsou od sebe odděleny tzv. ochrannými intervaly (viz obrázek 1).

Obrázek 1.
Při frekvenčním multiplexování je celý frekvenční rozsah rozdělen do několika kanálů. Aby se zabránilo překrývání kanálů, jsou od sebe odděleny ochrannými intervaly.

Schémata multiplexování FDM jsou poměrně standardizovaná. Nejrozšířenější standard, podle kterého je multiplexováno dvanáct hlasových kanálů o šířce 4000 Hz ve frekvenčním rozsahu od 60 do 108 kHz. Takový blok se nazývá skupina. Rozsah od 12 do 60 kHz se někdy používá pro jinou skupinu.

Variantou technologie frekvenčního multiplexování používanou v případě optických komunikačních linek je Wavelength Division Multiplexing (WDM). Fyzikálně se multiplexování provádí následovně: několik vláken je přivedeno k hranolu (nebo častěji difrakční mřížce), světelné paprsky procházejí hranolem a vstupují do společného vlákna. Na opačném konci jsou nosníky odděleny pomocí dalšího hranolu. Pokud je každý vstupní paprsek omezen na svůj vlastní frekvenční rozsah, nebudou se překrývat. Optické systémy jsou zcela pasivní a ve výsledku spolehlivější.

MODULACE PULSNÍHO KÓDU

Moderní svět se stává stále více počítačovým a v důsledku toho digitálním; Tento trend samozřejmě neobešel ani telefonní sítě. Digitální systémy jsou stále rozšířenější a v důsledku toho frekvenční multiplex ustupuje časovému multiplexování. Než však může být lidská řeč, která je svou povahou analogová, přenášena přes digitální síť, musí být převedena do diskrétní formy. Toho je dosaženo pomocí pulzně kódové modulace (Pulse-Code Modulation). Proto v moderních digitálních telefonních komunikačních sítích časový multiplex úzce souvisí s pulzní kódovou modulací.

Podle Kotelnikovovy věty musí být vzorkovací frekvence dvojnásobkem maximální frekvence frekvenčního spektra analogového signálu, aby byla správně reprodukována, takže měření amplitudy musí být v případě lidské řeči prováděno 8000krát za sekundu. Hodnota amplitudy se blíží 8bitovému binárnímu číslu, takže přenosová rychlost by měla být 64 kbps. Výsledkem je, že v digitálních sítích je informační kanál o rychlosti 64 kbps základem pro výpočet rychlosti všech prostornějších komunikačních kanálů.

MULTIPLEXOVÁNÍ ČASU

S časovým multiplexováním získá každé zařízení nebo příchozí kanál celou šířku pásma linky, ale pouze po přesně definovanou dobu každých 125 µs (viz obrázek 2). Poslední hodnota odpovídá vzorkovacímu cyklu, protože u PCM je nutné každých 1/8000 sekundy měřit amplitudu analogového signálu. Doba přenosu osmibitové okamžité hodnoty amplitudy se nazývá časový slot a rovná se délce přenosu osmi pulzů (jeden pro každý bit). Sekvence časových úseků, které následují po výše uvedeném intervalu, tvoří časový kanál. Sada kanálů v jednom vzorkovacím cyklu tvoří rámec.

Obrázek 2
Při časovém multiplexování je celá kapacita odchozí linky poskytována po pevně stanovenou dobu v příchozím vedení s menší kapacitou.

V Evropě, stejně jako ve zbytku světa, s výjimkou USA a Japonska, je standardní systém PCM-32/30 (nebo E-1) s 32 časovými kanály 64 kbit/s, ve kterých se používá 30 kanálů. jako data pro přenos hlasu, dat atd., a dva - jako servisní kanály a jeden ze servisních kanálů je určen pro signalizaci (signály navázání spojení), druhý - pro synchronizaci. Jak si snadno spočítáte, celková kapacita systému je 2,048 Mbps.

Systém E-1 tvoří to, co je známé jako skupina semen. Sekundární skupinu E-2 tvoří 4 kanály E-1 s celkovou kapacitou 8,448 Mbps, terciární systém E-3 - čtyři kanály E-2 (nebo šestnáct kanálů E-1) s celkovou kapacitou 34,368 Mbps a kvartérní skupina - čtyři kanály E-3 s celkovou kapacitou 139,264 Mbps. Tyto systémy tvoří evropskou plesiochronní digitální hierarchii.

Princip sériového multiplexování kanálů je znázorněn na obrázku 3. Čtyři kanály E-1 jsou multiplexovány do jednoho kanálu E-2 a na této a následujících úrovních je multiplexování prováděno bit po bitu, nikoli byte po byte, jak tomu bylo u případ, kdy bylo 30 hlasových kanálů multiplexováno do jednoho kanálu E. -1. Celková kapacita čtyř linek E-1 je 8,192 Mbps, zatímco celková kapacita E-2 je ve skutečnosti 8,448 Mbps. Přebytečné bity se používají pro orámování a přečasování. Čtyři kanály E-2 jsou pak multiplexovány do jednoho kanálu E-3 a tak dále.

Obrázek 3
Jak se malé přítoky slévají do jedné velké řeky, tak se nízkorychlostní tratě spojují do vysokorychlostních pomocí hierarchie multiplexerů.

Standard, přijatý v Severní Americe a Japonsku, definuje kanál T-1 (formát rámce DS1). Kanál T-1 se skládá z 24 multiplexovaných hlasových kanálů a původně se předpokládalo, že amplituda analogového signálu bude vyjádřena jako 7bitové binární číslo a jeden bit použitý pro účely řízení (signalizace). Každý rámec má navíc kromě 192 bitů ještě jeden bit pro synchronizaci. Celková kapacita linky T-1 je tedy 1,544 Mbps. Nakonec však bylo všech 8 bitů alokováno pro data a signalizace se začala provádět jedním z následujících dvou způsobů. V signalizaci společného kanálu je 193. bit v každém lichém rámci pro účely synchronizace a v každém sudém rámci je pro signalizaci. Podstatou jiné metody je, že každý kanál má svůj vlastní subkanál pro přenos signalizační informace (jeden bit v každém šestém rámci).

SYNCHRONNÍ DIGITÁLNÍ HIERARCHIE

Potřeba přijmout jednotný standard pro komunikační systémy v Evropě a Americe, stejně jako potřeba zvýšit maximální přenosovou rychlost a vestavěné nástroje pro správu komunikační sítě vedly k rozvoji synchronní digitální hierarchie SDH (bohužel severoamerické verze tohoto standardu s názvem SONET je poněkud odlišná od evropské, i když tyto rozdíly nejsou tak výrazné jako v případě např. kanálové hierarchie T-1, T-2... a E-1, E- 2...).

V SDH tvoří synchronní transportní modul (STM-1) spodní úroveň hierarchie. Je ekvivalentní synchronnímu transportnímu signálu STS-3c v hierarchii SONET s kapacitou 155,52 Mbps. Čtyři STM-1 jsou multiplexovány do STM-4 (=STS-12c) s kapacitou 622,08 Mbps a čtyři STM-4 jsou multiplexovány do STM-12 (=STS-48c) s kapacitou 2,488 Gbps. Hierarchie také definuje vyšší úrovně.

Multiplexování se provádí bajt po bajtu, nikoli bit po bitu, tj. například když jsou čtyři datové toky STM-1 sloučeny do STM-4, multiplexor nejprve odešle jeden bajt z prvního toku, poté jeden bajt z druhého, a tak dále v kruhu.

Jedním z nejdůležitějších rozdílů mezi synchronní a plesiochronní hierarchií je schopnost alokovat požadovaný kanál až do vrstvy E-1 bez demultiplexování celého transportního signálu. To vedlo ke vzniku zásadně odlišného typu multiplexerů - multiplexerů s přidáváním a výběrem jednotlivých kanálů (v anglické terminologii - add-drop multiplexer a v ruské technické literatuře se jim stručně říká vstupní / výstupní multiplexory).

Mnoho multiplexerů navíc začalo plnit funkce křížového propojení (může to však být i naopak, ale to už je argument slepice a vejce). Křížové multiplexory umožňují koncentraci a oddělení toků (multiplexní a demultiplexní funkce) spolu s přepínáním digitálních signálů z jednoho kanálu na druhý podle určitých pravidel (přepínací funkce).

INVERZNÍ MULTIPLEXOVÁNÍ

V případě, že organizace potřebuje mít linku o určité šířce pásma a nabízené kapacity jsou buď příliš malé (například E-1) nebo příliš velké (řekněme E-3), pak zařízení zvané inverzní multiplexer přijde vhod. Toto zařízení umožňuje distribuovat příchozí datový tok mezi několik odchozích linek s nižší kapacitou, než je celkové množství přijatých dat za jednotku času (viz obrázek 4). Zákazník tak může například obdržet kanál ekvivalentní kapacitně dvěma E-1. Výhodou tohoto přístupu oproti nezávislému propojení dvou linek E-1 je například to, že inverzní multiplexer umožňuje dynamické rozložení zátěže mezi ně.

Obrázek 4
Inverzní multiplexování vám umožní zapamatovat si tok řeky: když obchází ostrovy, láme se do kanálů, které se pak znovu spojují.

ZÁVĚR

V této lekci jsme se podívali na hlavní technologie multiplexování používané v telefonních sítích. Telefonie se stále více prolíná se světem počítačů, každopádně stále častěji využívají stejnou transportní síť v globálních i lokálních sítích, nemluvě o tom, že se takto „žhavá“ technologie ATM objevila jako jedna z možností pro širokopásmová digitální síť s integrovanými službami. A mimochodem, ATM by se správněji nazývalo asynchronní časové multiplexování. Předchůdce ATM, Asynchronous Time Division (ATD), byl vyvinut v laboratořích France Telecom jako variace na TDM. Jeho nejdůležitějším rozdílem oproti TDM bylo dynamické poskytování kanálu, a ne po celou dobu připojení (telefonní rozhovor); hlavička naopak umožňovala určit, ke kterému spojení data patří. Díky tomu byla dostupná kapacita využita efektivněji. Nyní dědic ATD tvrdí, že je jedinou technologií pro globální i místní sítě. Ale to je téma na další rozhovor.

Dmitrij Ganzha je výkonným redaktorem LAN. Lze ho kontaktovat na:

V předchozích lekcích jsme se podívali na taková typická zařízení počítačových sítí, jako jsou mosty, přepínače a směrovače. Vzhledem ke stále těsnější integraci počítačových a telefonních sítí (komunikačních sítí obecně) se však pro administrátory a dokonce i uživatele stává znalost obecných principů organizace telefonních sítí stále povinnější, zvláště pokud pracují s globálními sítěmi. Proto jsme se v této lekci rozhodli takovou technologii (přesněji řečeno technologie) považovat za multiplexování.

Položení a provoz nízkorychlostního dálkového vedení mezi dvěma ústřednami stojí téměř stejně jako vysokorychlostní vedení, protože hlavní náklady nejsou na nákup měděného nebo optického kabelu, ale obecně řečeno na kopání výkopu pro položení kabelu. Aby bylo možné přenášet několik telefonních hovorů po jedné fyzické lince, telefonní společnosti vyvinuly technologie multiplexování nebo multiplexování.

MULTIPLEXOVÁNÍ V kostce

Princip činnosti multiplexeru je jednoduchý: signály přicházející na několik příchozích nízkorychlostních linek jsou přenášeny ve frekvenčním rozsahu nebo časovém intervalu přiděleném pro každou z nich po vysokorychlostní odchozí lince. Na opačném konci vysokorychlostní linky jsou tyto signály izolovány nebo demultiplexovány.

Podle způsobu komprese lze technologie multiplexování rozdělit do dvou hlavních kategorií: multiplexování s frekvenčním dělením (FDM) a multiplexování s časovým dělením (TDM). Při frekvenčním multiplexování je frekvenční spektrum rozděleno na logické kanály a každý uživatel má tento kanál k dispozici po dobu hovoru. Při časovém multiplexování je celá šířka pásma periodicky přidělována uživatelům, ale pouze na krátkou dobu.

FREKVENČNÍ MULTIPLEXOVÁNÍ

Jak je známo, lidská řeč může být adekvátně přenášena s frekvencemi v rozsahu od 300 do 3400 Hz, tj. požadovaný frekvenční interval je 3100 Hz. Při multiplexování více hlasových kanálů je však každému z nich přidělen rozsah 4000 Hz, aby se nepřekrývaly. Frekvence každého kanálu je zvýšena každý o svůj vlastní násobek 4 kHz, poté jsou kanály kombinovány. V důsledku toho jsou kanály rozprostřeny v celém frekvenčním spektru daného spoje. Kanály jsou od sebe odděleny tzv. ochrannými intervaly (viz obrázek 1).

Obrázek 1.
Při frekvenčním multiplexování je celý frekvenční rozsah rozdělen do několika kanálů. Aby se zabránilo překrývání kanálů, jsou od sebe odděleny ochrannými intervaly.

Schémata multiplexování FDM jsou poměrně standardizovaná. Nejrozšířenější standard, podle kterého je multiplexováno dvanáct hlasových kanálů o šířce 4000 Hz ve frekvenčním rozsahu od 60 do 108 kHz. Takový blok se nazývá skupina. Rozsah od 12 do 60 kHz se někdy používá pro jinou skupinu.

Variantou technologie frekvenčního multiplexování používanou v případě optických komunikačních linek je Wavelength Division Multiplexing (WDM). Fyzikálně se multiplexování provádí následovně: několik vláken je přivedeno k hranolu (nebo častěji difrakční mřížce), světelné paprsky procházejí hranolem a vstupují do společného vlákna. Na opačném konci jsou nosníky odděleny pomocí dalšího hranolu. Pokud je každý vstupní paprsek omezen na svůj vlastní frekvenční rozsah, nebudou se překrývat. Optické systémy jsou zcela pasivní a ve výsledku spolehlivější.

MODULACE PULSNÍHO KÓDU

Moderní svět se stává stále více počítačovým a v důsledku toho digitálním; Tento trend samozřejmě neobešel ani telefonní sítě. Digitální systémy jsou stále rozšířenější a v důsledku toho frekvenční multiplex ustupuje časovému multiplexování. Než však může být lidská řeč, která je svou povahou analogová, přenášena přes digitální síť, musí být převedena do diskrétní formy. Toho je dosaženo pomocí pulzně kódové modulace (Pulse-Code Modulation). Proto v moderních digitálních telefonních komunikačních sítích časový multiplex úzce souvisí s pulzní kódovou modulací.

Podle Kotelnikovovy věty musí být vzorkovací frekvence dvojnásobkem maximální frekvence frekvenčního spektra analogového signálu, aby byla správně reprodukována, takže měření amplitudy musí být v případě lidské řeči prováděno 8000krát za sekundu. Hodnota amplitudy se blíží 8bitovému binárnímu číslu, takže přenosová rychlost by měla být 64 kbps. Výsledkem je, že v digitálních sítích je informační kanál o rychlosti 64 kbps základem pro výpočet rychlosti všech prostornějších komunikačních kanálů.

MULTIPLEXOVÁNÍ ČASU

S časovým multiplexováním získá každé zařízení nebo příchozí kanál celou šířku pásma linky, ale pouze po přesně definovanou dobu každých 125 µs (viz obrázek 2). Poslední hodnota odpovídá vzorkovacímu cyklu, protože u PCM je nutné každých 1/8000 sekundy měřit amplitudu analogového signálu. Doba přenosu osmibitové okamžité hodnoty amplitudy se nazývá časový slot a rovná se délce přenosu osmi pulzů (jeden pro každý bit). Sekvence časových úseků, které následují po výše uvedeném intervalu, tvoří časový kanál. Sada kanálů v jednom vzorkovacím cyklu tvoří rámec.

Obrázek 2
Při časovém multiplexování je celá kapacita odchozí linky poskytována po pevně stanovenou dobu v příchozím vedení s menší kapacitou.

V Evropě, stejně jako ve zbytku světa, s výjimkou USA a Japonska, je standardní systém PCM-32/30 (nebo E-1) s 32 časovými kanály 64 kbit/s, ve kterých se používá 30 kanálů. jako data pro přenos hlasu, dat atd., a dva - jako servisní kanály a jeden ze servisních kanálů je určen pro signalizaci (signály navázání spojení), druhý - pro synchronizaci. Jak si snadno spočítáte, celková kapacita systému je 2,048 Mbps.

Systém E-1 tvoří to, co je známé jako skupina semen. Sekundární skupinu E-2 tvoří 4 kanály E-1 s celkovou kapacitou 8,448 Mbps, terciární systém E-3 - čtyři kanály E-2 (nebo šestnáct kanálů E-1) s celkovou kapacitou 34,368 Mbps a kvartérní skupina - čtyři kanály E-3 s celkovou kapacitou 139,264 Mbps. Tyto systémy tvoří evropskou plesiochronní digitální hierarchii.

Princip sériového multiplexování kanálů je znázorněn na obrázku 3. Čtyři kanály E-1 jsou multiplexovány do jednoho kanálu E-2 a na této a následujících úrovních je multiplexování prováděno bit po bitu, nikoli byte po byte, jak tomu bylo u případ, kdy bylo 30 hlasových kanálů multiplexováno do jednoho kanálu E. -1. Celková kapacita čtyř linek E-1 je 8,192 Mbps, zatímco celková kapacita E-2 je ve skutečnosti 8,448 Mbps. Přebytečné bity se používají pro orámování a přečasování. Čtyři kanály E-2 jsou pak multiplexovány do jednoho kanálu E-3 a tak dále.

Obrázek 3
Jak se malé přítoky slévají do jedné velké řeky, tak se nízkorychlostní tratě spojují do vysokorychlostních pomocí hierarchie multiplexerů.

Standard, přijatý v Severní Americe a Japonsku, definuje kanál T-1 (formát rámce DS1). Kanál T-1 se skládá z 24 multiplexovaných hlasových kanálů a původně se předpokládalo, že amplituda analogového signálu bude vyjádřena jako 7bitové binární číslo a jeden bit použitý pro účely řízení (signalizace). Každý rámec má navíc kromě 192 bitů ještě jeden bit pro synchronizaci. Celková kapacita linky T-1 je tedy 1,544 Mbps. Nakonec však bylo všech 8 bitů alokováno pro data a signalizace se začala provádět jedním z následujících dvou způsobů. V signalizaci společného kanálu je 193. bit v každém lichém rámci pro účely synchronizace a v každém sudém rámci je pro signalizaci. Podstatou jiné metody je, že každý kanál má svůj vlastní subkanál pro přenos signalizační informace (jeden bit v každém šestém rámci).

SYNCHRONNÍ DIGITÁLNÍ HIERARCHIE

Potřeba přijmout jednotný standard pro komunikační systémy v Evropě a Americe, stejně jako potřeba zvýšit maximální přenosovou rychlost a vestavěné nástroje pro správu komunikační sítě vedly k rozvoji synchronní digitální hierarchie SDH (bohužel severoamerické verze tohoto standardu s názvem SONET je poněkud odlišná od evropské, i když tyto rozdíly nejsou tak výrazné jako v případě např. kanálové hierarchie T-1, T-2... a E-1, E- 2...).

V SDH tvoří synchronní transportní modul (STM-1) spodní úroveň hierarchie. Je ekvivalentní synchronnímu transportnímu signálu STS-3c v hierarchii SONET s kapacitou 155,52 Mbps. Čtyři STM-1 jsou multiplexovány do STM-4 (=STS-12c) s kapacitou 622,08 Mbps a čtyři STM-4 jsou multiplexovány do STM-12 (=STS-48c) s kapacitou 2,488 Gbps. Hierarchie také definuje vyšší úrovně.

Multiplexování se provádí bajt po bajtu, nikoli bit po bitu, tj. například když jsou čtyři datové toky STM-1 sloučeny do STM-4, multiplexor nejprve odešle jeden bajt z prvního toku, poté jeden bajt z druhého, a tak dále v kruhu.

Jedním z nejdůležitějších rozdílů mezi synchronní a plesiochronní hierarchií je schopnost alokovat požadovaný kanál až do vrstvy E-1 bez demultiplexování celého transportního signálu. To vedlo ke vzniku zásadně odlišného typu multiplexerů - multiplexerů s přidáváním a výběrem jednotlivých kanálů (v anglické terminologii - add-drop multiplexer a v ruské technické literatuře se jim stručně říká vstupní / výstupní multiplexory).

Mnoho multiplexerů navíc začalo plnit funkce křížového propojení (může to však být i naopak, ale to už je argument slepice a vejce). Křížové multiplexory umožňují koncentraci a oddělení toků (multiplexní a demultiplexní funkce) spolu s přepínáním digitálních signálů z jednoho kanálu na druhý podle určitých pravidel (přepínací funkce).

INVERZNÍ MULTIPLEXOVÁNÍ

V případě, že organizace potřebuje mít linku o určité šířce pásma a nabízené kapacity jsou buď příliš malé (například E-1) nebo příliš velké (řekněme E-3), pak zařízení zvané inverzní multiplexer přijde vhod. Toto zařízení umožňuje distribuovat příchozí datový tok mezi několik odchozích linek s nižší kapacitou, než je celkové množství přijatých dat za jednotku času (viz obrázek 4). Zákazník tak může například obdržet kanál ekvivalentní kapacitně dvěma E-1. Výhodou tohoto přístupu oproti nezávislému propojení dvou linek E-1 je například to, že inverzní multiplexer umožňuje dynamické rozložení zátěže mezi ně.

Obrázek 4
Inverzní multiplexování vám umožní zapamatovat si tok řeky: když obchází ostrovy, láme se do kanálů, které se pak znovu spojují.

ZÁVĚR

V této lekci jsme se podívali na hlavní technologie multiplexování používané v telefonních sítích. Telefonie se stále více prolíná se světem počítačů, každopádně stále častěji využívají stejnou transportní síť v globálních i lokálních sítích, nemluvě o tom, že se takto „žhavá“ technologie ATM objevila jako jedna z možností pro širokopásmová digitální síť s integrovanými službami. A mimochodem, ATM by se správněji nazývalo asynchronní časové multiplexování. Předchůdce ATM, Asynchronous Time Division (ATD), byl vyvinut v laboratořích France Telecom jako variace na TDM. Jeho nejdůležitějším rozdílem oproti TDM bylo dynamické poskytování kanálu, a ne po celou dobu připojení (telefonní rozhovor); hlavička naopak umožňovala určit, ke kterému spojení data patří. Díky tomu byla dostupná kapacita využita efektivněji. Nyní dědic ATD tvrdí, že je jedinou technologií pro globální i místní sítě. Ale to je téma na další rozhovor.

Dmitrij Ganzha je výkonným redaktorem LAN. Lze ho kontaktovat na:

V informačních technologiích a komunikacích, multiplexování(Angličtina) multiplexování, muxování) - těsnění kanálu, tj. přenos několika

toky (kanály) dat s nižší rychlostí (šířkou pásma) přes jeden kanál.

V telekomunikace multiplexování zahrnuje přenos dat přes několik logických komunikačních kanálů v jednom fyzickém kanálu. Fyzický kanál znamená skutečný kanál s vlastní šířkou pásma - měděný nebo optický kabel, rádiový kanál.

V informační technologie multiplexování zahrnuje kombinování několika datových toků (virtuálních kanálů) do jednoho. Příkladem může být video soubor, ve kterém je proud (kanál) videa kombinován s jedním nebo více kanály zvuku.

Zavolá se zařízení nebo program, který provádí multiplexování multiplexer.

Frekvenční multiplexování (FDM).

Multiplexování 3 kanálů s frekvenčním dělením.

Technika.

Frekvenční multiplexování(Angličtina) FDM, multiplexování s frekvenčním dělením) zahrnuje umístění několika kanálů s menší šířkou v rámci šířky pásma kanálu. Názorným příkladem je rozhlasové vysílání, kde v rámci stejného kanálu (rozhlasový vzduch) existuje mnoho rozhlasových kanálů na různých frekvencích (v různých frekvenčních pásmech).

Hlavní aplikace.

Používá se v mobilních komunikačních sítích (viz FDMA) pro sdílení přístupu, v komunikaci z optických vláken je to obdoba vlnové dělení multiplexování(WDM, Multiplexování s dělením vlnových délek) (Kde

frekvence je barvou záření zářiče), v přírodě - všechny druhy separací

barvou (frekvence elektromagnetických vibrací) a tónem (frekvence zvukových vibrací).

Časové multiplexování (TDM).

Technika.

Časové multiplexování(Angličtina) TDM, Čas

divizní multiplexování) zahrnuje přenos dat rámců, zatímco

přechod z kanálů menší šířky (kapacity) na kanály s

více uvolňuje rezervu pro přenos v rámci jednoho rámce většího

několik menších rámečků.

Na obrázku: A, B a C - multiplexované kanály se šířkou pásma (šířkou) N a trváním rámce Δt; E - multiplexovaný kanál se stejnou dobou trvání Δt, ale šířkou M*N, z toho jeden rámec ( superrámec) přenáší všechny 3 rámce vstupních multiplexovaných signálů postupně, je přiřazen každý kanál

část času superrámce - timeslot, délka Δt M =Δt/M

Kanál se šířkou pásma M * N tedy může procházet M kanály se šířkou pásma N a v závislosti na rychlosti kanálu (snímky za sekundu) se výsledek demultiplexování shoduje s původním kanálovým tokem (A, B nebo C na obrázku) a ve fázi, a pokud jde o rychlost, to znamená, že si toho konečný příjemce nevšimne.

Hlavní aplikace

bezdrátové sítě TDMA, Wi-Fi, WiMAX;

přepínání kanálů v PDH a SONET/SDH;

přepínání paketů v ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;

přepínání v telefonních sítích;

sériové sběrnice: PCIe, USB.

Časové multiplexování

Princip činnosti multiplexeru je jednoduchý: signály přicházející na několik příchozích nízkorychlostních linek jsou přenášeny ve frekvenčním rozsahu nebo časovém intervalu přiděleném pro každou z nich po vysokorychlostní odchozí lince. Na opačném konci vysokorychlostní linky jsou tyto signály izolovány nebo demultiplexovány.

Podle způsobu komprese lze technologie multiplexování rozdělit do dvou hlavních kategorií: multiplexování s frekvenčním dělením (FDM) a multiplexování s časovým dělením (TDM). Při frekvenčním multiplexování je frekvenční spektrum rozděleno na logické kanály a každý uživatel má tento kanál k dispozici po dobu hovoru. Při časovém multiplexování je celá šířka pásma periodicky přidělována uživatelům, ale pouze na krátkou dobu.

MULTIPLEXOVÁNÍ ČASU

S časovým multiplexováním získá každé zařízení nebo příchozí kanál celou šířku pásma linky, ale pouze po přesně definovanou dobu každých 125 µs (viz obrázek 2). Poslední hodnota odpovídá vzorkovacímu cyklu, protože u PCM je nutné každých 1/8000 sekundy měřit amplitudu analogového signálu. Doba přenosu osmibitové okamžité hodnoty amplitudy se nazývá časový slot a rovná se délce přenosu osmi pulzů (jeden pro každý bit). Sekvence časových úseků, které následují po výše uvedeném intervalu, tvoří časový kanál. Sada kanálů v jednom vzorkovacím cyklu tvoří rámec.

Při časovém multiplexování je celá kapacita odchozí linky poskytována po pevně stanovenou dobu v příchozím vedení s menší kapacitou.

V Evropě, stejně jako ve zbytku světa, s výjimkou USA a Japonska, je standardní systém PCM-32/30 (nebo E-1) s 32 časovými kanály 64 kbit/s, ve kterých se používá 30 kanálů. jako data pro přenos hlasu, dat atd., a dva - jako servisní kanály a jeden ze servisních kanálů je určen pro signalizaci (signály navázání spojení), druhý - pro synchronizaci. Jak si snadno spočítáte, celková kapacita systému je 2,048 Mbps.

Systém E-1 tvoří to, co je známé jako skupina semen. Sekundární skupinu E-2 tvoří 4 kanály E-1 s celkovou kapacitou 8,448 Mbps, terciární systém E-3 - čtyři kanály E-2 (nebo šestnáct kanálů E-1) s celkovou kapacitou 34,368 Mbps a kvartérní skupina - čtyři kanály E-3 s celkovou kapacitou 139,264 Mbps. Tyto systémy tvoří evropskou plesiochronní digitální hierarchii.

Princip sériového multiplexování kanálů je znázorněn na obrázku 3. Čtyři kanály E-1 jsou multiplexovány do jednoho kanálu E-2 a na této a následujících úrovních je multiplexování prováděno bit po bitu, nikoli byte po byte, jak tomu bylo u případ, kdy bylo 30 hlasových kanálů multiplexováno do jednoho kanálu E. -1. Celková kapacita čtyř linek E-1 je 8,192 Mbps, zatímco celková kapacita E-2 je ve skutečnosti 8,448 Mbps. Přebytečné bity se používají pro orámování a přečasování. Čtyři kanály E-2 jsou pak multiplexovány do jednoho kanálu E-3 a tak dále.

obr.3

Jak se malé přítoky slévají do jedné velké řeky, tak se nízkorychlostní tratě spojují do vysokorychlostních pomocí hierarchie multiplexerů.

Standard, přijatý v Severní Americe a Japonsku, definuje kanál T-1 (formát rámce DS1). Kanál T-1 se skládá z 24 multiplexovaných hlasových kanálů a původně se předpokládalo, že amplituda analogového signálu bude vyjádřena jako 7bitové binární číslo a jeden bit použitý pro účely řízení (signalizace). Každý rámec má navíc kromě 192 bitů ještě jeden bit pro synchronizaci. Celková kapacita linky T-1 je tedy 1,544 Mbps. Nakonec však bylo všech 8 bitů alokováno pro data a signalizace se začala provádět jedním z následujících dvou způsobů. V signalizaci společného kanálu je 193. bit v každém lichém rámci pro účely synchronizace a v každém sudém rámci je pro signalizaci. Podstatou jiné metody je, že každý kanál má svůj vlastní subkanál pro přenos signalizační informace (jeden bit v každém šestém rámci).