Мультиплексирование с временным разделением каналов. Принцип и свойства.

Временное мультиплексирование (Time Division Multiplexing) — технология аналогового или цифрового мультиплексирования, в котором несколько сигналов или битовых потоков передаются одновременно как подканалы в одном коммуникационном канале. Передача данных в таком канале разделена на временные интервалы (таймслоты) фиксированной длины, отдельные для каждого канала. Например: некоторый блок данных или подканал 1 передается в течение временного интервала 1, подканал 2 во временной интервал 2 и т. д. Один фрейм TDM состоит из одного временного интервала, выделенного одному определенному подканалу. После передачи фрейма последнего из подканалов происходит передача фрейма первого подканала и т. д. по порядку. ТDM и пакетная передача данных В своей первичной форме TDM используется для коммуникационных схем, использующих постоянное число каналов и постоянную пропускную способность в каждом из каналов. Главное отличие мультиплексирования с разделением во времени от статистического мультиплексирования, это то, что таймслоты в нем следуют в заданном, периодически повторяющемся порядке, в отличие от пакетной обработки (по мере поступления пакетов). В динамическом TDMAccess алгоритм планирования динамически резервирует переменное число временных интервалов для организации динамического изменения пропускной способности, основанным на требованиях к трафику каждого потока данных. Динамический TDMA используется в: IEEE 802.11 IEEE 802.16a Передача с использованием TDM В сетях с коммутируемыми каналами связи, таких как, например, городские общественные телефонные сети, существует необходимость передавать одновременно множество звонков разных абонентов в одной среде передачи. Для реализации этой задачи можно использовать TDM. TDM берет фреймы голосового сигнала и мультиплексирует их в TDM-фреймы, которые передаются с большей пропускной способностью. Таким образом, если TDM-фрейм содержит n голосовых фреймов, то пропускная способность будет n *64 кбит/с(64- скорость передачи голосового сигнала). Каждый голосовой таймслот в TDM-фрейме называется каналом. В европейских системах TDM-фрейм состоит из 30-и цифровых голосовых каналов, в Американском стандарте их 22. Оба эти стандарта включают в себя битовые таймслоты для сигнализации и синхронизационные биты. Мультиплексирование более чем 30-ти и 22-х цифровых голосовых канала называется мультиплексирование высшего порядка, который может быть достигнут посредством мультиплексирования стандартных TDM-фреймов. Например, европейский 120-канальный TDM-фрейм формируется с помощью мультиплексирования четырех 30-канальных TDM-фреймов. При каждом мультиплексировании более высокого порядка комбинируются 4 фрейма предыдущего порядка, созданных мультиплексированием n ×64 кбит/с, где n = 120, 480, 1920 и т. д. TDM может быть расширен в будущем для использования в сетях коллективного доступа с разделением во времени (time division multiple access — TDMA), где несколько станций, с одной физической средой связи, могут общаться совместно используя один частотный канал (например, GSM-сети).

21). Цифровые иерархии скоростей передачи. Система плезиохронной цифровой иерархии – PDH. Принцип работы. Основные характеристики и свойства.

 

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, работающей на принципах разделения канала по времени – TDM. Существуют два поколения технологий цифровых первичных сетей – технология плезиохронной («почти синхронной») цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy - PDH) и более поздняя технология – синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy – SDH, или SONET в Америке). Три варианта первой технологии были разработаны в 80г: в США, Европе и Японии.

 

 

При использовании жесткой синхронизации при приеме/передаче можно было бы применить метод мультиплексирования с чередованием октетов или байтов, как это делалось при формировании цифровых сигналов первого уровня, для того, чтобы иметь принципиальную возможность идентификации байтов или групп байтов каждого канала в общем потоке. Однако, учитывая, что общая синхронизация входных последовательностей, подаваемых на мультиплексор от разных пользователей, отсутствует, в схемах второго и более высокого уровней мультиплексирования был использован метод мультиплексирования с чередованием бит (а не байт). В этом методе мультиплексор, например, второго уровня формирует выходную цифровую последовательность путем чередования бит входных последовательностей от разных каналов. Так как мультиплексор не формирует структуры, которая могла бы быть использована для определения позиции бита каждого канала, а входные скорости разных каналов могут не совпадать, то используется внутренняя побитовая синхронизация, при которой мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем добавления нужного числа выравнивающих бит в каналы с относительно меньшими скоростями передачи (могут использоваться другие варианты, когда выравнивание скоростей осуществляется путем изъятия бит из каналов с большими скоростями, или сочетаются оба процесса). Благодаря этому на выходе формируется синхронная цифровая последовательность. Информация о вставленных/изъятых битах передается по служебным каналам, формируемым отдельными битами в структуре фрейма. На последующих уровнях мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые выравнивающие биты. Эти биты затем удаляются/добавляются при демультиплексировании.

 

Общая схема канала передачи с использованием технологии PDH даже в самом простом варианте топологии сети «точка -точка» на скорости 140 Мбит/с должна включать три уровня мультиплексирования на передающей стороне и три уровня демультиплексирования на приемной, что приводит к достаточно сложной аппаратурной реализации таких систем. Суть основных недостатков PDH в том, что добавление выравнивающих бит делает невозможным идентификацию и вывод, например, потока 64 кбит/с или 2 Мбит/с, «зашитого» в поток 140 Мбит/с, без полного демультиплексирования или «расшивки» этого потока и удаления выравнивающих бит. При наличии многих пользователей, требующих ввода/вывода исходных потоков эксплуатация сети становится экономически невыгодной. Другое узкое место технологии PDH - слабые возможности в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком в сети и практически полное отсутствии средств маршрутизации. Обычно для целей последующей идентификации и сигнализации поток разбивается на группы тайм-слотов (фреймов), из которых затем компонуются группы из нескольких фреймов или мультифреймы. Последние, давая возможность идентифицировать на приемной стороне отдельные фреймы, снабжаются дополнительными битами циклических помехоустойчивых кодов и используемых систем сигнализации. Однако эти средства достаточно слабы, особенно на первых двух уровнях АС и ЯС иерархий.

22 и 23) Физические и электрические характеристики первичного цифрового потока Е1. Способы синхронизации. Линейное кодирование.

 

Основные характеристики интерфейса следующие: скорость передачи - 2048 кбит/с ± 50 ppm (1 ppm (point per million) = 10^-6), таким образом, допускается отклонение частоты передаваемого сигнала (2048 кГц) ± 102,4 Гц. Используемые типы кодирования: HDB3 (стандартизирован), либо AMI. Использование кода AMI в настоящее время уже не рекомендуется, однако ряд старых цифровых систем передачи могут использовать этот код.

 

AMI. Это наиболее простой формат линейного кодирования. AMIрасшифровывается,как инверсияальтернативного бита. Этот формат использует инверсию каждой следующей 1 (смотрите рис). В большинстве случаев AMI не используется, поскольку этот формат линейного кодирования приводит к частым потерям синхронизации в случае длинных последовательностей нулей.

 

HDB3. Формат линейного кодированияHDB3был специально разработан для решения проблем синхронизации, возникающих в случае использования AMI. В формате HDB3 за

 

последовательностью из четырех последовательных нулей следует двухимпульсная вставка "плюс импульс-минус импульс". Оборудование на удаленном конце принимает поток Е1 и

 

заменяет двухимпульсные вставки на
последовательность		нулей,
восстанавливая		исходную
последовательность	данных.	Таким

образом, код HDB3 обеспечивает большую плотность импульсов в потоке, что дает лучшие параметры синхронизации по принимаемому сигналу. На рис. в качестве примера приведено кодирование по HDB3

 

последовательности 1000 0000.

 

Существуют определенные правила таких вставок. Тип вставки определяется полярностью последнего инвертированного бита и количеством битов

 

последовательности предыдущей вставки. Если это количество нечетное, вставляется 000V; при этом полярность V такая же, как и

 

непосредственно

 

предшествовавшего импульса. Если количество битов четно, то вставка имеет

 

вид B00V, где полярность В - противоположная предыдущему импульсу, а полярность V такая же, как и В. На рис. 2.3. представлен алгоритм вставки импульса в последовательность 0 кода HDB3.

Таким образом, типичный уровень сигнала импульсов потока Е1 с импедансом интерфейса 75 Ом или ± 2.37 В (для сигнала бинарной 1) или 0 В (для 0), а для симметричного интерфейса 120 Ом - ±3В (для сигнала бинарной 1) или 0 В (для 0). Реальный сигнал обычно находится в пределах ±10% от этой величины. В идеальном случае передаваемый импульс является совершенно симметричным. Однако в

 

реальной практике импульс сильно трансформируется при его генерации и передаче по каналу Е1. На рисунке форма идеального импульса и реального импульса, который передается по каналу Е1. Форма импульса должна соответствовать стандартной "маске".

 

Уровни сигналов, электрические параметры интерфейса.

 

Помимо параметров частоты сигнала и типа линейного кодирования стандарт определяет следующие нормы на электрические параметры интерфейса (смотрите таблицу).

 

Нормы на электрические параметры интерфейса Е1

 

		В соответствии с рисунком "V"
Форма импульса электрического сигнала		определяется значением
	номинальной пиковой амплитуды
		импульса.
		Одна		Одна
Тип пары в каждом направлении		коаксиальная
		симметричная пара
		пара
Импеданс		75 Ом		120 Ом
Номинальное пиковое напряжение импульса		2.37 В		3 В
Пиковое напряжение при отсутствии импульса		0 ± 0.237 В		0 ± 0.3 В
Номинальная ширина импульса

 

Отношение амплитуд положительного и отрицательного импульсов в середине импульсного от 0.95 до 1.05

 

интервала

 

Отношение ширины положительного и отрицательного импульсов с середине номинальной от 0.95 до 1.05

 

амплитуды.

 

Как видно из таблицы, существуют два стандарта на параметры физического интерфейса Е1: симметричный интерфейс на 120 Ом и коаксиальный (несимметричный) интерфейс 75 Ом. Им соответствую значения пикового напряжения в 3 В и 2,37В. Следует отметить, что оба типа интерфейсов могут реально встретиться в отечественной практике. Симметричный интерфейс 120 Ом получил наибольшее распространение в Европе и является официальным стандартом для России. Интерфейс 75 Ом получил широкое распространение на американо-канадском рынке. В России этот интерфейс не рекомендован к применению, тем не менее, в практике эксплуатации оборудования цифровых систем передачи американских и канадских фирм-производителей он может встретиться.

24) Принципы структурирования цифровых потоков иерархии PDH на примере первичного потока Е1. Циклы, сверхциклы, подсверхциклы и их назначение.

 

Канал Е1 - первичный канал иерархии PDH - является основным каналом, используемым во вторичных сетях телефонии, передачи данных и ISDN. По сравнению с остальными каналами иерархии PDH этот канал имеет несколько особенностей, связанных с его использованием, а именно сверхцикловую структуру и канал сигнализации, используемый во вторичных сетях цифровой телефонии и ISDN.

 

Остальные каналы иерархии PDH имеют только цикловую структуру. Такое отличие канала Е1 обусловлено его функцией в современной первичной сети - канал Е1 обычно является "пограничным" каналом между первичной и вторичными сетями. Структура систем передачи Е1 включают три уровня эталонной модели OSI: физический, канальный и сетевой. Физический уровень описывает электрический интерфейс потока Е1, а также параметры сигнала Е1. Канальный уровень описывает процедуры мультиплексирования и демультиплексирования каналов более низкого уровня иерархии (ОЦК 64 кбит/с и каналов ТЧ) в поток Е1, цикловую и сверхцикловую структуру потока Е1, встроенные процедуры контроля ошибок и т.д. Сетевой уровень описывает процедуры управления каналами Е1 в первичной сети, а также контроль параметров ошибок на сетевом уровне. Этот уровень является относительно неполным и включает всего лишь несколько процедур. Основным же для рассмотрения систем передачи Е1 является структура канального уровня. Рассмотрим более подробно структуру каждого из трех уровней систем Е1.