Синхронное временное мультиплексирование

Синхронное мультиплексирование объединяет n низкоскоростных цифровых каналов (или n периодически повторяющихся равных по длительности тайм-слотов) внутри одного носителя. С целью лучшей синхронизации непрерывного битового потока, в мультиплексорах используются таймеры с высоким стандартом частоты. На рис. 1 б показана схема следования тайм-слотов при 12-канальном ТОМ. Тайм-слоты с номером соответствуют первому приложению, с номером 2 - второму и т.д. Емкость отдельного приложения - емкость тайм-слота - равна W/n, где W - полная полоса носителя. Емкие приложения могут занимать полосу в несколько тайм-слотов.

доступна Более того, ни одно из приложений не может получить большую полосу пропускания, чем ту, которая отводится. Это особенность синхронного

мультиплексирования.

Мультиплексирование может происходить на октетном (байтовом), битовом или кадровом уровне.

При мультиплексировании на октетном уровне последовательности в 8 битов от каждого из n приложений - октеты - циклически сменяют друг друга. Задержка на время буферизации одного октета возникает между входным низкоскоростным и выходным мультиплексным потомками.

При мультиплексировании на битовом уровне происходит побитовое смешивание входных потоков. Более критичными, в этом случае, становятся требования к временным характеристикам, но и уменьшается задержка, вносимая мультиплексором. В городских коммутируемых телефонных сетях мультиплексирование на битовом уровне используется при построении скоростных мультиплексных каналов.

При мультиплексировании на кадровом уровне кадры (специальные битовые последовательности с заголовком, сигнальными полями и полями данных) из входных низкоскоростных каналов смешиваются а выходном мультиплексном канале. Этот вид мультиплексирования характерен при построении асинхронных мультиплексоров

Оптический модем-мультиплексор Opfimux производства RAD. Внешний вид и схема включения модема показаны на рис. 2, а в табл. 1 приведены технические характеристики.

Рисунок 2. Внешний вид и схема подключения оптического модема-мультиплексора Optimux производства RAD Data Communications

Аналогичные оптические модемы - мультиплексоры, также широко используемые на российском рынке, выпускаются фирмами: ADC Telecommunications - продукт Quad Fiber Loop Converter, 4хЕ1 ; и Pan Dacom -продукт FME-H, 6xElX

Модульный ТDМ мультиплексор MagnumPlus фирмы ADC Kentrox. Это - более универсальное и более мощное решение, допускающее передачу множества различных протоколов. Его основные характеристики приведены в табл. 2.

Отметим, что логическая топология взаимодействия мультиплексоров MagnumPlus по ТDМ магистрали базируется на кольце, в то время как физическое соединение может быть как точка-точка, кольцо, или цепная линия. Кольцевая логическая топология необходима для дистанционного мониторинга и управления мультиплексорами на основе ТDМ магистрали.

При инициализации ТDМ магистрали одно из устройств автоматически выбирается мастером - по нему синхронизируются все остальные устройства. При подключении мультиплексоров через сеть ЗОН, синхронизация происходит от ЗОН магистрали.

Таблица 2. Основные технические характеристики мультиплексора MagnumPlus

Тип логического соединен!»	кольца
Тип физического соединения	точка-точка, двойное кольцо, цепная линия
Полная емкость мультиплексного канала, Мбит/с	155 (возможно подключение устройств через магистраль STM-1)
Тип среды передачи	оптическое волокно многомодовое (mm) / одномодовое (sm)
Характеристики модулей общей логики	1300 нм: mm, 12 дБ /mm, 20 дБ /sm,20 дб / sm, 30 дБ 1550 нм: sm, 20 дБ
Число тайм-слотов в мультиплексном	28
Число In/Out слотов на одно шасси	8 (гибкое приписывание физических слотов к тайм-слотам) i
Емкость тайм-слота, Мбит/с	4,7
Поддерживаемые интерфейсы по низкоскоростным входным каналам	Ethernet, Token Ring, EIA RS-449/RS-422, V.35, RS-232, RS-530, EI ЛГС, IBM3270, AS/400, System/3X
Другие характеристики	Допускается резервирование по каналу связи (автоматическое реконфигурирование двойного кольца при повреждении) и по питанию, управление rfo SNMP протоколу, гибкое приписывание In/Out модулей в физических слотах к тайм-слотам

Модули MagnumPlus, рис. 3;

• Интерфейсные модули (EN/OUT). Чтобы удовлетворить тем или иным специфическим требованиям, имеется большое разнообразие модулей* среди которых - модули Ethernet Switch (разъем AUI, BNC, F/0), Token Ring 4 или 16 Мбит/с (разъем DB9), El (G703);

♦ Модули питания. Питание может осуществляться от 48V DC, 110V АС, 220V АС. Для обеспечения защиты на случай выхода из строя блока питания допускается установка до двух блоков питания с распределяемой нагрузкой;

• Модуль контрольной логики. Необязательный модуль, позволяющий осуществлять дистанционное SNMP управление и мониторинг;

♦ Модули общей логики обеспечивают все необходимые возможности мультиплексирования и демультиплексирования на основе волоконно-оптического интерфейса (155 Мбит/с) или интерфейса на коаксиальном кабеле (DS3,45 Мбит/с).

Рисунок 3. Вид шасси мультиплексора MagnumPlus производства ADC Kentrox

Статистическое (асинхронное) временное мультиплексирование

Взрывная природа трафика, свойственная сетям передачи данных, привела к разработке более гибкого метода мультиплексирования - статистического. В этом методе тайм-слоты не приписываются жестко за каналами и могут более свободно распределяться под приходящие по разным каналам данные. Времена прибытия данных, а не номера низкоскоростных каналов определяют последовательность, в которой данные от разных каналов размещаются в тайм-слоты. Каждый раз, когда тайм-слот допускается в мультиплексную линию, мультиплексор добавляет к нему специальный идентификатор, по которому демультиплексор на другом конце определяет, в какой выходной канал перенаправить содержимое данного тайм-слота. Если на вход мультиплексора данные не поступают, то он передает пустые тайм - слоты с пустыми полями идентификаторов. Асинхронность выражается не в асинхронном испускании тайм-слотов - они следуют строго регулярно, а в допустимости асинхронного размещения приходящих данных в тайм-слоты.

Идентификатор, выполняя очень важную функцию в этом методе мультиплексирования, является служебной информацией и, таким образом, уменьшает полосу, которая могла бы использоваться под передачу данных.

Статистический ТDМ мультиплексор предоставляет такую полосу, которую оно запрашивает, если, конечно, эта величина не превосходит свободной емкости мультиплексной линии. Суммарная величина полос пропускания низкоскоростных каналов, входящих в мультиплексор, может превосходить полосу пропускания скоростного канала Игра идет на том, что не все низкоскоростные приложения осуществляют одновременно передачу.

Статистическое мультиплексирование требует более сложного управления и значительно большей вычислительной мощности от оборудования.

В табл. 3 приведен сравнительный анализ синхронного и статистического методов временного мультиплексирования. Как видно из таблицы, преимущества одного метода можно рассматривать в некоторой степени как недостатки другого.

Инвеверсное мультиплексирование

Если обычное мультиплексирование объединяет n низкоскоростных каналов в один высокоскоростной, то инверсное мультиплексирование можно рассматривать как обратную процедуру_> то есть как способ передачи скоростного потока данных посредством нескольких независимых каналов меньшей полосы пропускания, которые существуют на промежуточном участке между точками входа и выхода скоростного потока.

Инверсное мультиплексирование используется для передачи широкополосного сигнала, который не может разместиться в одном независимом канале существующей телекоммуникационной сети. Например, сигнал видеоконференции емкостью 384 Кбит/с не может быть передан по каналу 64 Кбит/с, но может быть разбит и размещен в шести таких каналах и вновь собран на другом конце. Также используют инверсное мультиплексирование, когда мультиплексор (или коммутатор) на промежуточном узле магистральной сети не может обрабатывать ёмкости больше заданной, например 64 Кбит/с.

На приемной стороне инверсный демультиплексор получает информацию с разных каналов и проводит сборку сигнала - эта процедура может требовать переупорядочения потоков из разных сегментов и компенсации задержек, возникающих в различных низкоскоростных сегментах. Принципы работы инверсного мультиплексора показаны на рис. 5.

Инверсное мультиплексирование в ВОЛС. При передаче широкополосного сигнала по волокну на очень большие расстояния (до 1000 км и более) приходится считаться с затуханием и дисперсией сигнала в волокне. Затухание можно компенсировать при помощи оптических усилителей (EDFA), установленных на промежуточных узлах Дисперсию также можно уменьшать, используя специальные методы компенсации дисперсии но лишь до определенного предела Кроме того, оптические усилители вносят дополнительный шум. Из двух оптических сигналов меньше подвержен влиянию шума и дисперсии тот сигнал, который модулируется меньшей частотой. В настоящее время прорабатываются проекты построения городских оптических супермагистралей на скорости 10 - 100 Гбит/с. При построении интерсетей такой же высокой пропускной способности, единственный способ передать широкополосный сигнал - это разбить его на множество низкоскоростных сигналов, рис. 6. В результате мультиплексный сигнал, представленный множеством длин волн, лучше противостоит влиянию дисперсии и вносимому шуму оптических усилителей в протяженной линии. В рассмотренном примере инверсное мультиплексирование совмещено с частотным (временным) мультиплексированием.

Расчётная часть

Рассчитаем производительность статистического мультиплексора.

Рассмотрим работу гипотетического статистического четырехканального мультиплексора. Пусть максимальная скорость (полоса пропускания) каждого их 4-х входных каналов составляет 100 бит/с, а входные данные представляются 8-битными символами в обкладках "старт" и "стоп" битов. В процессе мультиплексирования биты "старт" и "стоп" сбрасываются, а два дополнительных бита - поле - идентификатора - добавляются к тайм-слотам в мультиплексном канале, что приводит к общей длине 10 бит для тайм-слота

Средняя скорость (бит/сек) по каждому из низкоскоростных каналов и скорость мультиплексного канала (V_кан.) указаны в таблице.

Рассчитать среднюю битовую входную скорость V_ср., а затем загруженность мультиплексного канала по формуле:

V_с.р.=

где n - число каналов, v_i - скорость по i-му каналу.

Загруженность канала (Z) определяется по формуле:

Z = V_СР / V_КАН.100 %

Таблица данных для расчёта:

№ вар.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
	20	25	30	35	40	45	50	20	25	30	35	40	45
	30	40	45	50	70	75	85	80	35	40	75	90	110
	40	45	50	65	60	65	80	180	45	60	120	100	130
	50	75	60	200	180	290	150	250	60	100	130	120	110
	45	85	70	100	90	150	95	150	50	70	60	120	110
	20	50	100	40	150	50	300	100	40	50	50	70	100
VКАН.	200	300	400	500	600	700	800	900	250	350	450	550	650

продолжение таблицы для расчётов

№ вар.	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
	50	45	40	35	30	25	20	15	10	50	60	55
	150	170	190	15	30	50	70	55	60	45	50	60
	130	150	170	10	50	70	50	25	30	80	85	90
	130	150	200	30	40	60	20	80	90	275	300	100
	120	140	180	15	60	80	90	100	150	100	120	150
	140	150	190	40	70	70	100	150	200	40	30	200
VКАН.	750	850	950	150	275	375	475	575	675	775	875	975

Контрольные вопросы

1 .Назначение мультиплексора. 2. Принцип частотного мультиплексирования (РОМ). 3. Принцип временного мультиплексирования (ТОМ).

4. Синхронное временное мультиплексирование.

5. Статистическое(асинхронное) временное мультиплексирование.

6. Инверсное мультиплексирование.