l_472_12078122

15.Які евристики можна використовувати для розв’язування задачі про визначення транспортного кільця?

16.Назвіть переваги та недоліки точних та евристичних алгоритмів.

17.Що називають шляхом у мережі, довжиною шляху, транзитним шляхом, найкоротшим шляхом?

18.Наведіть практичні ситуації, в яких виникає необхідність застосовувати задачі про визначення найкоротшого шляху.

19.У чому полягає ідея алгоритму Дейкстри, пошуку найкоротших шляхів у зв'язній мережі?

20.Чи можна використовувати алгоритм Дейкстри для знаходження шляхів, найкоротших за транзитністю? Якщо – так, то, яким чином?

21.На чому засновано метод побудови «ярусного

дерева»?

22.Що називають потоком із джерела в стік?

23.Дайте означення перерізу мережі.

24.Який переріз називається мінімальним?

25.Сформулюйте теорему про максимальний потік і мінімальний переріз.

26.Яку мережу називають двополюсною, багатополюсною?

27.У чому полягає відмінність мереж з однопродуктовим потоком та багатопродуктовим?

201

ВК		ВК
	1
				2	3	1
1			1
ВихУК			ВУК			АП
АП		2	3	2	1
3	ВК	3

АП	АП
	3
	2
	1
АП	АП
	3
	2
	1

Частина II

Принципи

функціонування

мереж

Розділ 7. Базові телекомунікаційні технології

Розділ 8. Мережеві концепції. Динаміка розвитку мереж

Розділ 9. Транспортні мережі Розділ 10. Мережі доступу Розділ 11. Інтермережі Розділ 12. Мережі підприємств

202

Розділ 7. Базові телекомунікаційні технології

7.1. Поняття технології в телекомунікаціях

Поняттям «технологія» (Technology) у сфері телекомунікацій позначають спосіб реалізації режиму перенесення інформації в мережі, який забезпечує користувачів певним гарантованим рівнем якості обслуговування.

Термін «режим перенесення» (Transfer Mode)

узагальнено розуміють як сукупність методів мультиплексування, передавання та комутації, за допомогою яких у телекомунікаційній мережі уможливлюється транспортування інформації з кінця в кінець, тобто від джерела до одержувача.

Поява даного терміна зумовлена тим, що в цифрових телекомунікаційних мережах межі між технікою мультиплексування, передавання та комутації стають важче помітними.

Нагадаємо, що під терміном «метод передавання» (на відміну від «режим перенесення») розуміють спосіб організації взаємодії приймача й передавача в процесі обмінювання сигналами між двома суміжними вузлами мережі, безпосередньо з'єднаними лінією зв'язку (проводовою або безпроводовою). Ці методи ґрунтуються на теорії передавання сигналів і в даному розділі не розглядаються.

Фізичною основою будь-якої телекомунікаційної технології є лінії зв'язку та комунікаційне (мережеве) устатковання.

203

Лінії зв'язку – це узагальнене поняття, яке, залежно від застосування певної телекомунікаційної технології, можна конкретизувати таким чином:

•ланка, лінк (Link) – це фізичний сегмент, який забезпечує передавання сигналів між суміжними вузлами без використання проміжного комунікаційного обладнання мультиплексування й комутації;

•канал (Channel) – це частина пропускної здатності ланки, яка незалежно використовується під час комутації. Канали в ланці можуть бути утворені за допомогою демультиплексора або апаратури ущільнення (наприклад, ланка з 30 каналів, кожен з яких має пропускну здатність 64 Кбіт/с);

•комутований канал (Circuit) – це складений канал,

який утворюється в сегменті з комутованою топологією з окремих проміжних ланок або каналів та комутаційного обладнання вузлів;

•тракт передавання (Highway) – це всі пристрої та споруди, які беруть участь в утворенні шляху проходження інформації з кінця в кінець. Тракт, як правило, утворюють засоби кросової комутації декількох каналів у транзитних вузлах мережі.

Лінії зв'язку є середовищем передавання сигналів, а, отже, безпосередньо підтримують технології фізичного рівня моделі OSI/ISO. Комунікаційне обладнання залежно від функціональності можна поділяти на обладнання фізичного, канального та мережевого рівнів моделі OSI/ISO.

204

У цьому розділі розглядаємо фундаментальні принципи, покладені в основу розробки актуальних на сьогодні телекомунікаційних технологій. Конкретні технології та принципи роботи комунікаційного обладнання розглядатимемо в розділах, присвячених організації відповідних сегментів телекомунікаційних мереж.

Режим перенесення інформації в мережі можна організувати синхронним способом або асинхронним.

Синхронний режим перенесення (Synchronous Transfer Mode) ґрунтується на принципі синхронного часового мультиплексування та часового розділення каналів у процесі передавання інформації від одного вузла комутації до іншого. При цьому всі ланки тракту передавання інформації з кінця в кінець працюють синхронно. Таку синхронізацію забезпечують спеціальні синхронні технології, основані на використанні генераторів тактових сигналів, які працюють від єдиного еталонного джерела в мережі.

Для асинхронного режиму перенесення (Asynchronous Transfer Mode) достатньо забезпечити синхронне передавання інформації лише між суміжними об'єктами (передавачем і приймачем вузлів, безпосередньо з'єднаних лінією зв'язку). У транзитному вузлі інформаційні блоки зберігаються деякий час у пристрої запам’ятовування, а потім передаються в наступний вузол мережі. При цьому швидкості у вхідному та вихідному каналах вузла можуть відрізнятися. Таким чином, при асинхронному режимі інформація переміщується мережею естафетним способом.

Відповідно до цього телекомунікаційні технології можна класифікувати як технології синхронного та асинхронного

205

режимів перенесення. Технологічний рівень розвитку мережі того чи іншого режиму перенесення залежить від двох факторів: рівня розвитку науково-технічного прогресу та потреб людства в послугах зв'язку певного типу та відповідної якості.

Телекомунікаційна технологія є одним з основних факторів, який характеризує телекомунікаційну мережу з точки зору можливостей з транспортування інформації.

7.2. Технології синхронного режиму перенесення

Синхронне часове мультиплексування

Режим комутації часових каналів, який ґрунтується на принципі синхронного часового мультиплексування під час передавання інформації від одного вузла комутації до іншого,

є відомим як синхронний режим перенесення STM

(Synchronous Transfer Mode).

Під мультиплексуванням у цифрових мережах розуміють поєднання n низькошвидкісних цифрових потоків у один високошвидкісний потік. Мультиплексування застосовують з метою більш ефективного використання пропускної здатності лінії зв'язку, що зумовило вжиток у термінології зв’язківців також понять «ущільнення», «розподілення» лінії зв'язку.

Вихідні цифрові потоки, які формуються в результаті роботи різних мережевих застосовань (від різних служб), можуть істотно відрізнятися за своєю природою. Це й передавання постійного бітового потоку, передавання файлів

206

даних, мовленнєвих і відеосигналів в цифровій формі. Таким чином, мультиплексування забезпечує ще й адаптацію середовища передавання лінії зв'язку до великої кількості різнорідних мережевих додатків.

Цифровий потік кожного застосовання є сигналом, що відповідає критеріям та показникам певного інформаційного повідомлення, яке необхідно передати. Часове синхронне мультиплексування полягає в тому, що вся смуга середовища поширення сигналів в лінії зв'язку на короткий проміжок часу, тривалістюτ , почергово надається сигналам n застосовань. Зазначений проміжок часу називають «тайм-слотом», інтервал Тц = nr, який відповідає n тайм-слотам, назівають циклом передавання. Характерною особливістю

синхронного часового мультиплексування є те, що в мультиплексному сигналі кожному початковому сигналу відповідає тайм-слот із чітко фіксованим порядковим номером у межах циклу передавання Тц. Слід зазначити, що завдяки мультиплексуванню для сигналу мультимедійного застосовання (голос + відео + дані) надають відразу декілька тайм-слотів.

Пристрій, який приймає декілька потоків від різних застосовань (голос, відео, дані) й передає їх у лінію у вигляді мультиплексного сигналу, називають мультиплексором (MUX), а пристрій, який виконує зворотну функцію на іншому кінці лінії, – демультиплексором (DEMUX). MUX і DEMUX

повинні працювати синхронно й синфазно, так як тайм-слоти відносно Тц на вході й на виході лінії зв'язку повинні збігатися. З цією метою використовують пристрої з високим стандартом частоти, які називають таймерами. Зазвичай, у системах

207

двобічного (дуплексного) зв'язку функції мультиплексування й демультиплексування поєднують у одному пристрої, який також називають мультиплексором.

Сучасні мультиплексори розподілення часу є каналоутворювальним обладнанням. Їх основна відмінність від традиційних систем ущільнення з імпульсно-кодовою модуляцією полягає в тому, що:

•мультиплексори дають змогу передавати в лінію цифрові потоки різних швидкостей (від різних джерел), тому вони ще називаються гнучкими мультиплексорами;

•мультиплексори, які мають властивість «долучення/виокремлення» (drop & insert), дозволяють відокремити від загального потоку частину сигналів або додавати сигнали до спільного лінійного потоку. Це дає змогу будувати мережі складної топології.

Мультиплексування мовленнєвих сигналів

Мовленнєвий сигнал за своєю природою є аналоговим, і для передавання в інформаційній мережі його перетворюють у цифровий. Відомо, що основну смугу частот мовленнєвого сигналу оптимізовано за індексом артикуляції (прийнятному – 0,7), що відповідає рівню чіткості слів 85-90% і складає 3100 Гц. Цю смугу розміщено в діапазоні 0,3 – 3,4 кГц, що відповідає стандартизованій смузі каналу тональної частоти (ТЧ). Зважаючи на те, що зазначену смугу необхідно

208

фільтрувати реальним аналоговим смуговим фільтром, який має кінцеву крутизну спаду частотної характеристики в перехідній смузі, запропоновано використовувати смугу 4 кГц як розрахункову ширину смуги стандартного каналу тональної частоти, що забезпечує захисну смугу між двома сусідніми каналами 900 Гц.

Перетворення мовленнєвого сигналу в цифрову форму здійснюється на основі імпульсно-кодової модуляції (ІКМ) (рис. 7.1).

Рисунок 7.1. Перетворення безперервного сигналу в ІКМсигнал

Схема цього перетворення складається з таких етапів:

1. Дискретизування аналогового сигналу.

Відповідно до теореми Котельникова частота дискретизування аналогового сигналу, яка забезпечує його відновлення без спотворення, дорівнює подвоєнню максимальної частоти спектру сигналу. З урахуванням

209

верхньої межі діапазону мовленнєвого сигналу, частота дискретизації Fд = 2 х 4 кГц = 8 кГц, що відповідає періоду дискретизування ТД = 1/8 = 125 мкс.

2. Квантування амплітуд дискретних відліків сигналу за рівнем, тобто поділ миттєвої амплітуди на певне число рівнів (рівнів квантування). Для якісного передавання мовлення приймають 256 рівнів квантування. Величиною амплітуди дискретного відліку мовленнєвого сигналу вибирають найближчий до її значення рівень квантування. Різницю між значеннями амплітуди сигналу й найближчим рівнем квантування визначає похибка перетворення мовленнєвого сигналу в цифрову форму, яка називають помилкою квантування .

3. Кодування квантованих амплітуд дискретних відліків мовленнєвого сигналу. Якщо номери рівнів квантування подати в двійковому коді, то процес кодування зводиться до вибору номера найближчого до значення дискретної амплітуди сигналу рівня квантування. Номер рівня квантування в двійковому коді передається в лінію. Кількість позицій двійкового коду цифрового номера рівня квантування дорівнює 8 (один байт), що дає змогу закодувати номер найвищого рівня квантування 255→11111111.

Кодову комбінацію, яка відповідає одному дискретного відліку амплітуди мовленнєвого сигналу, називають

вибіркою.

Зважаючи на те, що вибірки мовленнєвого сигналу надходять у лінію з частотою 8 кГц, послідовно одна за одною, отримуємо цифровий потік зі швидкістю С = 8 біт × 8 кГц = = 64 кбіт/с.

210