Мультиплексування потоків даних

Під час часового мультиплексування потоків даних на входи мультиплексора подаються n двійкових потоків даних, походження яких не пов'язано з формуванням вибірок для відліків амплітуд безперервних сигналів. Тому з вхідних каналів можна вибрати будь-яку логічно осмислену послідовність біт як вибірку сигналів при формуванні фрейму.

Такий процес формування вибірок називають інтерлівінгом (interleaving).

Розрізняють такі види інтерлівінгу:

• біт-інтерлівінг (чергування бітів по одному з кожного каналу);

• байт-інтерлівінг (чергування байтів по одному з кожного каналу);

• символьний інтерлівінг (чергування декількох бітів, необхідних для кодування одного символу переданого тексту, з кожного каналу. Так, наприклад, під час передавання файлу з комп'ютерним алфавітом ASCII міжнародної версії, довжина поля коду одного символу становить 8 біт, а американської версії – 7 біт);

• блок-інтерлівінг (чергування блоків по кілька байт із кожного каналу).

Сигнали синхронізації та сигналізації у процесі формуванні фрейму можуть передаватися як окремими виділеними часовими каналами (ідеальне мультиплексування), так і інформаційними каналами.

Узагальнено в мультиплексуванні потоків даних розрізняють такі види синхронізації:

• за окремими полями (часовими каналами);

• за фреймом у цілому;

• за кожним бітом у межах кожного поля.

Для синхронізації в структуру фрейму після будь-якої з перерахованих груп додають по одному або кілька бітів.

Можна сформувати й більш складну повторювану структуру, складену з m-фреймів і k полів синхронізації, так званий мультифрейм.

Без урахування синхронізації мультиплексор створює регулярний потік фреймів. Синхронізація цю регулярність порушує.

Сигналізація також може бути виконана в окремому каналі або розміщенням бітів сигналізації в полях вибірок зі зменшенням при цьому розрядної сітки поля, наприклад, на 1 біт.

Навіть зважаючи на все можливе розмаїття, структура фрейму (його формат) для конкретної системи передавання є фіксованою.

За аналогією до тривалості циклу передавання Тц у ідеальному мультиплексуванні, у даному випадку можна говорити за період повторення фрейму - часу, що витрачається на один повний цикл, та доданому часу передавання долучених бітових груп синхронізації та сигналізації.

Комутація каналів

Надання зв'язку абонентам-кореспондентами на основі методу комутації каналів (Switching Circuits, SC) складається з трьох фаз.

1. Налаштування дуплексного каналу. Для цього в мережу передається службова інформація, яка містить закодовані адреси абонента. На основі цієї інформації встановлюється маршрут передавання інформаційного повідомлення, який з'єднує опорні вузли через ланцюг проміжних вузлів комутації. Службова інформація формується самим абонентом (набором номера абонента) або його терміналом і передається каналами сигналізації або інформаційними каналами.

2. Здійснення сеансу зв'язку. Після налаштування каналу абоненти можуть починати процес обміну інформаційними повідомленнями. При цьому ресурси мережі, які забезпечують даний сеанс зв'язку, повністю закріплені за налаштованим каналом зв'язку і, в разі пауз у процесі передавання інформації, не можуть бути надані для організації інших з'єднань.

3. Від'єднання каналу. Після відповідної команди про припинення сеансу зв'язку від однієї з опорних станцій каналом сигналізації проходить сигнал роз'єднання, в результаті чого зайняті ресурси вивільняються в мережу.

Для налаштування каналу комутаційна система повинна забезпечити взаємні з'єднання будь-яких каналів. Для комутації кожного вхідного часового каналу з кожним вихідним необхідно мати можливість перестановки вибірки, яка визначає амплітуду мовленнєвого сигналу (байти інформації) з одного часового інтервалу в будь-який інший.

У даний час використовують два принципи побудови комутаційних блоків (КБ): просторовий та часовий.

Просторовий принцип побудови КБ. З'єднання здійснюється в одній і тій же часовій позиції каналів вхідної ущільненої лінії (ВхУЛ) з каналами вихідної ущільненої лінії (ВихУЛ).

У цьому випадку 8-розрядна вибірка надходить з каналу і ВхУЛ в канал і ВихУЛ.

У певні моменти часу з пристрою керування (ПК) подаються сигнали для замикання відповідних точок комутації. Ці точки можуть бути реалізовані на електронних елементах (електронних ключах).

Очевидно, що за такої побудови КБ комутуються цифрові канали ВхУЛ з цифровими каналами ВихУЛ тільки в одній і тій же часовій позиції (в однойменних тайм-слотах), тобто в процесі комутації немає можливості змінити часову позицію. Здійснити таку можливість дає змогу часовий принцип побудови КБ.

Часовий принцип побудови КБ засновано на налаштуванні зв'язку входу з виходом через буферний запам’ятовувальний пристрій (БЗП) (рис. 7.5).

Канальні вибірки, які послідовно надходять з ВхУЛ в результаті демультиплексування, через допоміжну комірку ДК1, куди накопичується 8-розрядна кодова комбінація при побітовому її надходженні, розміщуються в БЗП у комірку з адресою, яка відповідає номеру часового каналу. Протягом часу одного тайм-слоту проводиться один запис у БЗП канальної вибірки, яка надходить із ВхУЛ, і одне зчитування канальної вибірки з БЗП, яке направляється в ВихУЛ. У зв'язку з цим канальний інтервал (тайм-слот) розділяється на дві фази.

У першій здійснюється запис, у другій – читання.

Зчитування вибірок здійснюється за допомогою керувального запам’ятовувального пристрою (КЗП). У ньому на етапі налаштування зв'язку за допомогою службових сигналів записується інформація в номерах вихідних часових каналів, з якими повинні бути скомутовані послідовно вхідні часові канали. Так, якщо вхідний канал і комутується з вихідним каналом j, то в j-у комірку КЗП записується число і.

У другій фазі тайм-слоту з номером j подається сигнал «адреси зчитування» і з комірки j КЗП вибирається число і. Воно розміщується в адресний регістр, у результаті чого вміст комірки з номером і з БЗП зчитується у допоміжну комірку ДК2. З ДК2 кодова комбінація побітово передається в канал ВихУЛ.

Технологія ISDN

Традиційна комутація каналів з часовим розподіленням є дуже негнучкою процедурою, так як тривалість тайм-слоту однозначно визначає швидкість передавання в каналі зв'язку.

У технології ISDN зроблено першу реальну спробу безпосередньо надати послуги передавання не тільки голосової, а й відеоінформації та даних кінцевим користувачам у єдиній цифрової мережі.

Цифрова мережа інтегрального обслуговування ISDN (Integrated Services Digital Network) є інтегрованою системою зв'язку з різноманітним комплексом послуг. Вимоги різних служб до швидкості передавання можуть бути різними – від дуже низьких (1 кбіт/с – для телеметрії) до надвисоких (140 Мбіт/с – TV високої чіткості). Для задоволення цих вимог було розроблено варіант поєднання комутації каналів з мультиплексуванням, який забезпечує широкий діапазон швидкостей передавання даних.

У системі передавання з високошвидкісною комутацією каналів використовується той самий метод часового мультиплексування, що й у системі зі звичайною комутацією каналів. Проте в одному з'єднанні (широкосмуговому каналі) може використовуватися n (n > 1) цифрових каналів DS0 (64 кбіт/с). Таким чином, кожне під’єднання може бути кратним швидкості 64 кбіт/с.

Системи комутації, які забезпечують багатошвидкісну комутацію каналів, є більш складними в порівнянні з системами зі звичайною комутацією цифрових каналів, так як всі канали окремих з’єднувальних ланок є синхронними.

Важливою проблемою для систем з багатошвидкісною комутацією каналів є вибір базової швидкості передавання.

ITU-T визначив основними два інтерфейси доступу до ISDN:

• базовий доступ (Basic Rate Access) 144 кбіт/с, який забезпечує два мовленнєвих канали типу В зі швидкістю 64 кбіт/с і один сигнальний канал типу D зі швидкістю передавання 16 кбіт/с (2 B + D);

• первинний доступ PRA (Primary Rate Access), який дає змогу працювати з каналами Т1 (1,5 Мбіт/с) і Е1 (2 Мбіт/с), які розділено на 23 і 30 каналів типу В відповідно, і, крім цього, мають один сигнальний D канал зі швидкістю 64 кбіт/с (23В + D або 30В + D).

Виділена лінія може використовувати як окремий канал В, так і їх комбінацію для досягнення збільшення швидкості.

Як налаштування, так і роз'єднання зв'язку між абонентами здійснюються через сигнальний канал і відбуваються майже миттєво.

Обрана швидкість каналу має дорівнювати або перевищувати пікову швидкість передавання джерела під час усього сеансу зв'язку, хоча середня швидкість передавання може бути дуже низькою. Це принципово важливо для передавання мовлення, а особливо – відео. Зміна швидкості передавання у даному випадку характеризується «вибуховим» (пачковим) режимом роботи джерела, на відміну від рівномірного, так званого ізохронного потоку. Наприклад, коли майже застигла відеокартинка раптом змінюються новим кадром. Аналогічне можна спостерігатися у процесі передавання мовлення.

Таким чином, «вибуховий» трафік не забезпечує ефективне використання пропускної здатності каналу навіть у процесі багатошвидкісної комутації каналів.

Цифрові мережі ISDN виникли як альтернатива традиційним аналоговим мережам із застосуванням модемів, виокремлених (виділених) ліній, іншим службам глобальних мереж. Маючи значно більшу гнучкість у порівнянні з простою комутацією каналів, технології ISDN все ж зберігають фундаментальне обмеження: хоча користувач має можливість вибору швидкості передавання, сам набір швидкостей залишається цілком визначеним (фіксованим).

Системи комутації, розроблені для багатошвидкісної комутації каналів, складаються з набору окремих комутаторів, кожен із яких здійснює комутацію каналів з певною швидкістю. Інформація з абонентської лінії до надходження на різні комутатори демультиплексується, а інформація від комутатора до абонентського лінії, навпаки, мультиплексується.

Незважаючи на всі переваги технології ISDN, мережеві ресурси продовжують використовуватися неефективно. Так, наприклад, якщо всі низькошвидкісні комутатори зайнято, то додаткове низькошвидкісне під’єднання не відбудеться, незважаючи на те, що високошвидкісні комутатори у цей час є вільними.

10. Загальний огляд телекомунікаційних технологій, що забезпечують асинхронної, режим перенесення інформаційних повідомлень 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.