Раздел 3 Технологии физического уровня Тема 12 Кодирование. Избыточный код 4В/5В. Скремблирование. Компрессия данных. Обнаружение и коррекция ошибок Методы. - презентация

1 Раздел 3 Технологии физического уровня Тема 12 Кодирование. Избыточный код 4В/5В. Скремблирование. Компрессия данных. Обнаружение и коррекция ошибок Методы обнаружения ошибок. Методы коррекции ошибок.

2 Для улучшения потенциальных кодов, подобных AMI, NRZI, RZ или 2Q1B используются два метода. Первый метод основан на добавлении в исходный код избыточных битов, содержащих логические единицы. Но этот метод снижает полезную пропускную способность линии, так как избыточные единицы пользовательской информации не несут. Второй метод основан на предварительном «перемешивании» исходной информации таким образом, чтобы вероятность появления единиц и нулей на линии становилась минимальной. Устройства, или блоки, выполняющие такую операцию, называются скремблерами. Кодирование. Избыточный код 4В/5В. Скремблирование

3 Избыточные коды основаны на разбиении исходной последовательности битов на порции, которые часто называют символами. Затем каждый исходный символ заменяется новым с большим количество битов, чем: исходный, Например, в логическом коде 4B/5B, используемом в технологиях FDDI и Fast Ethernet, исходные символы длиной 4 бит заменяются символами длиной 5 бит. Применяется также код 8В/6Т.В коде 8В/6Т для кодирования 8 бит исходной информации используется код из 6 сигналов, каждый из которых имеет три состояния. Избыточность кода 8В/6Т выше, чем кода 4В/5В, так как на 256 исходных кодов приходится 3 6 =729 результирующих символов Кодирование. Избыточный код 4В/5В.

4 В избыточном коде 4В/5В результирующие символы могут содержать 32 битовых комбинации, в то время как исходные символы только 16 (Табл. 3_12.1). Поэтому в результирующем коде можно отобрать 16 таких комбинаций, которые не содержат большого количества нулей, а остальные считать запрещенными кодами (code violations). Помимо устранения постоянной составляющей и придания коду свойства само синхронизации, избыточные коды позволяют приемнику распознавать искаженные биты. Если приемник принимает запрещенный код, значит, на линии произошло искажение сигнала. Кодирование. Избыточный код 4В/5В.

5 Кодирование. Избыточный код 4В/5В. Исходный код Результирующий код Исходный код Результирующий код Таблица 3_12.1 Соответствие исходных и результирующих кодов 4В/5В

6 Кодирование. Скремблирование Скремблирование заключается в побитном вычислении результирующего кода на основании битов исходного кода и полученных в предыдущих тактах битов результирующего кода. Скремблер может реализовывать следующее соотношение: Bi = Ai Bi- 3 Bi- 5 Здесь B i - двоичная цифра результирующего кода, полученная на i-м такте работы скремблера, А i -двоичная цифра исходного кода, поступающая на i-м такте на вход скремблера. B i-3 и B i-5 двоичные цифры результирующего кода, полученные на предыдущих тактах работы скремблера (соответственно на 3 и на 5 тактов ранее текущего такта) и объединенные операцией исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2).

7 Кодирование. Скремблирование Например, для исходной последовательности В 1 = А 1 =1 В 2 = А 2 =1 В 3 = А 3 =0 В 4 = А 4 В 1 =1 1=0 В 5 = А 5 В 2 =1 1=0 В 6 = А 6 В 3 В 1 =0 0 1= 1 В 7 = А 7 В 4 В 2 = = 1 В 8 = А 8 В 5 В 3 = = 0 В 9 = А 9 В 6 В 4 = = 1 В 10 = А 10 В 7 В 5 =0 1 0 = 1 В 11 = А 11 В 8 В 6 =0 0 1= 1 В 12 = А 12 В 9 В 7 =1 1 1= 1

8 Таким: образом, на выходе скремблера появится последовательность , в которой нет последовательности из шести нулей, присутствовавшей в исходном коде. Кодирование. Скремблирование Дескремблер : реализовывает следующее соотношение: C i = B i B i-3 B i-5 C i = (A i B i-3 B i-5 ) B i-3 B i-5 = A i B i-3 B i-5 B i-3 B i-5 = A i

9 Метод кодирования B8ZS и HDB3 Биполярное кодирование AMI Код B8ZS исправляет только последовательности, состоящие из 8 нулей. После первых трех нулей: вместо оставшихся пяти нулей вставляет пять цифр: V-1-0-V-1. Здесь V обозначает сигнал единицы, запрещенной (Violations) для данного такта, полярности, то есть сигнал, не изменяющий полярность предыдущей единицы, (знак звездочки отмечает тот факт, что в исходном коде; в этом: такте была не единица, а ноль). Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (Alternate Mark Inversion, AMI). В этом методе применяются три уровня потенциала отрицательный, нулевой и положительный (рис ). Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциал. Логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей.

10 Биполярное кодирование AMI Рис Квазитроичное кодирование (AMI)

11 Корректировка кода AMI.

12 В результате на 8 тактах приемник наблюдает 2 искажения - очень маловероятно, что это случается из-за шума на линии или других сбоев передачи, Поэтому приемник считает такие нарушения кодировкой 8 последовательных нулей и после приема заменяет их исходными 8 нулями. Код B8ZS построен так, что его постоянная составляющая равна, нулю при любых последовательностях двоичных цифр. Код HDB3 исправляет любые четыре смежных нуля в исходной последовательности. Правила формирования кода HDB3 более сложные, чем: кода. B8ZS. Каждые четыре нуля заменяются четырьмя сигналами, в которых имеется один сигнал. V Для: подавления постоянной составляющей полярность сигнала V чередуется при последовательных заменах. Кроме того для замены: используются два образца четырех тактовых кодов. Если перед заменой исходный код содержал нечетное число единиц, задействуется последовательность 000V, а если число единиц было четным -последовательность 1*00V. Метод кодирования B8ZS и HDB3

13 Рис Спектры потенциальных и импульсных кодов NNN N 3N 2N5N А 1,2 А NRZ2B1Q4B/5B Манчестерский и биполярный импульсный коды B8ZS F (Hz) N – информационная скорость (bps) A – амплитуда сигнала

14 Компрессия данных. На практике используется ряд алгоритмов компрессии, каждый из которых применим к определенному типу данных. Некоторые модемы (называемые интеллектуальными) предлагают адаптивную компрессию, при которой в зависимости от передаваемых данных выбирается определенный алгоритм компрессии.

15 Компрессия данных. Десятичная упаковка Десятичная упаковка- данные состоят только из чисел, вместо 7 битов кода ASCII используемых на цифру используется 4 бита. Просмотр таблицы ASCII показывает, что старшие три бита всех кодов десятичных цифр содержат комбинацию 011. Если все данные в кадре информации состоят из десятичных цифр, то, поместив в заголовок кадра соответствующий управляющий символ, можно существенно сократить длину кадра. Этот метод носит название десятичной упаковки.

16 Компрессия данных. Относительное кодирование. Относительное кодирование – ( Альтернатива десятичной упаковке) применяется при передаче числовых данных с небольшими отклонениями между последовательными цифрами. Передаются только отклонения цифровой последовательности вместе с известным опорным значением. Относительное кодирование используется, в частности, при цифровом кодировании голоса с помощью кода ADPCM, когда в каждом такте передается только разница между соседними замерами голоса.

17 Компрессия данных. Символьное подавление Часто передаваемые данные содержат большое количество повторяющихся байтов. Например, при передаче черно- белого изображения черные поверхности будут порождать большое количество нулевых значений, а максимально освещенные участки изображения большое количество байтов, состоящих из всех единиц. Передатчик сканирует последовательность передаваемых байтов, и если обнаруживает последовательность из трех или более одинаковых байтов, заменяет ее специальной трехбайтовой последовательностью, в которой указывает значение байта, количество его повторений, а также отмечает начало этой последовательности специальным управляющим символом. Этот метод носит название символьного подавления.

18 Компрессия данных. Статистическое кодирование. В метоле кодирования с помощью кодов переменной длины используется тот факт, что не все символы в передаваемом кадре встречаются с одинаковой частотой. Поэтому во многих схемах кодирования коды часто встречающихся символов заменяют кодами меньшей длины, а редко встречающихся кодами большей длины. Такое кодирование называется также статистическим кодированием. Из-за того что символы имеют разную длину, для передачи кадра возможна только бит- ориентированная передача.

19 Компрессия данных. Статистическое кодирование. При статистическом кодировании коды выбираются таким образом, чтобы при анализе последовательности битов можно было бы однозначно определить соответствие определенной порции битов тому или иному символу или же запрещенной комбинации битов. Например, если при неравномерном кодировании для наиболее часто встречающегося символа «Р» выбран код 1, состоящий из одного бита, то значение 0 однобитного кода будет запрещенным. Иначе мы сможем закодировать только два символа. Для другого часто встречающегося символа «О» можно использовать код 01, а код 00 оставить как запрещенный. Тогда для символа «А» можно выбрать код 001, для символа «П» код 0001 и т. п

20 Компрессия данных. Статистическое кодирование. Неравномерное кодирование наиболее эффективно, когда неравномерность распределения частот передаваемых символов велика, как при передаче длинных текстовых строк. Напротив, при передаче двоичных данных например кодов программ, оно малоэффективно, так как 8-битные коды при этом распределены почти равномерно..

21 Бит-ориентированный протокол Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Для разделения кадров использую- тся специальные последовательности - флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце - флаг закрывающий. Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт- ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.

22 Компрессия данных. Многие модели коммуникационного оборудования, такие как модемы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы, поддерживают протоколы динамической компрессии, позволяющие сократить объем передаваемой информации в 4, а иногда и в 8 раз. В таких случаях говорят, что протокол обеспечивает коэффициент сжатия 1:4 или 1:8. Существуют стандартные протоколы компрессии, например V.42bis, а также большое количество нестандартных, фирменных протоколов. Реальный коэффициент компрессии зависит от типа передаваемых данных. Так, графические и текстовые данные обычно сжимаются хорошо, а коды программ хуже..

23 Компрессия данных. Многие модели коммуникационного оборудования, такие как модемы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы, поддерживают протоколы динамической компрессии, позволяющие сократить объем передаваемой информации в 4, а иногда и в 8 раз. В таких случаях говорят, что протокол обеспечивает коэффициент сжатия 1:4 или 1:8. Существуют стандартные протоколы компрессии, например V.42bis, а также большое количество нестандартных, фирменных протоколов. Реальный коэффициент компрессии зависит от типа передаваемых данных. Так, графические и текстовые данные обычно сжимаются хорошо, а коды программ хуже..

24 Обнаружение и коррекция ошибок Существуют протоколы, которые обеспечивают надежность за счет повторной передачи искаженных или потерянных пакетов, т.е. на физическом уровне приемник в состоянии распознать факт искажения информации в принятом кадре. Более эффективным подходом, чем повторная передача пакетов, является использование самокорректирующихся кодов, которые позволяют не только обнаруживать, но и исправлять ошибки в принятом кадре...

25 Обнаружение и коррекция ошибок Для обнаружения ошибок, часто используют контрольную сумму, или контрольную последовательность кадра (Frame Check Sequence FCS). Контрольная сумма вычисляется как функция от основной информации, причем не обязательно путем суммирования. Принимающая сторона повторно вычисляет контрольную сумму кадра по известному алгоритму и в случае ее совпадения с контрольной суммой, вычисленной передающей стороной, делает вывод о том, что данные были переданы через сеть корректно. Двойная ошибка, например , будет неверно принята за корректные данные. Поэтому контроль по паритету применяется к небольшим порциям данных, как правило, к каждому байту, что дает коэффициент избыточности для этого метода 1/8. Метод редко применяется в компьютерных сетях из-за значительной избыточности и невысоких диагностических способностей.

26 Обнаружение ошибок: алгоритмы вычисления контрольной суммы Контроль по паритету. Метод заключается в суммировании по модулю 2 всех битов контролируемой информации. Нетрудно заметить, что для информации, состоящей из нечетного числа единиц, контрольная сумма всегда равна 1, а при четном числе единиц 0. Двойная ошибка, например , будет неверно принята за корректные данные. Поэтому контроль по паритету применяется к небольшим порциям данных, как правило, к каждому байту, что дает коэффициент избыточности для этого метода 1/8. Метод редко применяется в компьютерных сетях из-за значительной избыточности и невысоких диагностических способностей.

27 Обнаружение и коррекция ошибок Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету представляет собой модификацию описанного выше метода. Его отличие состоит в том, что исходные данные рассматриваются в виде матрицы, строки которой составляют байты данных. Контрольный разряд подсчитывается отдельно для каждой строки и для каждого столбца матрицы. Этот метод обнаруживает большую часть двойных ошибок, однако обладает еще большей избыточностью. На практике этот метод сейчас также почти не применяется при передаче информации по сети.

28 Обнаружение и коррекция ошибок Циклический избыточный контроль (Cyclic Redundancy Check, CRC) является в настоящее время наиболее популярным методом контроля в вычислительных сетях (и не только в сетях, например, этот метод широко применяется при записи данных на гибкие и жесткие диски). Метод основан на рассмотрении исходных данных в виде одного многоразрядного двоичного числа. Например, кадр стандарта Ethernet, состоящий из 1024 байт, будет рассматриваться как одно число, состоящее из 8192 бит. Контрольной информацией считается остаток от деления этого числа на известный делитель R. Обычно в качестве делителя выбирается семнадцати- или тридцати -трехразрядное число, чтобы остаток от деления имел длину 16 разрядов (2 байт) или 32 разряда (4 байт). При получении кадра данных снова вычисляется остаток от деления на тот же делитель R, но при этом к данным кадра добавляется и содержащаяся в нем контрольная сумма. Если остаток от деления на R равен нулю, то делается вывод об отсутствии ошибок в полученном кадре, в противном случае кадр считается искаженным.

29 Обнаружение и коррекция ошибок Методы коррекции ошибок Техника кодирования, которая позволяет приемнику не только понять, что присланные данные содержат ошибки, но и исправить их, называется прямой коррекцией ошибок (Forward Error Correction, FEC). Коды, которые обеспечивают прямую коррекцию ошибок, требуют введения большей избыточности в передаваемые данные, чем коды, которые только обнаруживают ошибки. При применении любого избыточного кода не все комбинации кодов являются разрешенными. Например, контроль по паритету делает разрешенными только половину кодов. Если мы контролируем три информационных бита, то разрешенными 4-битными кодами с дополнением до нечетного количества единиц будут: 000 1, 001 0, 010 0,011 1, 100 0, 101 1, 110 1, 111 0, то есть всего 8 кодов из 16 возможных.

30 Обнаружение и коррекция ошибок Методы коррекции ошибок Для того чтобы оценить количество дополнительных битов, требуемых для исправления ошибок, нужно знать так называемое расстояние Хемминга между разрешенными комбинациями кода. Расстоянием Хемминга называется минимальное число битовых разрядов, в которых отличается любая пара разрешенных кодов. Для схем контроля по паритету расстояние Хемминга равно 2. Можно доказать, что если мы сконструировали избыточный код с расстоянием Хемминга равным n, то такой код будет в состоянии распознавать (п-1)-кратные ошибки и исправлять (п-1)/2-кратные ошибки. Так как коды с контролем по паритету имеют расстояние Хемминга равное 2, то они могут только обнаруживать однократные ошибки и не могут исправлять ошибки.

31 Обнаружение и коррекция ошибок Методы коррекции ошибок Коды Хемминга эффективно обнаруживают и исправляют изолированные ошибки, то есть отдельные искаженные биты, которые разделены большим количеством корректных битов. Однако при появлении длинной последовательности искаженных битов (пульсации ошибок) коды Хемминга не работают. Пульсации ошибок характерны для беспроводных каналов, о которых применяют сверточные коды. Поскольку для распознавания наиболее вероятного корректного кода в этом методе используется решетчатая диаграмма, то такие коды еще называют решетчатыми. Эти коды используются не только в беспроводных каналах, но и в модемах.

32 Мультиплексирование и коммутация Методы кодирования и коррекции ошибок позволяют создать в некоторой среде, например в медных проводах кабеля, линию связи. Однако для эффективного соединения пользователей сети -этого недостаточно. Нужно образовать в этой линии отдельные каналы передачи данных, которые можно использовать для коммутации информационных потоков пользователей. Для создания пользовательского канала коммутаторы первичных сетей должны поддерживать какую-либо технику мультиплексирования и коммутации.

33 Мультиплексирование и коммутация В настоящее время для мультиплексирования абонентских каналов используются: частотное мультиплексирование (Frequency Division Multiplexing. FDM); волновое мультиплексирование (Wave Division Multiplexing, WDM). временное мультиплексирование (Time Division Multiplexing, TDM); множественный доступ с кодовым разделением (Code Division Multiple Access. CDMA). Метод TDM используется при коммутации как каналов, так пакетов. Методы FDM, WDM и CDMA пригодны исключительно для коммутации каналов.

34 Обнаружение и коррекция ошибок Мультиплексирование и коммутация Техника частотного мультиплексирования (FDM) была разработана для телефонных сетей, но применяется она и для других видов сетей, например первичных сетей (микроволновые каналы) или сетей кабельного телевидения. Основная идея этого метода состоит в выделении каждому соединению своего собственного диапазона частот в общей полосе пропускания линии связи. На основе этого диапазона и создается канал. Данные, передаваемые в канале, модулируются с помощью одного из описанных выше методов с использованием несущей частоты, принадлежащей диапазону канала. Мультиплексирование выполняется с помощью смесителя частот, а демультиплексирование с помощью узкополосного фильтра, ширина которого равна ширине диапазона канала.

35 Обнаружение и коррекция ошибок Мультиплексирование и коммутация Техника частотного мультиплексирования (FDM) была разработана для телефонных сетей, но применяется она и для других видов сетей, например беспроводных первичных сетей (микроволновые каналы) или сетей кабельного телевидения. Основная идея FDM состоит в выделении каждому соединению своего собственного диапазона частот в общей полосе пропускания линии связи. На основе этого диапазона и создается канал. Данные, передаваемые в канале, модулируются с помощью одного из описанных выше методов с использованием несущей частоты, принадлежащей диапазону канала. Мультиплексирование выполняется с помощью смесителя частот, а демультиплексирование с помощью узкополосного фильтра, ширина которого равна ширине диапазона канала.

36 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе методов FDM и WDM Выходной FDM-коммутатор выделяет модулированные сигналы каждой несущей частоты и передает их на соответствующий выходной канал, к которому непосредственно подключен абонентский телефон. FDM-коммутаторы могут выполнять как динамическую, так и постоянную коммутации. При динамической коммутации один абонент инициирует соединение с другим абонентом, посылая в сеть номер вызываемого абонента. Коммутатор динамически выделяет данному абоненту одну из свободных полос своего уплотненного канала. При постоянной коммутации за абонентом полоса в 4 кГц закрепляется на длительный срок путем настройки коммутатора по отдельному входу, недоступному пользователям.

37 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе методов FDM и WDM Рис FDM-коммутация

38 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе методов FDM и WDM В методе волнового мультиплексирования (WDM) используется тот же принцип частотного разделения каналов, но только в другой области электромагнитного спектра. Информационным сигналом является не электрический ток и не радиоволны, а свет. Для организации WDM-каналов в волоконно-оптическом кабеле используются волны инфракрасного диапазона длиной от 850 до 1565 нм, что соответствует частотам от 196 до 350 ТГц. В магистральном канале обычно мультиплексируется несколько спектральных каналов до 16, 32, 40, 80 или 160, причем, начиная с 16 каналов, такая техника мультиплексирования называется уплотненным волновым мультиплексированием (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM). Внутри такого спектрального канала данные могут кодироваться как дискретным способом, так и аналоговым. По сути WDM и DWDM это реализации идеи частотного аналогового мультиплексирования, но в другой форме.

39 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе метода TDM Переход к телефонной связи (Белтелеком, Ростелеком и пр.) на «цифру» стимулировал разработку новой техники мультиплексирования, ориентированной на дискретный характер передаваемых данных и носящей название временного мультиплексирования (TDM). Принцип временного мультиплексирования заключается в выделении канала каждому соединению на определенный период времени (длинной в один импульс). Применяются два типа временного мультиплексирования - асинхронный и синхронный. С асинхронным режимом TDM мы уже знакомы он используется в сетях с коммутацией пакетов. Каждый пакет занимает канал определенное время, необходимое для его передачи между конечными точками канала. Между различными информационными потоками нет синхронизации, каждый пользователь пытается занять канал тогда, когда у него возникает потребность в передаче информации. При синхронном режиме TDM доступ всех информационных потоков к каналу синхронизируется таким образом, чтобы каждый информационный поток периодически получал канал в свое распоряжение на фиксированный промежуток времени.

40 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе метода TDM Рис Коммутация на основе разделения канала во времени.

41 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе метода TDM Аппаратура TDM- сетей - мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры - работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая в течение цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл равен 125 мкс, что соответствует периоду следования замеров голоса в цифровом абонентском канале. Это значит, что мультиплексор или коммутатор успевает вовремя обслужить любой абонентский канал и передать его очередной замер далее по сети. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый также тайм- слотом. Длительность тайм- слота зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых мультиплексором или коммутатором. Мультиплексор принимает информацию по N входным каналам от конечных абонентов, каждый на которых передаст данные по абонентскому каналу со скоростью 64 Кбит/с 1 байт каждые 125 мкс. В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия: 1. Прием от каждого канала очередного байта данных. 2. Составление кадра из принятых байтов. 3. Передача кадра на выходной канал с битовой скоростью, равной N х 64 Кбит/с.

42 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе метода TDM Порядок следования байта в кадре соответствует номеру входного канала, от которого этот байт получен. Количество обслуживаемых мультиплексором абонентских каналов зависит от его быстродействия. Например, мультиплексор типа Т1, представляющий собой первый промышленный мультиплексор, работавший по технологии TDM. поддерживает 24 входных абонентских канала, создавая на выходе обоймы стандарта Т1, передаваемые с битовой скоростью 1,544 Мбит/с. У нас применяется европейский стандарт -30 каналов, на выходе 2,048Мбит/с – стандартный поток E1. Демулътиплексор решает обратную задачу он разбирает байты кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.

43 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе метода TDM Коммутатор принимает кадр по скоростному каналу от мультиплексора и записывает каждый байт из него в отдельную ячейку своей буферной памяти, причем в том порядке, в котором эти байты были упакованы в уплотненный кадр. Для выполнения операции коммутации байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в том порядке, который соответствует поддерживаемым в сети соединениям абонентов. Так, например, если первый абонент левой части сети на рис должен соединиться со вторым абонентом в правой части сети, то байт, записанный в первую ячейку буферной памяти, будет извлекаться из нее вторым. «Перемешивая» нужным образом байты в кадре, коммутатор обеспечивает соединение конечных абонентов в сети.

44 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе метода TDM Однажды выделенный номер тайм- слота остается в распоряжении соединения в течение всего времени существования этого соединения, даже если передаваемый трафик является пульсирую- щим и не всегда использует закрепленный за ним тайм-слот. Это означает, что соединение в TDM-сети всегда обладает известной и фиксированной пропускной способностью, кратной 64 Кбит/с. Работа TDM-оборудования напоминает работу сетей с коммутацией пакетов, так как каждый байт данных можно считать некоторым элементарным пакетом. Однако в отличие от пакета компьютерной сети, «пакет» TDM-сети не имеет индивидуального адреса. Его адресом является порядковый номер в кадре или номер выделенного тайм- слота в мультиплексоре или коммутаторе. Сети, использующие технику TDM, требуют синхронной работы всего оборудования, что и определило второе название этой техники - синхронный режим передачи (Synchronous Transfer Mode, STM).

45 Мультиплексирование и коммутация Коммутация каналов на основе метода TDM Нарушение синхронности разрушает требуемую коммутацию абонентов, так как при этом теряется адресная информации. Поэтому перераспределение таим- слотов между различными каналами в TDM-оборудовании невозможно, даже если в каком-то цикле работы мультиплексора тайм-слот одного из каналов оказывается избыточным, поскольку на входе этого канала в данный момент нет данных для передачи (например, абонент телефонной сети молчит). Существует модификация техники TDM, называемая статистическим временным мультиплексированием (Statistical TDM. STDM). Эта техника разработана специально для того, чтобы с помощью временно свободных тайм- слотов одного канала можно было увеличить пропускную способность остальных. Для решения этой задачи каждый байт данных дополняется полем адреса небольшой длины, например в 4 или 5 бит, что позволяет мультиплексировать 16 или 32 канала. Фактически. STDM представляет собой уже технику коммутации пакетов, но только с очень упрощенной адресацией и узкой областью применения. Техника STDM не стала популярной н используется в основном в нестандартном оборудовании подключения терминалов к мэйнфреймам. Развитием идей статистического мультиплексирования стала технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM), которая относится уже к коммутации пакетов.

46 Дуплексный режим работы канала Дуплексный режим наиболее универсальный и производительный способ работы канала. Самым простым вариантом организации дуплексного режима является использование двух независимых линий связи (двух пар проводников или двух оптических волокон) в кабеле, каждая из которых работает в симплексном режиме, то есть передаст данные в одном направлении. Иногда такое простое решение оказывается недоступным или неэффективным, например, когда прокладка второй линии связи ведет к большим затратам. Так, при обмене данными с помощью модемов через телефонную сеть у пользователя имеется только одна линия связи с телефонной станцией двухпроводная. В таких случаях дуплексный режим работы организуется на основе разделения линии связи на два логических канала с помощью техники FDM или TDM.

47 Дуплексный режим работы канала При использовании техники FDM для организации дуплексного канала диапазон частот делится на две части. Деление может быть симметричным и асимметричным, в последнем случае скорости передачи информации в каждом направлении отличаются (популярный пример такого подхода технология ADSL, используемая для широкополосного доступа в Интернет). В случае когда техника FDM обеспечивает дуплексный режим работы, ее называют дуплексной связью с частотным разделением (Frequency Division Duplex. FDD). При цифровом кодировании дуплексный режим на двухпроводной линии организуется с помощью техники TDM. Часть тайм- слотов используется для передачи данных в одном направлении, а часть в другом Обычно тайм- слоты противоположных направлений чередуются, из-за чего такой способ иногда называют «пинг-понговой» передачей. Дуплексный режим TDM получил название дуплексной связи с временным разделением (Time Division Duplex, TDD).

48 Дуплексный режим работы канала В волоконно-оптических кабелях с одним оптическим волокном для организации дуплексного режима работы может применяться технология DWDM. Передача данных в одном направлении осуществляется с помощью световою пучка одной длины волны, а в обратном другой длины волны. Собственно, решение частной задачи создание двух независимых спектральных каналов в одном окне прозрачности оптического волокна и привело к рождению технологии WDM. которая затем трансформировалась о DWDM.

49 Дуплексный режим работы канала Появление мощных процессоров DSP (Digital Signal Processor), которые могут выполнять сложные алгоритмы обработки сигналов в реальном времени, сделало возможным еще один вариант дуплексной работы. Два передатчика работают одновременно навстречу друг другу, создавая в канале суммарный аддитивный сигнал. Так как каждый передатчик знает спектр собственного сигнала, то он вычитает его из суммарного сигнала, получая в результате сигнал, посылаемый другим передатчиком.