Методы мультиплексирования и множественный доступ.

Процесс мультиплексирования представляет собой процедуру уплотнения данных для передачи такого потока по общей линии связи с целью значительного повышения пропускной способности информационного канала (Рис 1). Коммутационное устройство, способное создавать уплотненные потоки данных, называется мультиплексором (MUX). Обратный процесс, т.е. разуплотнение данных, называетсядемультиплексированием.  А устройство с такой коммутацией именуется демультиплексором (DEMUX).

Рис 1.  Мультиплексирование и демультиплексирование данных

Существует три основных метода мультиплексирования:
— частотное мультиплексирование (FDM, Frequency Division Multiplexing) или, более точно, мультиплексирование с разделением частоты
— временное мультиплексирование (ТDM, Time Division Multiplexing) или мультиплексирование с разделением времени

— волновое мультиплексирование (WDM, Wavelength Division Multiplexing) или мультиплексирование с разделением по длине волны.    

Частотное мультиплексирование (FDM). 
Мультиплексирование с разделением частоты (Рис 2) используется в телефонных сетях для организации передачи голосового сигнала, а также может применяться в кабельном телевидении.   

 Рис 2.  Частотное мультиплексирование и демультиплексирование

Основная идея частотного мультиплексирования заключается в следующем. На первом этапе   идет процесс разделения общего широкополосного канала связи на отдельные полосы частот (подканалы), на которые накладываются абонентские частотные диапазоны. На втором этапе,  чтобы избежать взаимного влияния уплотненных пользовательских диапазонов, в каждый подканал добавляется страховая частотная неинформативная полоса, так называемая полоса расфильтровки. Речевой спектр гармоник включает в себя ширину частот от 300 Гц до 3400 Гц. Таким образом, размер каждого подканала равен 4 кГц, где 3,1 кГц — голосовой информативный диапазон + 0,9 кГц — полоса расфильтровки. В методе частотного мультиплексирования предусмотрено три стандартизованных уровня иерархии уплотненных абонентских подканалов:

1-ый уровень, базовая группа — 12 абонентских подканалов в полосе шириной в 48 кГц от 60 кГц до 108 кГц. Этот стандарт наиболее распространенный.
2-ой уровень, супергруппа — 5 базовых группа (60 абонентских подканалов) в полосе шириной в 240 кГц от 312 кГц до 552 кГц.
3-ий уровень, главная группа — 10 супергрупп (600 абонентских подканалов) в полосе шириной 2520 кГц от 564 кГц до 2048 кГц.
Надо сказать, что в использовании метода мультиплексирования с разделением частоты появился некий парадокс. С одной стороны, эта техника уплотнения аналоговых данных (FDM)  стала уступать технике уплотнения цифровых данных (TDM)  из-за своего существенного недостатка – появления шумов при наращивании усиления голосового сигнала. А с другой стороны с использованием оптического волокна в качестве новой среды передачи данных явился на свет (оборот в тему!) метод волнового уплотнения светового излучения  (WDM).  А волна и частота, как известно, – обратно пропорциональные параметры. По сему, частотное мультиплексирование логически “влилось” в волновое мультиплексирование. Повысился  статус!

Временное мультиплексирование (TDM).
Мультиплексирование с разделением по времени (Рис 3) широко применяются в сетевых технологиях PDH, SDH/SONET, АТМ, Ethernet, PON. 
 

Рис 3. Временное мультиплексирование и демультиплексирование
 

Суть этого метода мультиплексирования с разделением времени заключается в следующем:  с помощью TDM-мультиплексора входные абонентские каналы последовательно подключаются  к общему каналу связи на определенный интервал времени, так называемый тайм-слот, а на приемной стороне  демультиплексор разуплотняет общий  поток на отдельные выборки и распределяет их по соответствующим приемным абонентским каналам.
 

Волновое мультиплексирование (WDM)
Мультиплексирование с разделением дины волны появилось с возникновением оптического волокна.  Волновое мультиплексирование — процедура уплотнения спектра оптических инфракрасных волн, использующая уникальное свойство оптического волокна на WDM-мультиплексирование (Рис 4).  Суть этого явления такова: на одном оптическом волокне с помощью волнового оптического мультиплексора появилась возможность уплотнить целый спектр несущих лазерных волн и соответственно на стадии приема — разуплотнить этот световой  поток на отдельные волны, используя оптический демультиплексор.  Такая возможность значительно увеличивает пропускную способность волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).   

 

Рис 4. Волновое мультиплексирование и демультиплексирование
 

Путь развития способов мультиплексирования с разделением по длине волны шел по следующей схеме: WDM → DWDM → HDWDM → CWDM, где
1-ый этап: 2-х и 3-х канальное мультиплексирование (WDM)
2-ой этап: плотное мультиплексирование (DWDM) до 88 каналов
3-ий этап — высокоплотное мультиплексирование (HDWDM) до 256 каналов
4-ый этап — разреженное мультиплексирование (CWDM) до 16 каналов.
Исторически первыми появились двухволновые WDM-сплиттеры, работающие в дуплексном режиме на длинах волн из второго и третьего окон прозрачности оптического волокна в 1310 нм и 1550 нм (см. в рубрике “Полезная информация” нашего сайта под названием “Окна прозрачности и спектральные диапазоны оптического волокна”).  Позже в WDM-сплиттер была добавлена третья волна в 1490 нм. Такие недорогие мультиплексоры в силу  своей простоты при установки и подключении незаменимы в оптических сетях типа PON. Пара волн 1310/1490 нм, работая в интерактивном режиме, используется в Интернете и IP-телефонии. А волна 1550 нм предназначена для кабельного телевидения. Появление плотного мультиплексирования DWDM (Dense WDM) было связано с потребностью увеличения пропускной способности оптических сетей (PON) и волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Но только тогда DWDM стало реальным и эффективным, когда в ВОЛС начали внедрять оптические эрбиевые усилители (EFDA). И тут встала необходимость  выбрать и стандартизировать три главных определяющих  параметра при таком способе  уплотнения оптического сигнала: опорная волна, диапазон рабочих частот и шаг между каналами.  Выбор пал на волну 1550 нм из второго окна прозрачности оптического волокна. Задание спектрального диапазона и расстояния между каналами определяет, так называемый, частотный план или частотная сетка. Для DWDM по рекомендации ITU-T G.694.1  определен частотный план в волновом диапазоне 1528.77 – 1568.77 нм с шагом 0.8 нм или в частотном измерении в промежутке 196.1 – 191.1 ТГц  с шагом 100 ГГц.  В настоящее время  разработан частотный план с уменьшенным шагом  в 50 ГГц (0.4 нм)  для высокоплотного мультиплексирования HDWDM (High Dense WDM), а в экспериментальных системах уже предлагается HDWDM  c частотными сетками с канальными промежутками в 25 ГГц (0.2 нм) и 12.5 ГГц (0.1 нм)!

Однако процесс высокоплотного мультиплексирования не может быть бесконечен и безусловно имеет свой логический предел. И главным критерием востребованности систем типа HDWDM является прежде всего  цена приемо-передающих компонентов  ВОЛС. Для сравнительно недорогого и качественного волнового уплотнения  было разработано разреженное CWDM (Coarse WDM) мультиплексирование  с частотным планом (ITU-T G.694.2) в диапазоне 1270 – 1610 нм  с шагом 20 нм, Такая частотная сетка задает 18 частот для мультиплексирования от 4 до 16 каналов.
Широкое применение оптического волокна в технологиях PON и FTTH с  использованием волнового спектрального мультиплексирования в  каналах ВОЛС привело к кардинальному прорыву в области построения актуальных сетей передачи данных с высочайшей скоростью и небывалой пропускной способностью.

Теперь о множественном доступе.  Множественный доступ — это способ разделения общего ресурса канала связи между участниками информационного обмена. При этом эффективность и достаточность множественного доступа как такового и как процедуры коллективного взаимодействия пользователей, может состояться только при  наличии технологии, значительно увеличивающей пропускную способность канала связи. В этом контексте множественный доступ в зависимости от того, какая схема работает на увеличение пропускной способности канала связи, разделяется на следующие типы:

 С использованием методов  мультиплексирования
— множественный доступ с разделением частоты (FDMA)
— множественный доступ с разделением времени(TDMA)
— множественный доступ с разделением по длине волны(WDMA).

С использованием других методов
— множественный доступ с передачей полномочия или маркера (ТРМА)
— множественный доступ с прослушиванием несущей  и обнаружения коллизий (CSMA/CD).

Множественный доступ ТРМА использует детерминированный маркерный метод передачи данных, иногда такой способ  именуется эстафетным,  так как право передачи запускается по эстафете от абонента к абоненту. Этот  метод  предполагает обязательно кольцевую топологию расположения абонентов, причем строятся два кольца: одно кольцо является резервным в случае аварийных ситуациях или сбоях. Суть метода такова. По кольцу непрерывно вращается маркер (token), специальный управляющий пакет. Отсюда еще одно название метода – токеновый! Так вот, если маркер свободный — он дает право абоненту на передачу. Абонент, получивший свободный маркер, делает маркер занятым, присоединяет к нему свой пакет информации и пускает такую посылку по кругу. Остальные абоненты в кольце анализируют эту посылку на предмет адресата. Если абоненту не адресована посылка, он пускает ее по кругу. Если  абонент находит в посылке свой адрес, он принимает инфо, маркер помечает как принятый и пускает посылку снова по кольцу.  Передающий абонент, получивший  обратно свою посылку с отметкой о приеме, удаляет свой информационный пакет, помечает token (маркер) как свободный и отправляет чистенький token дальше по кольцу.  Все снова повторяется.  Множественный доступ с передачей маркера успешно применяется в технологиях  Token Ring  и FDDI.

Множественный доступ CSMA/CD использует метод коллективного доступа с опознаванием несущей частоты и обнаружением коллизий. Такой множественный метод доступа не позволяет создать коллизию, т.е. ситуацию одновременной передачи данных по общему каналу нескольких пользователей. Информационной единицей является кадр, наложенный (модулированный) на несущую частоту (5-10 МГц). Заголовок кадра  содержит адреса отправителя и получателя кадра. Принцип работы такого доступа основан на двух основополагающих моментах: первый, каждый абонент определяет ситуацию, когда он может передать кадр, второй, каким образом должен вести себя передающий абонент в случае одновременного начала передачи кадра другим абонентом. Ситуация – свободен канал связи или нет, определяется  прохождением по каналу несущей информацию (кадр) частоты. Чтобы уловить суть алгоритма данного метода, рассмотрим работу абонента №1. Итак, абонент №1, которому необходимо передать данные, определил, что в канале связи присутствует несущая, т.е. канал связи занят: наш абонент берет технологическую паузу (9.6 мкс). После паузы он опять переходит в режим прослушивания канала связи на предмет несущей частоты, Несущая – есть! Кто-то ведет передачу, абонент №1 снова берет технологическую паузу. Несущей – нет!  Канал связи свободен, начинается передача кадра. Сразу же передающий абонент №1 следит за состоянием канала связи на факт обнаружения  коллизии. Все пользователи участвуют в прослушке канала, анализируя пришедший  кадр, и тот абонент, чей адрес записан в заголовке кадра, начинает прием кадра. Остальные абоненты игнорируют “чужой” кадр. Если абонент №1 не обнаружил коллизию в течение всей передачи кадра, процесс приема-передачи инфо заканчивается корректно. Если абонент №1 обнаружил факт коллизии, передача кадра прекращается, абонент №1 вбрасывает в канал связи специальный сигнал, получив который одновременно сработавший пользователь прекращает свою передачу, а наш абонент берет случайную паузу, после которой он пытается  продолжить  передачу текущего кадра по вышеуказанному алгоритму. В схеме алгоритма заложено 16 попыток, чтобы корректно завершить прием-передачу текущего кадра. Если из-за коллизий все-таки не получается завершить передачу текущего кадра в рамках данного алгоритма, такой злосчастный кадр просто отбрасывается передающим абонентом №1 и его приемным визави. Далее – опять кто первый!  Множественный метод с опознаванием несущей и обнаружения коллизий хорошо зарекомендовал себя в сетях Ethernet.

Не затрагиваем другие схемы множественного доступа, которые  применяются  в беспроводной связи таких, как: CDMA (с кодовым разделением), OFDMA (с ортогональным разделением частот), SDMA (с пространственным мультиплексированием). Эта тема другой статьи.

Мультиплексирование — это… Что такое Мультиплексирование?

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 26 мая 2011.

В информационных технологиях и связи, мультиплекси́рование (англ. multiplexing, muxing) — уплотнение канала, т. е. передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.

В телекоммуникациях мультиплексирование подразумевает передачу данных по нескольким логическим каналам связи в одном физическом канале. Под физическим каналом подразумевается реальный канал со своей пропускной способностью — медный или оптический кабель, радиоканал.

В информационных технологиях мультиплексирование подразумевает объединение нескольких потоков данных (виртуальных каналов) в один. Примером может послужить видеофайл, в котором поток (канал) видео объединяется с одним или несколькими каналами аудио.

Устройство или программа, осуществляющая мультиплексирование, называется мультиплексором.

Принципы мультиплексирования

Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM)

Мультиплексирование 3 каналов с разделением по частоте

Технология

Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. FDM, Frequency Division Multiplexing) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).

Основные применения

Используется в сетях мобильной связи (см. FDMA) для разделения доступа, в волоконно-оптической связи аналогом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM, Wavelength Division Multiplexing) (где частота — это цвет излучения излучателя), в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагниных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).

Мультиплексирование с разделением по времени (TDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по времени (англ. TDM, Time Division Multiplexing) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.

На рисунке: А, В и С — мультиплексируемые каналы с пропускной способностью (шириной) N и длительностью кадра Δt; E — мультиплексированный канал с той же длительносью Δt но с шириной M*N, один кадр которого (суперкадр) несёт в себе все 3 кадра входных мультиплексируемых сигналов последовательно, каждому каналу отводится часть времени суперкадра — таймслот, длиной Δt_M=Δt/M

Таким образом, канал с пропускной способностью M * N может пропускать M каналов с пропускной способностью N, причём при соблюдении канальной скорости (кадров в секунду) результат демультиплексирования совпадает с исходным потоком канала (А, В или С на рисунке) и по фазе, и по скорости, т. е. протекает незаметно для конечного получателя.

Основные применения

• беспроводные TDMA-сети, Wi-Fi, WiMAX;
• канальная коммутация в PDH и SONET/SDH;
• пакетная коммутация в ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;
• коммутация в телефонных сетях;
• последовательные шины: PCIe, USB.

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по длине волны (англ. WDM, Wavelength Division Multiplexing) предполагает передачу по одному оптическому волокну каналов на различных длинах волн. В основе технологии лежит факт того, что волны с разными длинами распространяются независимо друг от друга. Выделяют три основных типа спектрального уплотнения: WDM, CWDM и DWDM.

Основные применения

• городские сети передачи данных
• магистральные сети передачи данных

Примечания

CWDM мультиплексоры Схемы подключения CWDM мультиплексоров при различных топологиях сети

См. также

Мультиплексирование — Википедия

В информационных технологиях и связи, мультиплекси́рование (англ. multiplexing, muxing) — уплотнение канала, то есть передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.

В телекоммуникациях мультиплексирование подразумевает передачу данных по нескольким логическим каналам связи в одном физическом канале. Под физическим каналом подразумевается реальный канал со своей пропускной способностью — медный или оптический кабель, радиоканал.

В информационных технологиях мультиплексирование подразумевает объединение нескольких потоков данных (виртуальных каналов) в один. Примером может послужить видеофайл, в котором поток (канал) видео объединяется с одним или несколькими каналами аудио.

Устройство или программа, осуществляющая мультиплексирование, называется мультиплексором.

Принципы мультиплексирования

Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM)

Мультиплексирование 2 каналов с разделением по частоте

Технология

Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. FDM, Frequency Division Multiplexing) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).

Основные применения

Используется в сетях мобильной связи (см. FDMA) для разделения доступа, в волоконно-оптической связи аналогом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM, Wavelength Division Multiplexing) (где частота — это цвет излучения излучателя), в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагнитных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).

Мультиплексирование с разделением по времени (TDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по времени (англ. TDM, Time Division Multiplexing) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.

На рисунке: А, В и С — мультиплексируемые каналы с пропускной способностью (шириной) N и длительностью кадра Δt; E — мультиплексированный канал с той же длительностью Δt, но с шириной M*N, один кадр которого (суперкадр) несёт в себе все 3 кадра входных мультиплексируемых сигналов последовательно, каждому каналу отводится часть времени суперкадра — таймслот, длиной Δt_M=Δt/M

Таким образом, канал с пропускной способностью M * N может пропускать M каналов с пропускной способностью N, причём при соблюдении канальной скорости (кадров в секунду) результат демультиплексирования совпадает с исходным потоком канала (А, В или С на рисунке) и по фазе, и по скорости, то есть протекает незаметно для конечного получателя.

Основные применения

• беспроводные TDMA-сети, Wi-Fi, WiMAX;
• канальная коммутация в PDH и SONET/SDH;
• пакетная коммутация в ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;
• коммутация в телефонных сетях;
• последовательные шины: PCIe, USB.

Статистическое мультиплексирование

Технология

Называется также мультиплексированием по требованию (англ. On-Demand Multiplexing)^[1]. Схема асинхронна: общий выходной поток формируется входящими каналами, блоки данных (пакеты) по которым прибывают через различные, в том числе случайные, интервалы времени, независимо от прибытий по любому другому входящему каналу, и могут иметь произвольную длину, в том числе постоянную. Если во входящем канале пакеты отсутствуют, то ресурс выходного канала ему не предоставляется^[2].

Поскольку исходящий канал может быть занят, на входах предусмотрены буферы для хранения пакетов. В связи с этим некоторые пакеты могут быть доставлены в место назначения с переменными задержками.

Основные применения

См. также

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по длине волны (англ. WDM, Wavelength Division Multiplexing) предполагает передачу по одному оптическому волокну каналов на различных длинах волн. В основе технологии лежит факт того, что волны с разными длинами распространяются независимо друг от друга. Выделяют три основных типа спектрального уплотнения: WDM, CWDM и DWDM.

Основные применения

• городские сети передачи данных
• магистральные сети передачи данных

Применение мультиплексирования современными провайдерами ШПД

Мультиплексирование (см. Овербукинг) современными провайдерами ШПД обусловлено экономическими и технологическими особенностями сетей передачи данных.

Экономические особенности передачи данных состоят в следующем. При вводе в одну точку подключения 100 Мбит/сек полосы провайдер в состоянии подключить порядка 100 клиентов с заявленной скоростью в 100 Мбит/сек, без потери видимого ощущения скорости Интернета. Рассмотрим подробнее: допустим, стоимость 100 Мбит/сек равна 100 000 р. Не каждая фирма или частное лицо способно оплачивать постоянный доступ по такой цене. Если провайдер назначит цену в 2 000 р. за доступ к такой полосе, и продаст этот доступ 50—100 пользователям, он получит прибыль, а пользователи — доступную услугу.

Что касается скорости доступа для пользователей. Допустим, 10 из 100 пользователей одновременно скачивают «тяжелый» контент из сети. У каждого провайдера стоит система распределения нагрузки, то есть заполучить весь канал в 100 Мбит/сек у пользователя не получится. Система ограничит ваш канал по определенной формуле, но даже при скорости скачивания в 10 Мбит/сек загрузка файла размером в 30 Мбайт займет не более 30 секунд. Далее ваша нагрузка на канал сведется к просмотру страниц и пользованию почтой. Если масштабировать ситуацию и принять, что у провайдера таких каналов связи и, соответственно, пользователей больше в сотни и тысячи раз, можно представить, что в каждый определенный промежуток времени каждый пользователь физически не способен запрашивать столько информации, чтобы загрузить канал. Поэтому скорость может незначительно снижаться в «часы пик» и оставаться на заявленном уровне в остальное время.

Примечания

CWDM мультиплексоры Схемы подключения CWDM мультиплексоров при различных топологиях сети

См. также

Литература

• Д. Дэвис, Д. Барбер, У. Прайс, С. Соломонидес. Вычислительные сети и сетевые протоколы = Computer Networks and their Protocols / Пер. с англ. под ред. д.т.н., проф. С. И. Самойленко. — М.: «Мир», 1982. — 562 с. — 10,000 экз.

Мультиплексирование — Википедия

В информационных технологиях и связи, мультиплекси́рование (англ. multiplexing, muxing) — уплотнение канала, то есть передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.

В телекоммуникациях мультиплексирование подразумевает передачу данных по нескольким логическим каналам связи в одном физическом канале. Под физическим каналом подразумевается реальный канал со своей пропускной способностью — медный или оптический кабель, радиоканал.

В информационных технологиях мультиплексирование подразумевает объединение нескольких потоков данных (виртуальных каналов) в один. Примером может послужить видеофайл, в котором поток (канал) видео объединяется с одним или несколькими каналами аудио.

Устройство или программа, осуществляющая мультиплексирование, называется мультиплексором.

Принципы мультиплексирования

Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM)

Мультиплексирование 2 каналов с разделением по частоте

Технология

Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. FDM, Frequency Division Multiplexing) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).

Основные применения

Используется в сетях мобильной связи (см. FDMA) для разделения доступа, в волоконно-оптической связи аналогом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM, Wavelength Division Multiplexing) (где частота — это цвет излучения излучателя), в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагнитных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).

Мультиплексирование с разделением по времени (TDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по времени (англ. TDM, Time Division Multiplexing) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.

На рисунке: А, В и С — мультиплексируемые каналы с пропускной способностью (шириной) N и длительностью кадра Δt; E — мультиплексированный канал с той же длительностью Δt, но с шириной M*N, один кадр которого (суперкадр) несёт в себе все 3 кадра входных мультиплексируемых сигналов последовательно, каждому каналу отводится часть времени суперкадра — таймслот, длиной Δt_M=Δt/M

Таким образом, канал с пропускной способностью M * N может пропускать M каналов с пропускной способностью N, причём при соблюдении канальной скорости (кадров в секунду) результат демультиплексирования совпадает с исходным потоком канала (А, В или С на рисунке) и по фазе, и по скорости, то есть протекает незаметно для конечного получателя.

Основные применения

• беспроводные TDMA-сети, Wi-Fi, WiMAX;
• канальная коммутация в PDH и SONET/SDH;
• пакетная коммутация в ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;
• коммутация в телефонных сетях;
• последовательные шины: PCIe, USB.

Статистическое мультиплексирование

Технология

Называется также мультиплексированием по требованию (англ. On-Demand Multiplexing)^[1]. Схема асинхронна: общий выходной поток формируется входящими каналами, блоки данных (пакеты) по которым прибывают через различные, в том числе случайные, интервалы времени, независимо от прибытий по любому другому входящему каналу, и могут иметь произвольную длину, в том числе постоянную. Если во входящем канале пакеты отсутствуют, то ресурс выходного канала ему не предоставляется^[2].

Поскольку исходящий канал может быть занят, на входах предусмотрены буферы для хранения пакетов. В связи с этим некоторые пакеты могут быть доставлены в место назначения с переменными задержками.

Основные применения

См. также

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по длине волны (англ. WDM, Wavelength Division Multiplexing) предполагает передачу по одному оптическому волокну каналов на различных длинах волн. В основе технологии лежит факт того, что волны с разными длинами распространяются независимо друг от друга. Выделяют три основных типа спектрального уплотнения: WDM, CWDM и DWDM.

Основные применения

• городские сети передачи данных
• магистральные сети передачи данных

Применение мультиплексирования современными провайдерами ШПД

Мультиплексирование (см. Овербукинг) современными провайдерами ШПД обусловлено экономическими и технологическими особенностями сетей передачи данных.

Экономические особенности передачи данных состоят в следующем. При вводе в одну точку подключения 100 Мбит/сек полосы провайдер в состоянии подключить порядка 100 клиентов с заявленной скоростью в 100 Мбит/сек, без потери видимого ощущения скорости Интернета. Рассмотрим подробнее: допустим, стоимость 100 Мбит/сек равна 100 000 р. Не каждая фирма или частное лицо способно оплачивать постоянный доступ по такой цене. Если провайдер назначит цену в 2 000 р. за доступ к такой полосе, и продаст этот доступ 50—100 пользователям, он получит прибыль, а пользователи — доступную услугу.

Что касается скорости доступа для пользователей. Допустим, 10 из 100 пользователей одновременно скачивают «тяжелый» контент из сети. У каждого провайдера стоит система распределения нагрузки, то есть заполучить весь канал в 100 Мбит/сек у пользователя не получится. Система ограничит ваш канал по определенной формуле, но даже при скорости скачивания в 10 Мбит/сек загрузка файла размером в 30 Мбайт займет не более 30 секунд. Далее ваша нагрузка на канал сведется к просмотру страниц и пользованию почтой. Если масштабировать ситуацию и принять, что у провайдера таких каналов связи и, соответственно, пользователей больше в сотни и тысячи раз, можно представить, что в каждый определенный промежуток времени каждый пользователь физически не способен запрашивать столько информации, чтобы загрузить канал. Поэтому скорость может незначительно снижаться в «часы пик» и оставаться на заявленном уровне в остальное время.

Примечания

CWDM мультиплексоры Схемы подключения CWDM мультиплексоров при различных топологиях сети

См. также

Литература

• Д. Дэвис, Д. Барбер, У. Прайс, С. Соломонидес. Вычислительные сети и сетевые протоколы = Computer Networks and their Protocols / Пер. с англ. под ред. д.т.н., проф. С. И. Самойленко. — М.: «Мир», 1982. — 562 с. — 10,000 экз.

Виды и принципы мультиплексирования.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

 

мультиплекси́рование — уплотнение канала, т. е. передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.

В телекоммуникациях мультиплексирование подразумевает передачу данных по нескольким логическим каналам связи в одном физическом канале. Под физическим каналом подразумевается реальный канал со своей пропускной способностью — медный или оптический кабель, радиоканал.

Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM)

Мультиплексирование 3 каналов с разделением по частоте

Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM, Frequency Division Multiplexing) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).

Основные применения

Используется в сетях мобильной связи (см. FDMA) для разделения доступа, в волоконно-оптической связи аналогом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM, Wavelength Division Multiplexing) (где частота — это цвет излучения излучателя), в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагнитных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).

 

Мультиплексирование с разделением по времени (TDM)

Мультиплексирование с разделением по времени (англ. TDM, Time Division Multiplexing) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.

На рисунке: А, В и С — мультиплексируемые каналы с пропускной способностью (шириной) N и длительностью кадра Δt; E — мультиплексированный канал с той же длительносью Δt но с шириной M*N, один кадр которого (суперкадр) несёт в себе все 3 кадра входных мультиплексируемых сигналов последовательно, каждому каналу отводится часть времени суперкадра — таймслот, длиной Δt_M=Δt/M

Таким образом, канал с пропускной способностью M * N может пропускать M каналов с пропускной способностью N, причём при соблюдении канальной скорости (кадров в секунду) результат демультиплексирования совпадает с исходным потоком канала (А, В или С на рисунке) и по фазе, и по скорости, т. е. протекает незаметно для конечного получателя.

Основные применения

• беспроводные TDMA-сети, Wi-Fi, WiMAX;
• канальная коммутация в PDH и SONET/SDH;
• пакетная коммутация в ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;
• коммутация в телефонных сетях;
• последовательные шины: PCIe, USB.

 

CDMA (англ. Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением) — технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разные ПСП. Наибольшую известность на бытовом уровне получила после появления сетей сотовой мобильной связи, её использующих, из-за чего часто ошибочно исключительно с ней (сотовой мобильной связью) и отождествляется.

В CDMA (Code Division Multiple Access) для каждого узла выделяется весь спектр частот и всё время. CDMA использует специальные коды для идентификации соединений. ^[1] Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются посредством применения широкополосного кодо-модулированного радиосигнала — шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал в едином широком частотном диапазоне. В результате работы нескольких передатчиков эфир в данном частотном диапазоне становится ещё более шумоподобным. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, приёмник, настроенный на аналогичный код, может вычленять из общей какофонии радиосигналов ту часть сигнала, которая предназначена данному приёмнику. В явном виде отсутствует временное или частотное разделение каналов, каждый абонент постоянно использует всю ширину канала, передавая сигнал в общий частотный диапазон, и принимая сигнал из общего частотного диапазона. При этом широкополосные каналы приёма и передачи находятся на разных частотных диапазонах и не мешают друг другу. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладывается друг на друга, но, поскольку их коды модуляции сигнала отличаются, они могут быть дифференцированы аппаратно-программными средствами приёмника.

При кодовой модуляции применяется техника расширения спектра с множественным доступом. Она позволяет увеличить пропускную способность при неизменной мощности сигнала. Передаваемые данные комбинируются с более быстрым шумоподобным псевдослучайным сигналом с использованием операции побитового взаимоисключающего ИЛИ (XOR). На изображении ниже показан пример, демонстрирующий применение метода для генерации сигнала. Сигнал данных с длительностью импульса Tb комбинируется при помощи операции XOR с кодом сигнала, длительность импульса которого равна (зам: ширина полосы пропускания пропорциональна , где = время передачи одного бита), следовательно ширина полосы пропускания сигнала с данными равна и ширина полосы пропускания получаемого сигнала равна . Так как много меньше , ширина полосы частот получаемого сигнала намного больше, чем таковая оригинального сигнала передаваемых данных. Величина называется фактором распространения или базой сигнала и определяет в известной мере верхний предел числа пользователей, поддерживаемых базовой станцией одновременно.

 

 

 

 

Рекомендуемые страницы:

5.4.Мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы определить, на какой интерфейс следует передать поступившие данные, коммутатор должен определить, к какому потоку они относятся. Эта задача должна решаться независимо от того, поступает на вход коммутатора только один «чистый» поток или «смешанный» поток, являющийся результатом агрегирования нескольких потоков. В последнем случае к задаче распознавания потоков добавляется задача демультиплексирования, то есть разделения суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков.

Как правило, операцию коммутации сопровождает также обратная операция — мультиплексирование. При мультиплексировании из нескольких отдельных потоков образуется общий агрегированный поток, который можно передавать по одному физическому каналу связи.

Операции мультиплексирования/демультиплексирования имеют такое же важное значение в любой сети, как и операции коммутации, потому что без них пришлось бы для каждого потока предусматривать отдельный канал, что привело бы к большому количеству параллельных связей в сети и свело бы «на нет» все преимущества неполносвязной сети.

На рис. 5.5 показан фрагмент сети, состоящий из трех коммутаторов. Коммутатор 1 имеет пять сетевых интерфейсов. Рассмотрим, что происходит на интерфейсе Инт. 1. Сюда поступают данные с трех интерфейсов — Инт. 3, Инт. 4 и Инт. 5. Все их надо передать в общий физический канал, то есть выполнить операцию мультиплексирования. Мультиплексирование является способом разделения имеющегося одного физического канала между несколькими одновременно протекающими сеансами связи между абонентами сети.

Рисунок 5.5. Операции мультиплексирования и демультиплексирования потоков при коммутации

Одним из основных способов мультиплексирования потоков является разделение времени. При этом способе каждый поток время от времени (с фиксированным или случайным периодом) получает физический канал в полное свое распоряжение и передает по нему свои данные. Распространено также частотное разделение канала, когда каждый поток передает данные в выделенном ему частотном диапазоне.

Технология мультиплексирования должна позволять получателю такого суммарного потока выполнять обратную операцию — разделение (демультиплексирование) данных на слагаемые потоки. На интерфейсе Инт. 3 коммутатор выполняет демультиплексирование потока на три составляющих его подпотока. Один из них он передает на интерфейс Инт. 1, другой — на Инт. 2, а третий — на Инт. 5. А вот на интерфейсе Инт. 2 нет необходимости выполнять мультиплексирование или демультиплексирование — этот интерфейс выделен одному потоку в монопольное использование. Вообще говоря, на каждом интерфейсе могут одновременно выполняться обе функции — мультиплексирования и демультиплек­сирования.

Рисунок 5.6. Мультиплексор и демультиплексор

5.5. Разделяемая среда передачи данных

Еще одним параметром разделяемого канала связи является количество подключенных к нему узлов. В приведенных выше примерах к каждому каналу связи подключались только два взаимодействующих узла, точнее — два интерфейса (рис. 5.7, а и б). В телекоммуникационных сетях используется и другой вид подключения, когда к одному каналу подключается несколько интерфейсов (рис. 5.7, в). Такое множественное подключение интерфейсов порождает уже рассматривавшуюся выше топологию «общая шина», иногда называемую также шлейфовым подключением. Во всех этих случаях возникает проблема организации совместного использования канала несколькими интерфейсами. Возможны различные варианты разделения каналов связи между интерфейсами. На рис. 5.7, а коммутаторы К1 и К2 связаны двумя однонаправленными физическими каналами, то есть такими, по которым информация может передаваться только в одном направлении. В этом случае передающий интерфейс является ак­тивным, и физическая среда передачи находится под его управлением. Пассивный интерфейс только принимает данные. Проблема разделения канала между инте­фейсами здесь отсутствует. (Заметим, однако, что задача мультиплексирования потоков данных в канале при этом сохраняется.) На практике два однонаправлен­ных канала, реализующие в целом дуплексную связь между двумя устройствами, обычно рассматриваются как один дуплексный канал, а пара интерфейсов одного устройства — как передающая и принимающая части одного и того же интерфейса. На рис. 5.7, б коммутаторы К1 и К2 связаны каналом, который может переда­вать данные в обе стороны, но только попеременно. При этом возникает необходимость в механизме синхронизации доступа интерфейсов К1 и К2 к такому каналу. Обобщением этого варианта является случай, показанный на рис. 5.7, в, когда к каналу связи подключаются несколько (больше двух) интерфейсов, образуя общую шину.

Совместно используемый несколькими интерфейсами физический канал называют разделяемым (shared). Часто применяют также термин разделяемая среда передачи данных. Разделяемые каналы связи требуются не только для связей типа коммутатор-коммутатор, но и для связей компьютер-коммутатор и компьютер-компьютер.

Рисунок 5.7  Совместное использование канала связи

Существуют различные способы решения задачи организации совместного доступа к разделяемым линиям связи. Одни из них подразумевают централизованный подход, когда доступом управляет специальное устройство — арбитр, другие — децентрализованный. Внутри компьютера проблемы разделения линий связи между различными модулями также существуют — примером является доступ к системной шине, которым управляет либо процессор, либо специальный арбитр шины. В сетях организация совместного доступа к линиям связи имеет свою специфику из-за существенно большего времени распространения сигналов по линиям связи, поэтому процедуры согласования доступа к линии связи могут занимать слишком большой промежуток времени и приводить к значительным потерям производительности сети. Именно по этой причине разделяемые между интерфейсами среды практически не используются в глобальных сетях.

В локальных же сетях разделяемые среды используются достаточно часто благодаря простоте и экономичности их реализации. Этот подход, в частности, применяется в доминирующей сегодня в локальных сетях технологии Ethernet, а также в популярных в прошлом технологиях Token Ring и FDDL

Однако в последние годы стала преобладать другая тенденция — отказ от разделяемых сред передачи данных и в локальных сетях. Это связано с тем, что за достигаемое таким образом удешевление сети приходится расплачиваться производительностью.

ВНИМАНИЕ

Сеть с разделяемой средой при большом количестве узлов будет работать всегда медленнее, чем аналогичная сеть с индивидуальными двухточечными линиями связями, так как пропускная способность линии связи при ее совместном использовании делится между несколькими компьютерами сети.

И тем не менее не только в классических, но и в некоторых совсем новых технологиях, разработанных для локальных сетей, сохраняется режим разделяемых линий связи. Например, разработчики технологии Gigabit Ethernet, принятой в 1998 году в качестве нового стандарта, включили режим разделения среды в свои спецификации наряду с режимом работы по индивидуальным линиям связи.

Мультиплексирование — Википедия. Что такое Мультиплексирование

В информационных технологиях и связи, мультиплекси́рование (англ. multiplexing, muxing) — уплотнение канала, то есть передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.

В телекоммуникациях мультиплексирование подразумевает передачу данных по нескольким логическим каналам связи в одном физическом канале. Под физическим каналом подразумевается реальный канал со своей пропускной способностью — медный или оптический кабель, радиоканал.

В информационных технологиях мультиплексирование подразумевает объединение нескольких потоков данных (виртуальных каналов) в один. Примером может послужить видеофайл, в котором поток (канал) видео объединяется с одним или несколькими каналами аудио.

Устройство или программа, осуществляющая мультиплексирование, называется мультиплексором.

Принципы мультиплексирования

Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM)

Мультиплексирование 2 каналов с разделением по частоте

Технология

Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. FDM, Frequency Division Multiplexing) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).

Основные применения

Используется в сетях мобильной связи (см. FDMA) для разделения доступа, в волоконно-оптической связи аналогом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM, Wavelength Division Multiplexing) (где частота — это цвет излучения излучателя), в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагнитных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).

Мультиплексирование с разделением по времени (TDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по времени (англ. TDM, Time Division Multiplexing) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.

На рисунке: А, В и С — мультиплексируемые каналы с пропускной способностью (шириной) N и длительностью кадра Δt; E — мультиплексированный канал с той же длительностью Δt, но с шириной M*N, один кадр которого (суперкадр) несёт в себе все 3 кадра входных мультиплексируемых сигналов последовательно, каждому каналу отводится часть времени суперкадра — таймслот, длиной Δt_M=Δt/M

Таким образом, канал с пропускной способностью M * N может пропускать M каналов с пропускной способностью N, причём при соблюдении канальной скорости (кадров в секунду) результат демультиплексирования совпадает с исходным потоком канала (А, В или С на рисунке) и по фазе, и по скорости, то есть протекает незаметно для конечного получателя.

Основные применения

• беспроводные TDMA-сети, Wi-Fi, WiMAX;
• канальная коммутация в PDH и SONET/SDH;
• пакетная коммутация в ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;
• коммутация в телефонных сетях;
• последовательные шины: PCIe, USB.

Статистическое мультиплексирование

Технология

Называется также мультиплексированием по требованию (англ. On-Demand Multiplexing)^[1]. Схема асинхронна: общий выходной поток формируется входящими каналами, блоки данных (пакеты) по которым прибывают через различные, в том числе случайные, интервалы времени, независимо от прибытий по любому другому входящему каналу, и могут иметь произвольную длину, в том числе постоянную. Если во входящем канале пакеты отсутствуют, то ресурс выходного канала ему не предоставляется^[2].

Поскольку исходящий канал может быть занят, на входах предусмотрены буферы для хранения пакетов. В связи с этим некоторые пакеты могут быть доставлены в место назначения с переменными задержками.

Основные применения

См. также

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)

Технология

Мультиплексирование с разделением по длине волны (англ. WDM, Wavelength Division Multiplexing) предполагает передачу по одному оптическому волокну каналов на различных длинах волн. В основе технологии лежит факт того, что волны с разными длинами распространяются независимо друг от друга. Выделяют три основных типа спектрального уплотнения: WDM, CWDM и DWDM.

Основные применения

• городские сети передачи данных
• магистральные сети передачи данных

Применение мультиплексирования современными провайдерами ШПД

Мультиплексирование (см. Овербукинг) современными провайдерами ШПД обусловлено экономическими и технологическими особенностями сетей передачи данных.

Экономические особенности передачи данных состоят в следующем. При вводе в одну точку подключения 100 Мбит/сек полосы провайдер в состоянии подключить порядка 100 клиентов с заявленной скоростью в 100 Мбит/сек, без потери видимого ощущения скорости Интернета. Рассмотрим подробнее: допустим, стоимость 100 Мбит/сек равна 100 000 р. Не каждая фирма или частное лицо способно оплачивать постоянный доступ по такой цене. Если провайдер назначит цену в 2 000 р. за доступ к такой полосе, и продаст этот доступ 50—100 пользователям, он получит прибыль, а пользователи — доступную услугу.

Что касается скорости доступа для пользователей. Допустим, 10 из 100 пользователей одновременно скачивают «тяжелый» контент из сети. У каждого провайдера стоит система распределения нагрузки, то есть заполучить весь канал в 100 Мбит/сек у пользователя не получится. Система ограничит ваш канал по определенной формуле, но даже при скорости скачивания в 10 Мбит/сек загрузка файла размером в 30 Мбайт займет не более 30 секунд. Далее ваша нагрузка на канал сведется к просмотру страниц и пользованию почтой. Если масштабировать ситуацию и принять, что у провайдера таких каналов связи и, соответственно, пользователей больше в сотни и тысячи раз, можно представить, что в каждый определенный промежуток времени каждый пользователь физически не способен запрашивать столько информации, чтобы загрузить канал. Поэтому скорость может незначительно снижаться в «часы пик» и оставаться на заявленном уровне в остальное время.

Примечания

CWDM мультиплексоры Схемы подключения CWDM мультиплексоров при различных топологиях сети

См. также

Литература

• Д. Дэвис, Д. Барбер, У. Прайс, С. Соломонидес. Вычислительные сети и сетевые протоколы = Computer Networks and their Protocols / Пер. с англ. под ред. д.т.н., проф. С. И. Самойленко. — М.: «Мир», 1982. — 562 с. — 10,000 экз.