мультиплексоры

Содержание

Слайд 2

Структура глобальной сети и ее базовые компоненты Сеть состоит из абонентских

Структура глобальной сети и ее базовые компоненты

Сеть состоит из абонентских узлов,

физических линий для передачи данных, модемной аппаратуры, обеспечивающей передачу данных по физическим линиям и коммутационной аппаратуры.
Слайд 3

Физические линии могут использовать кабели из множества витых пар, коаксиальные провода,

Физические линии

могут использовать кабели из множества витых пар, коаксиальные провода, оптоволокно,

радиорелейные линии и, наконец, спутниковые каналы. По сути, все они представляют среду для переноса данных
Слайд 4

Структура глобальной компьютерной сети передачи данных

Структура глобальной компьютерной сети передачи данных

Слайд 5

POTS [plain old telephone service] обычная телефонная сеть; простая старая телефонная

POTS

[plain old telephone service] обычная телефонная сеть; простая старая телефонная система


[point of termination station] телефонная станция.
Слайд 6

PBX сокр. от Private Branch eXchange телефонная система для частного пользования

PBX

сокр. от Private Branch eXchange телефонная система для частного пользования

Слайд 7

Коммутационная аппаратура обеспечивает важные функции в сетях – с ее помощью

Коммутационная аппаратура

обеспечивает важные функции в сетях – с ее помощью производится

коммутация каналов и маршрутизация данных как между различными сегментами сетей, так и между абонентами.
Мультиплексор является одним из видов такого телекоммуникационного оборудования
Слайд 8

Методы коммутации в любой сети применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который

Методы коммутации

в любой сети применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который

обеспечивает доступность имеющихся физических каналов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами
Слайд 9

Существуют три принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях: ∙ Коммутация

Существуют три принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:
∙         Коммутация каналов
∙        

Коммутация пакетов
∙         Коммутация сообщений
Слайд 10

Сети с коммутацией каналов ведут свое происхождение от первых телефонных сетей.

Сети с коммутацией каналов

ведут свое происхождение от первых телефонных сетей.
Именно

их мы и будем рассматривать в настоящей лекции.
Слайд 11

Как сети с коммутацией каналов, так и сети с коммутацией пакетов

Как сети с коммутацией каналов, так и сети с коммутацией пакетов

можно

разделить на два класса по другому признаку –
на сети с динамической коммутацией и
сети с постоянной коммутацией.
Слайд 12

сети с динамической коммутацией сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя

сети с динамической коммутацией

сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя на

время сеанса.
Соединение устанавливается пользователем
Слайд 13

сети с постоянной коммутацией В сети позволяется заказать соединение на длительный

сети с постоянной коммутацией

В сети позволяется заказать соединение на длительный период

времени.
Соединение устанавливается не пользователем , а персоналом, обслуживающим сеть.
Время на которое устанавливается постоянная коммутация может исчисляется месяцами.
Слайд 14

Режим постоянной коммутации в сети с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных или арендуемых каналов.

Режим постоянной коммутации

в сети с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных

или арендуемых каналов.
Слайд 15

Следующим важным понятием, используемым при рассмотрении процессов передачи данных в глобальных

Следующим важным понятием,

используемым при рассмотрении процессов передачи данных в глобальных сетях,

является мультиплексирование или уплотнение данных
Слайд 16

Мультиплексирование процесс уплотнения и передачи двух или более сигналов (каналов) через

Мультиплексирование
процесс уплотнения и передачи двух или более сигналов (каналов) через

один и тот же тракт(физическую линию) без взаимного влияния.
Слайд 17

Это достигается разделением сигналов во времени или по частоте, или с

Это достигается

разделением сигналов во времени или по частоте, или с помощью

кодирования сигнала таким образом, чтобы его мог принимать только назначенный получатель.
Слайд 18

Мультиплексирование данных в телефонных сетях Первые сети передачи данных использовались в

Мультиплексирование данных в телефонных сетях

Первые сети передачи данных использовались в телефонной

связи. Для того, чтобы обеспечить трансляцию и переадресацию соединений абонентов от одной АТС на другую использовался принцип уплотнения каналов, так чтобы по одной сигнальной паре в кабеле, соединяющем две АТС, можно было передавать несколько телефонных каналов.
Слайд 19

Структура телефонной сети

Структура телефонной сети

Слайд 20

Частотный дипазон телефонного канала ограничен в полосе 300 –3400Гц. Для качественной

Частотный дипазон телефонного канала

ограничен в полосе 300 –3400Гц. Для качественной передачи

музыкального сигнала этой полосы явно не достаточно. Но для узнавания по тембру голоса абонента, а также для разборчивой передачи шипящих звуков - вполне достаточна.
Слайд 21

Для оцифровки телефонного канала по теореме Котельникова достаточно обеспечивать выборку на

Для оцифровки телефонного канала

по теореме Котельникова достаточно обеспечивать выборку на двойной

максимальной частоте. Максимальная частота выбрана –4Кгц. В итоге получаем частоту дискретизации – 8Кгц.
Слайд 22

Интервал дискретизации для 8кГц – период 125мкс. Каждый отсчет, производимый с

Интервал дискретизации для 8кГц – период 125мкс.

Каждый отсчет, производимый с частотой

выборки, имеет разрядность 8бит
Если использовать обычный 8-ми разрядный АЦП с равномерным поразрядным кодированием, то качество восстановленного сигнала будет неудовлетворительное.
Расширение разрядной сетки АЦП до 12-13 разрядов для получения нормального качества речи приводит к расширению полосы.
Слайд 23

Логарифмирование при использовании тех же 8 разрядов позволяет обеспечить субъективное качество

Логарифмирование

при использовании тех же 8 разрядов позволяет обеспечить субъективное качество на

уровне 12-13 разрядного линейного кодирования
Слайд 24

Кривая логарифмической функции выбрана специальной формы и учитывает специфику речевого сигнала.

Кривая логарифмической функции

выбрана специальной формы и учитывает специфику речевого сигнала. Функция

получена экспериментальным путем и ее параметры жестко регламентированы в соответствующих документах ITU-T
Слайд 25

существуют две практически равноценные логарифмические функции А - law в Европе и mu –law в Америке

существуют две практически равноценные логарифмические функции

А - law в Европе и


mu –law в Америке
Слайд 26

В итоге получаем частотную полосу для последовательного цифрового сигнала, который способен

В итоге получаем частотную полосу

для последовательного цифрового сигнала, который способен адекватно

переносить телефонный спектр от 300 до 3400ГЦ ->
8кГц х 8бит = 64 кбит\с
Слайд 27

В США используется полоса 56Кбит\с - из полосы 64 кбит\с можно

В США

используется полоса 56Кбит\с - из полосы 64 кбит\с можно украсть

еще 8кбит\с незаметно для уха, а съэкономленные биты использовать для организации служебного канала
Слайд 28

Уплотнение с частотным разделением каналов FDM Метод уплотнения с частотным разделением

Уплотнение с частотным разделением каналов FDM

Метод уплотнения с частотным разделением каналов

(FDM –frequency division multiplexing) широко использовался для аналоговых магистральных линий.
Слайд 29

Уплотнение с частотным разделением каналов - первичная группа каналов была регламентирована

Уплотнение с частотным разделением каналов -

первичная группа каналов была регламентирована ITU-T

и состоит из двенадцати каналов с полосой 4КГц каждый
Слайд 30

В качестве несущей для каждого канала использовались 12 кварцевых генераторов стабильной

В качестве несущей

для каждого канала использовались 12 кварцевых генераторов стабильной частоты,

разнесенных друг от друга на 4КГц.
Слайд 31

Первичная группа каналов FDM

Первичная группа каналов FDM

Слайд 32

Сигналы в каждом канале модулированы по амплитуде. Весь сигнал первичной группы

Сигналы в каждом канале

модулированы по амплитуде.
Весь сигнал первичной группы занимает

полосу 60 –108 КГц.
Этот диапазон выбран потому, что в этой полосе кабель имеет почти плоскую АЧХ
Слайд 33

Недостатки системы FDM высокая стоимость и сложность аппаратуры, малая помехоустойчивость, междуканальные

Недостатки системы FDM

высокая стоимость и сложность аппаратуры,
малая помехоустойчивость,
междуканальные помехи

(прослушивание переговоров по соседним каналам),
недостаточное использование рабочей частотной полосы кабеля.
Несмотря на недостатки, аппаратура с частотным уплотнением до сих пор используется не только в нашей стране, но и за рубежом.
Слайд 34

интерфейс V.35 впервые был рекомендован для использования в FDM модемах. Сами

интерфейс V.35

впервые был рекомендован для использования в FDM модемах. Сами FDM

модемы были в дальнейшем вытеснены TDM модемами, а интерфейс V.35 остался и долгое время считается стандартным цифровым интерфейсом для большинства видов телекоммуникационного оборудования
Слайд 35

Уплотнение с временным разделением цифровых каналов 64 кбит\с TDM Для того,

Уплотнение с временным разделением цифровых каналов 64 кбит\с TDM

Для того, чтобы

не было потерь при передаче цифровых сигналов, период кадра мультиплексирования был выбран равным периоду квантования – 125 мкс
Слайд 36

При использовании тактовой частоты 2048КГц в данном временном промежутке можно уложить

При использовании тактовой частоты 2048КГц

в данном временном промежутке можно уложить 32

канала.
В системе с временным употнением телефонных каналов используются временные тайм-слоты (TS –time slots) или каналы с нумерацией от TS0 до TS31.
Слайд 37

Не все каналы служат для передачи информации телефонных каналов. Необходимы служебные

Не все каналы служат для передачи информации телефонных каналов.

Необходимы служебные метки

для синхронизации начала кадра. Эта метка расположена в нулевом тайм-слоте и содержит специальные кодовые комбинации, которые используются в приемнике для обнаружения и идентификации начала кадра.
Слайд 38

Структура кадра Е1

Структура кадра Е1

Слайд 39

Мультиплексоры Мультиплексоры являются одним из видов связной аппаратуры, предназначенной для образования

Мультиплексоры

Мультиплексоры являются одним из видов связной аппаратуры, предназначенной для образования

высокоскоростных цифровых каналов при построении глобальных компьютерных сетей.
Слайд 40

Появление и эволюция мультиплексоров Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана

Появление и эволюция мультиплексоров

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана

в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой.
Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю.
Слайд 41

появилась новая технология - работающая на принципе разделения канала по времени

появилась новая технология -

работающая на принципе разделения канала по времени

- TDM.
Физический уровень международного варианта технологии определяется стандартом G.703, названием которого обозначается тип интерфейса подключаемого к каналу Е1.
Американский вариант интерфейса носит название Т1.
Слайд 42

С одной стороны мультиплексор имеет модемный интерфейс (канал Е1, один и

С одной стороны

мультиплексор имеет модемный интерфейс (канал Е1, один и более)

предназначенный для передачи данных на значительные расстояния, от 1.5 до 2.0 км, а с другой - в нем имеются пользовательские интерфейсы для подключения терминального оборудования.
Слайд 43

Терминальное оборудование делит между собой полосу пропускания линейного интерфейса. Такой канал

Терминальное оборудование

делит между собой полосу пропускания линейного интерфейса.
Такой канал называется

дробным (fractional) каналом Е1 (Т1).
Пользователю каждого терминального оборудования может отводится определенное число тайм-слотов линейного канала мультиплексора.
Аппаратура канала, образуемая мультиплексорами абсолютна прозрачна для пользователя.
Слайд 44

В первое время мультиплексоры образовывали составные каналы на долговременной основе, и

В первое время мультиплексоры

образовывали составные каналы на долговременной основе, и пользователь

мог арендовать несколько каналов 64Кбит\с (56кбит\с) в канале Е1(Т1).
При этом абонент не мог влиять на процесс коммутации этого канала.
Слайд 45

Гибкие мультиплексоры

Гибкие мультиплексоры

Слайд 46

В дальнейшем были разработаны мультиплексоры, которые обеспечивали гибкую схему мультиплексирования потоков

В дальнейшем были разработаны

мультиплексоры, которые обеспечивали гибкую схему мультиплексирования потоков с

разными скоростями, позволяющие вставлять (insert) и извлекать (drop) пользовательскую информацию для любого уровня скорости, не демультиплексируя весь поток.
Слайд 47

Современные мультиплексоры способны принимать данные от нескольких терминальных устройств, каждое из

Современные мультиплексоры

способны принимать данные от нескольких терминальных устройств, каждое из которых

может передавать данные на разных скоростях.
При этом потоки могут быть как синхронными, так и асинхронными.
Слайд 48

В качестве терминального оборудования к мультиплексору могут быть подключены : персональный

В качестве терминального оборудования

к мультиплексору могут быть подключены :
персональный компьютер,


маршрутизатор,
телефонный FXS или FXO канал, а также
мост для локальной сети Ethernet. Подключение терминального оборудования производится через цифровые интерфейсы мультиплексора.
Слайд 49

Гибкий мультиплексор ГМ-2 фирмы «ЗЕЛОС»

Гибкий мультиплексор ГМ-2 фирмы «ЗЕЛОС»

Слайд 50

Архитектура гибкого мультиплексора ГМ-2

Архитектура гибкого мультиплексора ГМ-2

Слайд 51

Мультиплексор ГМ-2 обеспечивает: коммутацию между последовательными потоками данных как в синхронном,

Мультиплексор ГМ-2 обеспечивает:

коммутацию между последовательными потоками данных как в синхронном, так

и в асинхронном режимах для различных физических интерфейсов
Слайд 52

в том числе: ∙ выделение и вставку тайм-слотов n x 64

в том числе:

∙       выделение и вставку тайм-слотов n x 64

кбит из потока Е1 2048 кбит/с в цифровой канал 64 .. 1984 кбит/с (порт 1),
∙       взаимную переадресацию тайм-слотов 64 кбит/с между двумя потоками данных Е1 (кросс - коннект),
∙       режим инверсного мультиплексора для транспортировки битовых потоков со скоростями до 3968 кбит\с ,
∙       трансляцию выделенных тайм-слотов через UTP Ethernet Bridge 10Мбит\с
трансляцию выделенных тайм-слотов из потоков 2048 кбит/с в асинхронный канал порта 2.
Слайд 53

Структура потоков данных в мультиплексоре ГМ-2

Структура потоков данных в мультиплексоре ГМ-2

Слайд 54

Физический уровень Е1 Физическая линия Е1 – дуплексная и симметричная. Оба

Физический уровень Е1

Физическая линия Е1 – дуплексная и симметричная. Оба

канала идентичны и полностью независимы. Скорости передачи по каждой паре – одинаковы 2048кбит\с.
Слайд 55

Методы кодирования линейных сигналов AMI и HDB3 Для кодирования линейных сигналов

Методы кодирования линейных сигналов AMI и HDB3

Для кодирования линейных сигналов в

тракте сопряжения Е1 использу.тся биполярные коды
AMI (Alternate Mark Inversion - попеременная инверсия сигнала Лог.1 при передаче) или
HDB3(High Density Bipolar 3).
Слайд 56

Временные диаграммы линейного кодирования HDB3 и AMI

Временные диаграммы линейного кодирования HDB3 и AMI

Слайд 57

В отличие от кодеров и декодеров AMI, в которых кодирование производится

В отличие от кодеров и декодеров AMI,

в которых кодирование производится «на

лету», для реализации процессов кодирования и декодирования HDB3 кода используется временная задержка на 4 разряда данных.
Слайд 58

последовательные потоки данных приемника (передатчика) проходят через последовательный буфер на 4

последовательные потоки данных

приемника (передатчика) проходят через последовательный буфер на 4 разряда,

дешифратором с параллельных выходов буфера выделяются коды, подлежащие подмене. При подмене учитывается предыстория процесса. В выходной 4-х разрядный регистр переписывается или код оригинала, или шаблон подмены.
Слайд 59

Основные положения стандарта сопряжения Е1 Передача информации в соответствии со стандартом

Основные положения стандарта сопряжения Е1

Передача информации в соответствии со стандартом

Е1 базируется на определенной системе временного разделения последовательного битового потока для передачи служебной информации и данных.
Слайд 60

Временные диграммы передатчика трансивера Е1

Временные диграммы передатчика трансивера Е1

Слайд 61

Основной фрейм стандарта Е1 имеет длину 256 бит и передается с

Основной фрейм стандарта Е1

имеет длину 256 бит и передается с частотой

8Кгц.
Суммарная скорость передачи -2048Кбит\сек.
разделяется на 32 канальных временных интервала с номерами от 0 до 31.
Длина каждого временного интервала составляет 8 бит, при этом старший разряд передается первым.
Одному временному интервалу (тайм - слоту) соответствует скорость передачи 64 Кбит/с.
Слайд 62

Нулевой временной интервал тракта Е1 отводится для синхронизации (синфазирования) основного фрейма

Нулевой временной интервал тракта Е1

отводится для синхронизации (синфазирования) основного фрейма и

мультифрейма, а также для передачи информации, связанной с техническим обслуживанием канала.
Временной интервал 16 выделяется для сигнализации.
Остальные 30 временных интервалов называются каналами и используются для передачи ИКМ разговорных или цифровых данных.
Слайд 63

Синхронизация и синфазирование основного фрейма Нулевой временной интервал каждого основного фрейма

Синхронизация и синфазирование основного фрейма

Нулевой временной интервал каждого основного фрейма

выделяется для кадровой синхронизации и мультикадрового фазирования.
В позиции нулевого интервала поочередно передается или сигнал фреймовой синхронизации (FAS = Frame Alignment Signal), или сигнал нефреймовой синхронизации (NFAS = Non-Frame Alignment Signal).
Слайд 64

Схема защиты линейных цепей тракта Е1 В соответствии с рекомендациями ETS

Схема защиты линейных цепей тракта Е1

В соответствии с рекомендациями ETS

300 046-3 и ITU K17-K20 входные цепи интерфейса Е1 должны содержать элементы защиты, гарантирующие безопасную и надежную работу оборудования при возникновении перенапряжения в линейном кабеле из-за короткого замыкания с сетевым кабелем, или в результате воздействия ударов молнии.
Слайд 65

Первой ступенью защиты является использование предохранительных резисторов с положительным температурным коэффициентом

Первой ступенью защиты

является использование предохранительных резисторов с положительным температурным коэффициентом (РТС)-

позисторов. Резисторы, стоящие последовательно в каждой входной линейной цепи приемника и передатчика, обеспечивают ограничение тока при возникновении перенапряжения в этих цепях в результате замыкания сигнальных линий интерфейсного кабеля и сетевого кабеля.
Слайд 66

Сопротивление предохранительных резисторов в нормальном состоянии составляет от 4 до 7

Сопротивление предохранительных резисторов

в нормальном состоянии составляет от 4 до 7 Ом.

При увеличении напряжения происходит нагрев резистора и резко возрастает его сопротивление, которое и ограничивает ток проходящий во входных цепях интерфейса.
Слайд 67

Наличие такой защиты обусловлено требованиями Bellcore 1089, FCC Part 68 и UL1489 для телекоммуникационной аппаратуры.

Наличие такой защиты обусловлено требованиями

Bellcore 1089,
FCC Part 68 и
UL1489

для телекоммуникационной аппаратуры.
Слайд 68

Следующий защитный элемент - газовый разрядник. Он предназначен для защиты входных

Следующий защитный элемент -

газовый разрядник. Он предназначен для защиты входных цепей

интерфейса от пробоя, который может произойти из-за повышенной разницы потенциалов между проводами кабеля и вторичными цепями интерфейса, развязанных от линии через изолирующий трансформатор.
Слайд 69

Газоразрядный предохранитель имеет напряжение пробоя 70 - 90 В. Газоразрядник обеспечивает

Газоразрядный предохранитель

имеет напряжение пробоя 70 - 90 В. Газоразрядник обеспечивает достаточное

быстродействие и выдерживает токовую перегрузку.
Слайд 70

Следующая ступень защиты - быстродействующие ограничители напряжения на входных обмотках изолирующего

Следующая ступень защиты -

быстродействующие ограничители напряжения на входных обмотках изолирующего трансформатора.

В мультиплексоре используются твердотельные защитные элементы - TVS - диодные структуры.
Слайд 71

Принцип действия такого прибора аналогичен работе тиристора. Напряжение пробоя структуры -6В.

Принцип действия такого прибора

аналогичен работе тиристора. Напряжение пробоя структуры -6В. Прибор

неполярный и позволяет ограничивать напряжение импульсных помех любой полярности. Структура TVS -диода имеет достаточно малую емкость - не более 50 пФ, что обеспечивает отсутствие искажения полезного сигнала.