Łącze komunikacyjne. Efektywność transmisji. Multipleksacja kanałów. Komutacja kanałów i łączy.

Łącze komunikacyjne

Sygnały mogą być transmitowane szeregowo, bit po bicie przez jeden tor komunikacyjny w transmisji szeregowej, lub równolegle i jednocześnie przez wiele kanałów, podczas transmisji równoległej

Transmisja szeregowa, ekonomicznie uzasadniona dla przekazów na średnie i duże odległości, jest powszechnie stosowana w telekomunikacji, również w komunikacji długo dystansowej

Transmisja równoległa, ograniczona do kilkumetrowych połączeń (zwykle 3-6 m z niewielkimi wyjątkami, takimi jak interfejs HIPPIdo łączenia urządzeń superkomputerowych - do 25 m) z uwagi na możliwość rozsynchronizowania sygnałów, służy głównie do komunikacji między modułami i urządzeniami komputerowymi stosowanymi w informatyce

W równoległej technice transmisji kanał komunikacji może składać się z 8, 16, 32 lub nawet 64 równoległych torów służących do przesyłania informacji.

Tryby transmisji w transmisjach znakowych:

• simpleks SX (simplex) - jednokierunkowa transmisja, w której odbiornik nie może przesłać odpowiedzi ani potwierdzenia (transmisje rozsiewcze, radiofoniczne), a urządzenie odbiorcze nie wymaga żadnej obsługi przez użytkownika

• półdupleks HDX (half duplex) - dwukierunkowa, ale nie jednoczesna, naprzemienna transmisja- w danym momencie jest ustalony tylko jeden kierunek transmisji. Dla odwrócenia kierunku transmisji potrzebny jest system sygnalizacji, wskazujący, że urządzenie ukończyło nadawanie i możliwy jest dostęp do łącza

• dupleks FDX (fullduplex) - jednoczesna transmisja z pełną szybkością w obydwu kierunkach. Potrzebne dwie pary przewodów.

Efektywność transmisji - stosunek liczby bitów informacyjnych do całkowitej liczby przesyłanych bitów.

Podczas transmisji danych w sieciach informacje są przesyłane w postaci bitowej, znakowej lub bajtowej. Przesyłanie informacji za pomocą długiego ciągu bitów jest nieefektywne co najmniej z dwóch powodów:

• ogranicza możliwości przełączania strumienia informacji w sieciach komutowanych,

• znacznie obniża użytkową efektywność transmisji w przypadku występowania błędów.

Powszechnie stosowanym rozwiązaniem jest segmentacja strumienia bitów na mniejsze odcinki, których długość jest związana ze sposobem transmisji i protokołem komunikacyjnym.

Segmentacja umożliwia podział strumienia bitów na pakiety (transmisja pakietowa), ramki (synchroniczne protokoły bitowe), komórki (asynchroniczne protokoły transmisji typu ATM) i znaki stosowane w transmisjach o strukturze znakowej.

Z wyjątkiem asynchronicznej transmisji znakowej bloki danych muszą mieć oznaczone początek i koniec bloku, a zwykle również identyfikację adresów wewnątrz sieci i numerację kolejności przesyłanych komórek.

Segmentowanie informacji wejściowej przed transmisją na bloki danych wymaga dołączenia dodatkowych informacji sterujących do każdego transmitowanego bloku informacji nie przenoszących treści użytkowej.

Im więcej sygnałów sterujących i synchronizacyjnych znajduje się w samodzielnym bloku informacji, tym niższa jest efektywność wykorzystania transmisji.

Z kolei im dłuższy jest ciąg transmitowanych informacji (pakiet, ramka, komórka, znak), tym wyższa efektywność transmisji.

Najniższą efektywnością (ok. 70%) cechuje się asynchroniczna transmisja znakowa, powszechnie stosowana w modemach. Narzut na sterowanie w protokole pakietowym VoFR (Voice over Frame Relay) wynosi dodatkowo tylko 6 bajtów na każde 64 bajty danych użytkowych (efektywność 91%), natomiast dla sieci internetowych z przekazem VoIP narzut wzrasta już do 28 bajtów (efektywność transmisji ok. 70%).

Multipleksacja kanałów

Proces multipleksacji kanałów (zwielokrotnienia) polega na transmisji wielu sygnałów analogowych lub cyfrowych o niższej przepływności przez pojedynczy kanał komunikacyjny o dużej przepływności binarnej. Po drugiej stronie łącza zachodzi proces odwrotny, zwany demultipleksacją, odtwarzający pierwotne strumienie sygnałów.

Do najczęściej spotykanych metod zwielokrotnienia pojedynczych kanałów informacyjnych (w traktach przewodowych, światłowodowych, radiowych i satelitarnych) należą:

• czasowe TDM (Time Division Multiplexing) - sposób przesyłania analogowych lub cyfrowych sygnałów z wykorzystaniem jednego kanału (częstotliwościowego) do transmisji informacji do wielu użytkowników, przez podział kanału na odcinki czasu, zwane szczelinami czasowymi, skojarzone z rożnymi użytkownikami. Dla takiego multipleksowama stosuje się metodę dostępu do kanału z podziałem czasu TDMA (TDM Access).

  • Czasową multipleksację kanałów można również zastosować do realizacji łącza dupleksowego. Mamy wtedy tzw. dupleks czasowy TDD (Time Division Duplex), w którym część szczelin czasowych służy do przesyłania danych w jednym kierunku, pozostałe szczeliny w drugim kierunku.

• częstotliwościowe FDM (Frequency Division Multiplexing) - sposób przesyłania analogowych lub cyfrowych sygnałów z wykorzystaniem oddzielnej częstotliwości nośnej dla każdego kanału użytkownika i każdego kierunku transmisji.

  • Dla tego typu multipleksowania stosuje się najczęściej metodę dostępu do kanału z podziałem częstotliwości FDMA (FDM Access) w którym każdy kanał użytkownika może być wprowadzany, wydzielany i wykorzystywany oddzielnie.

• kodowe CDM (Code Division Multiplexing) - sposób polegający na niezależnym kodowaniu każdego z sygnałów kodem (sekwencją) rozpraszającym. Wszystkie tak zakodowane sygnały są przesyłane w tym samym paśmie transmisyjnym.

  • Ze względu na ortogonalność stosowanych kodów rozpraszających odbiornik jest w stanie zdekodować wysłany do niego sygnał.

  • W tej samej technologii można zrealizować również dostęp wielokrotny oznaczony skrótem CDMA (CDM Access).

• przestrzenne SDM (Space Division Multiplexing) – zwielokrotnienie z podziałem przestrzennym

• falowe WDM (Wave Division Multiplexing) - Technika zwielokrotniania z podziałem długości fali – w przeciwieństwie do standardowych sposobów transmisji – zapełnia niemal całą użyteczną część pasma światłowodu.

  • Dzięki wykorzystaniu jednocześnie wielu kanałów optycznych przesyłane są tym samym światłowodem sygnały o różnych długościach fali świetlnej.

  • Powoduje to zwiększenie sumarycznej przepływności informacyjnej światłowodu poprzez lepsze wykorzystanie całego dostępnego dla światłowodu zakresu długości fal.

Komutacja kanałów i łączy

Polega na przydzieleniu wybranemu połączeniu wybranej sekwencji połączonych kanałów od terminala źródłowego do terminala docelowego. W sieciach z komutacją kanałów przesyłanie danych następuje dopiero po ustanowieniu połączenia, czyli uzyskaniu specjalnej trasy pomiędzy systemem nadawcy a systemem odbiorcy. Trasa jest sekwencją kolejno połączonych kanałów. Kanały te zostają zajęte przez cały czas, w którym trwa połączenie. Zarezerwowane kanały nie mogą być używane przez inne połączenia. Samo przesyłanie informacji odbywa się w 3 fazach:

• faza 1 - ustanowienie połączenia

• faza 2- transfer danych

• faza 3 - rozłączenie połączenia

Jedną z wad techniki komutacji kanałów jest konieczność ustanowienia połączenia między użytkownikami zanim zostaną przesłane dane. Powoduje to powstawanie opóźnień w przesyłaniu informacji oraz to, że kanały są niewykorzystywane podczas zestawiana połączenia, rozłączania połączenia oraz w przerwach między transmisją przy zestawionym połączeniu. W efekcie wzrasta koszt utrzymania takiej sieci a spada jej efektywność. Na plus można zaliczyć wysoką jakość transmisji poprzez trwały kanał (tzn. ustanowiony wcześniej kanał o niezmiennych parametrach). Technikę tę wykorzystujemy w sieciach gdzie przesyła się głos i dane.

Kwantyzacja sygnału analogowego na cyfrowy - oddzielnie dla każdej linii abonenckiej -przebiega w urządzeniach kodujących zwanych kodekami (koder i dekoder) i wymaga stosowania szybkich i dedykowanych procesorów sygnałowych DSP (Digital Signal Processor).

Kodeki brzegowe, umieszczone w zewnętrznej otoczce systemu komutacji PSTN o charakterze

cyfrowym, spełniają następujące funkcje:

• zamianę sygnału analogowego od abonenta na sygnał cyfrowy (A/C) akceptowany przez system komutacji

• konwersję C/A w kierunku odwrotnym

• rozdzielenie pojedynczej - ale dwukierunkowej - linii analogowej abonenta na dwa jednokierunkowe, lecz o przeciwnym działaniu trakty cyfrowe.

Dzięki temu cały proces komutacji i transmisji w systemach komutacji przebiega cyfrowo, z wyjątkiem końcowego odcinka linii telefonicznej znajdującego się bezpośrednio w otoczeniu abonenta.