9. Коммутация каналов, пакетов, сообщений. Коммутация значащих моментов. Синхронные и асинхронные методы передачи и коммутации дискретных сигналов.

Процесс выбора электрических цепей и объединение их в соединительный тракт называется коммутацией каналов. Сеть, обеспечивающая коммутацию каналов, называется сетью с коммутацией каналов. После установления соединения в такой сети информация от источника к получателю поступает в реальном времени с учетом лишь физических задержек распространения сигнала по цепи. Это является достоинством таких сетей. Недостаток – пока общий ресурс сети (узлы коммутации и соединительные линии) занят одной парой пользователей сети, другие абоненты не могут в этот интервал времени воспользоваться сетью, даже в том случае, если по ней не передается никакой информации.

В сетях связи возможны и другие режимы работы. Передачу документальных сообщений можно выполнять не только после установления всего соединительного тракта («из конца в конец»), а поэтапно, от одного узла коммутации к другому. В каждом последующем узле принятое сообщение становится в очередь и отправляется к очередному узлу по мере освобождения линии. Такая организация доставки информации называется коммутацией сообщений, а сеть, обеспечивающая коммутацию сообщений, называется сетью с коммутацией сообщений. «Простои» соединительных линий в такой сети оказываются менее продолжительными, и в целом такая сеть может передать больший объем информации.

Вариантом сети с коммутацией сообщений является сеть с коммутацией пакетов. В такой сети отправляемые сообщения разбиваются на блоки (пакеты) фиксированного размера. По сети каждый такой пакет передается как самостоятельное сообщение. В месте приема исходное сообщение восстанавливается из набора полученных пакетов. Эффективность такого режима работы сети оказывается еще выше. На практике наиболее часто используют методы с коммутацией каналов и коммутацией пакетов.

10. Дейтаграммный и виртуальный метод коммутации пакетов. Основные преимущества и недостатки методов коммутации дискретных сигналов.

Описанный выше режим передачи пакетов между двумя конечными узлами сети предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета. Такой режим работы сети называется дейтаграммным, и при его использовании коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети - работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и т. п.

Существует и другой режим работы сети - передача пакетов по виртуальному каналу (virtual circuit или virtual channel). В этом случае перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы. Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным.

Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета - запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту.

Постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов. При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново. При этом он, естественно, обойдет отказавшие участки сети.

Каждый режим передачи пакетов имеет свои преимущества и недостатки. Дейтаграммный метод не требует предварительного установления соединения и поэтому работает без задержки перед передачей данных. Это особенно выгодно для передачи небольшого объема данных, когда время установления соединения может быть соизмеримым со временем передачи данных. Кроме того, дейтаграммный метод быстрее адаптируется к изменениям в сети. При использовании метода виртуальных каналов время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется последующей быстрой передачей всего потока пакетов. Коммутаторы распознают принадлежность пакета к виртуальному каналу по специальной метке - номеру виртуального канала, а не анализируют адреса конечных узлов, как это делается при дейтаграммном методе.

11. Краевые искажения и дробления. Ввод асинхронной информации в синхронный цифровой тракт. Метод наложения и скользящего индекса. Сравнение по краевым искажениям и коэффициенту использования канала.

Ввод и передача сигналов данных через оконечные устройства цифровых          систем каналообразования могут быть осу­ществлены двояко: путем непосредственного стробирования сигналов данных и передачи информации о значащих позициях этих сиг­налов (простое наложение) либо путей опознавания моментов изменений значащих позиций и передачи кодированной информация о них

Метод простого наложения

При этом методе сигналы данных вводятся на канальные вхо­ды оконечных устройств цифровых систем и стробируются последовательностью стробирующих импульсов. Результирующий сигнал, состоящий из последовательностей стробирующих  импульсов, соответствующих состоянию  I  двоичного сигнала, вводится в линейный тракт. В приемном оборудовании переданный сигнал восстаналивается по огибающей принятой импульсной последовательности. Форма импульсов передаваемого, стробирующего, линейного и принятого сигналов показана на рис.3.51. При таком методе переда­чи стробирущие импульсы не синхронизированы с сигналом данных. Это приводит к тому, что передача значащих моментов модуляции происходит с ошибкой, которая меньше периода повторения стробирущих импульсов Те. Степень краевых искажений равняется

где То - длительность единичного элемента сигнала данных.

Для обеспечения высокой вероятности передачи (уменьшения краевых искажений) в системе с простым наложением необходимо повышать частоту следования стробирующих импульсов.

Требуемую частоту стробирования можно определить для за­данной величины Те и ожидаемой величины краевых искажений. В случае передачи сигналов данных с низкой скоростью модуляции эта частота значительно меньше частоты дискретизации 8 кГц, используемой в системах передачи с ИКМ Поэтому для полного использования емкости цифрового канала в нем можно образовать несколько низкочастотных каналов передачи сигналов данных.

При регистрации принимаемых сигналов ошибка в двоичном сигнале появляется только тогда, когда момент ошибочного при­ема импульса из цифрового тракта попадает в середину единично­го элемента сигнала данных. Заметим, что метод простого на­ложения не пригоден для систем передачи данных с высокой ско­ростью модуляции ввиду малой степени использования пропускной способности цифрового канала. Поэтому такой метод применяют для передачи данных по цифровым каналам лишь при скорости переда­чи до 1200 бит/с.

Метод скользящего индекса.

Этот принцип основан на принципе кодовой передачи инфор­мации о наличии перехода в сигнале данных и его положении в интервале времени между следующими друг за другом тактовыми импульсами. Эта информация содержится в кодовых комбинациях, состоящие из i > 3 элементов. Первый элемент кодовой комбина­ции несет информацию о наличии или отсутствии изменений знача­щей позиции двоичного сигнала, следующий или последующий элемент о направлении этого изменения, остальные n-2 элементов определяют положение момента изменения значащей позиций двоич­ного сигнала по отношения к тактовым импульсам считывания. Про­цесс формирования кодовых комбинаций представлен на рис.3.52.

Краевые искажения при этом методе передачи данных по цифровым каналам в 2 раза меньше, чем при методе простого наложения при той же частоте стробирования и скорости передачи сигнала данных. Номер подынтервала, в котором наблюдается переход в сигнале данных, передается двоичным кодом. Начало передачи но­мера определяется стартовым элементом, всегда являющимся " единицей" (импульс 5 на рис.3.52). Положение этого импульса не синхронизировано с последовательностью импульсов цифрового тракта. Это вызывает скольжение стартового импульса по временной оси. отсюда и название метода скользящего индекса

В случае возникновения единичной ошибки (ложный импульс) в цифровом тракте приемная аппаратура может интерпретировать ее как стартовый импульс следующей кодовой комбинации. Ложный прием сигнала данных будет продолжаться до момента прихода очередной кодовой комбинации, возвращающей согласование принятого и переданного состояния, что на рис.3.52 представлено заштрихованной областью принимаемого сигнала. Это происходит потому, что в принимаемом двоичном сигнале возникает больше ошибок, чем единичных ложных импульсов в цифровом тракте.

Размножение ошибок, свойственных этому методу, можно избежать путем объединения метода скользящего импульса с мето­дом простого наложения, который используется для подтверждения значащих позиций сигнала данных. При такой модификации метода передачи стробирующие импульсы подаются в цифровой тракт тогда, когда элемент сигнала данных представляет собой состояние "I".

Появление перехода в сигнале данных приводит к тому, что первый элемент на выходе кодера принимает значение (состояние), противоположное значению предшествующего элемента. Он также играет роль стартового импульса кодовой комбинации, определяющей момент изменения состояния по отношению к последовательности цифрового тракта (считывания). В этом случае коэффициент использования цифрового тракта выше, чем при методе бег подтверждения, благодаря содержащейся в одном элементе двоичной информации о наличии перехода и его направлении.

Из лекций: в методе скользящего индекса с подтверждением передается 1, если фронт находится в первой половине, или 0, если находится во второй. При переходе из 1 в 0 передается дополнительная 1, при переходе из 0 в 1 – дополнительный 0. Информацию о фронте можно передавать троичным словом (2³=8), тогда можно уменьшить в L раз коэффициент краевых искажений, где L – разрядность слова.

Формула для краевых искажений (метод наложения):

В_с – скорость модуляции сигнала,

В_н – скорость модуляции несущей.

Коэффициент использования канала: