16. Технологии передачи данных в магистральных цифровых сетях. (pdh,sdh)/ Синхронизация данных.

• Совместное использование канала

• Статистическое мультиплексирование с разделением времени

• Низкоскоростные мультиплексоры речь/данные

Совместное использование канала

смысл мультиплексирования — используя некоторый ресурс (в данном случае автомобиль), передать за единицу времени более одного сообщения. В коммуникационных системах такие ресурсы представлены выделенными линиями, системами беспроводной связи, волоконно-оптическими кабелями и т. д., а сообщениями являются данные или речь. Для обеспечения возможности совместного использования передающих средств выполняется либо частотное уплотнение, либо разделение времени передачи данных..

Мультиплексирование с разделением частоты

В течение многих лет для мультиплексирования телефонных разговоров применялась именно технология FDM, поскольку она позволяет использовать имеющуюся полосу частот более эффективно, чем это делается в системах цифровой передачи. Но системы FDM имеют существенный недостаток: при усилении речевого сигнала одновременно повышается и уровень шума. По этой причине, а также в связи со снижением стоимости используемых в цифровой связи аппаратных средств системы FDM стали повсеместно вытесняться системами мультиплексирования с разделением времени.

в течение последних трех десятилетий наблюдается спад интереса к FDM, является повсеместная замена аналоговых линий связи цифровыми. В соответствии с этой технологией, FDM используется для передачи сигналов, имеющих различную длину волн (речь идет об электромагнитных сигналах видимого диапазона), по единому волоконно-оптическому кабелю. Используемое в волоконно-оптической среде передачи мультиплексирование с частотным разделением называется мультиплексированием с разделением по длине волн (Wavelength-Division Multiplexing, WDM). Но поскольку длина волны является величиной, обратно пропорциональной частоте ( = 1//), передача по оптоволокну сигналов различной длины происходит с использованием различных частот, то есть применяется технология FDM.

Цифровая модуляция

Как вы уже знаете, по аналоговым телефонным каналам транслируются сигналы в форме синусоидальных волн, а импульсы передаются по системам цифровой передачи. С помощью модуляции импульсов в них можно закодировать как аналоговую, так и цифровую информацию.

Существует три метода цифровой модуляции импульсов для передачи данных

• При импульсно-амплитудной модуляции (Pulse Amplitude Modulation, РАМ) для представления аналоговой информации изменяется амплитуда им пульсов. Этот метод модуляции очень восприимчив к воздействию посто роннего шума.

• В случае широтно-импульсной модуляции (Pulse Width Modulation, PWM) кодирование передаваемой информации производится посредством изме нения ширины импульсов. Оба названные метода применяются в телефон ном коммутационном оборудовании, например в частных АТС.

• При фазоимпульсной модуляции (Pulse Position Modulation, PPM) кодиро вание передаваемой информации заключается в изменении позиции им пульсов в группе импульсов, которая называется кадром

Импульсно-кодовая модуляция

Использование импульсно-кодовой модуляции (Pulse-Code Modulation, PCM) no сравнению с методом импульсно-амплитудной модуляции позволяет значительно уменьшить влияние постороннего шума на передаваемый сигнал.

Процесс импульсно-кодовой модуляции состоит из трех этапов: выборки, квантования (оцифровки) и кодирования.

• Выборка аналогового сигнала осуществляется с частотой 8000 раз в секунду. Такая частота не противоречит теореме Найквиста, согласно которой для корректного восстановления аналогового сигнала количество выполняемых замеров должно в два раза превышать максимальное значение полосы пропускания канала. Поскольку для речевого канала это значение равно 4 кГц, то выборка должна осуществляться именно с частотой 8000 раз в секунду. Значения выборки, представленные в верхней части рис. 6.3 вертикальными линиями, являются значениями напряжения исходного сигнала.

• При квантовании сигнала значения полученных замеров округляются до некоторых заранее определенных значений, что приводит к уменьшению количества используемых амплитуд. Как вы уже знаете из главы 5, одной из причин, вследствие которых аналоговые модемы не могут передавать данные с большими скоростями, является наличие шума квантования. Он возникает в результате искажений сигнала, появляющихся из-за различия между истинными величинами амплитуд и округленными значениями, полученными в результате квантования.

• В результате кодирования уменьшается количество исходных значений напряжений РАМ-сигнала — все значения, полученные в ходе выборки, могут быть закодированы с помощью 8 бит. Для того чтобы упростить излагаемый материал, на рис. 6.3 каждое значение было представлено с помощью 4 бит, хотя на самом деле для этой цели используются 8 бит.

Кадрирование

До конца 1980-х годов самым популярным был формат кадрирования D4, но затем в системах Т1 стал использоваться формат ESF, который в настоящее время является наиболее распространенным. В соответствии с форматом D4 в начале каждого кадра находится кадрирую-щий бит Так как у нас имеется 24 байта по 8 бит, каждый байт представляет собой оцифрованное значение выборки аналогового сигнала для 24 речевых каналов. Следовательно, кадр формата D4 состоит из 1 + 24 8 = 193 бит. Кадрирующие биты каждых 12 кадров используются для формирования специального значения, с помощью которого группы каналов выполняют синхронизацию при приеме данных, передаваемых группой каналов, которая расположена на другом конце магистральной линии.

Еще один формат, называемый расширенным суперкадром (Extended Super-Frame, ESF), охватывает 24 кадра и представляет собой дополненный формат D4. Однако в отличие от D4, в котором используются фиксированные значения кадрирующих битов, в ESF применяются как фиксированные, так и переменные значения. Из 24 кадрирующих битов расширенного суперкадра только 6 бит предназначены для формирования значения кадрирования и синхронизации, остальные служат для передачи данных, использующихся при мониторинге сети и определении частоты ошибок передачи.

Система цифровой передачи Т1 изначально предусматривала использование операции мультиплексирования для передачи данных 24 речевых каналов по одной высокоскоростной линии. В иерархии средств цифровой передачи система Т1, которая обеспечивает рабочую скорость 1,544 Мбит/с, находится на первом уровне. Многие независимые компании для работы в системе Т1 наладили выпуск мультиплексоров (далее мы будем называть данные устройства Т1-мультиплексорами). При использовании мультиплексоров этого типа появилась возможность интегрированной передачи речевой информации, данных и видео по единому высокоскоростному (1,544 Мбит/с) коммуникационному каналу.

Мультиплексирование с разделением времени

для соединения с помощью системы Т1 двух групп каналов применяются Т1-мультиплексоры. Фактически это одни из самых первых типов устройств, в которых используется технология мультиплексирования с разделением времени (TDM). T1-мультиплексоры применялись в аналоговых выделенных линиях и каналах низкоскоростной цифровой службы передачи информации (DDS) еще до того, как системы Т1 стали доступными для коммерческих организаций. При использовании TDM в аналоговых выделенных линиях и каналах DDS существуют ограничения, согласно которым суммарная скорость передачи данных не может превышать определенные величины. Так, в аналоговых выделенных линиях суммарная скорость передачи данных не может превышать 28,8 кбит/с. Это объясняется тем, что данная величина соответствует максимальной скорости, с которой могут работать модемы, предназначенные для применения в выделенных линиях. При использовании TDM-мультиплексоров в каналах DDS скорость передачи данных не должна превышать 56 кбит/с — это ограничение связано со спецификой предлагаемой службы. Стоимость пары TDM-мультиплексоров, включая стоимость эксплуатации, ниже стоимости нескольких выделенных линий, которые они могут заменить. Поэтому при задействовании в локальных сетях организаций они окупаются менее чем за год. Если в технологии TDM кадры имеют фиксированную длину, а демультиплексирование производится на основе позиций данных в кадре, то в технологии STDM используются каВ результате объединения некоторых возможностей, предоставляемых обеими технологиями мультиплексирования (TDM и STDM), был создан новый тип мультиплексоров, предназначенных для передачи как данных, так и речевой информации, — низкоскоростные мультиплексоры речь/данные. Главной отличительной чертой таких мультиплексоров является их способность оцифровывать речь на скоростях, которые значительно меньше скорости, достигаемой при использовании РСМ (64 кбит/с). Поэтому, рассматривая данную тему, мы вначале сосредоточим внимание на нескольких методах, используемых этими устройствами для оцифровки речи. дры переменной длины.

Цифровые каналы передачи данных.

Манчестерское кодирование. Передаваемые данные представляются электрическими сигналами. Возможны коды RZ (Return-to-zero), использующие двуполярные сигналы для изображения 1 и 0, и коды NRZ (non-return-to-zero) - коды без возвращения к нулю.

Для кодирования информации наибольшее распространение получили самосинхронизирующиеся коды, так как при этом отпадает необходимость иметь дополнительную линию для передачи синхросигналов между узлами сети. В ЛВС чаще других применяют манчестерский код,

Для построения магистральных каналов передачи данных применяют технологви плезиохронной цифровой иерархии PDH, синхронной цифровой иерархии SDH, сети интегрального обслуживания ISDN. К каналам PDH относятся T1/T4 и E1/E4. В США и Японии преимущественно применяют системы Т1/T4. Канал Т1 иначе называют DS-1. Он включает 24 цифровых канала, называемых DS-0 (Digital Signal-0). В каждом канале DS-0 применена кодово-импульсная модуляция с частотой следования отсчетов 8 кГц и с квантованием сигналов по 2⁸ = 256 уровням, что обеспечивает скорость передачи 64 кбит/с на один канал или 1554 кбит/с на аппаратуру Т1. В Европе вместо Т1 чаще используется аппаратура Е1 с 32 каналами по 64 кбит/с, т.е. с общей скоростью 2048 кбит/с.

Синхронная цифровая иерархия обладает целым рядом преимуществ, которые позволили ей стать одной из основных технологий цифровых систем передачи на нынешнем этапе развития телекоммуникаций.

Хорошая проработка международных стандартов, описывающих структуру сигналов SDH, функции и электрические параметры аппаратуры, обеспечивает совместимость оборудования разных производителей. Это позволяет без проблем осуществлять взаимодействие между операторами различных сетей

К преимуществам SDH следует отнести модульную структуру сигнала, когда скорость уплотненного сигнала получается путем умножения базовой скорости на целое число. При этом структура цикла не меняется и не требуется формирование нового цикла. Это позволяет выделять требуемые каналы из уплотненного сигнала без демультиплексирования всего сигнала.

Контейнерный принцип хорошо известен и довольно широко применяется в современной технике связи. Эта идея оказалась очень практичной, ведь все операции на сети производятся с контейнерами и не затрагивают их содержимое. Таким образом, достигается полная прозрачность сети для передаваемой информации. Формирование контейнеров для передачи данных с различной скоростью рассматривается ниже. Все контейнеры размещаются в части цикла STM-1, называемой Payload. Во избежание потери синхронизации в аппаратуре SDH предусматривается скремблирование передаваемых сигналов. Дело в том, что в полезной информации могут присутствовать длинные цепочки нулей или единиц. При передаче по линиям электрических сигналов (например, в коаксиальном кабеле) эта проблема снимается выбором соответствующего кода линейного сигнала.

Синхронизация - процесс, посредством которого некое действие осуществляется одновременно в двух местах, а также Синхронизация данных - процесс ликвидации различий между двумя копиями данных. Синхронизацию используют для того, чтобы поместить одинаковые файлы сразу на два устройства или носителя. Например, можно синхронизировать блокнот, адресную книгу, контакты, календарь или список дел на мобильном телефоне с подобным приложением на компьютере.

Основные и дополнительные функции программ для синхронизации:

- синхронизация данных, файлов, папок на жёстком диске, синхронизация папок Windows.

- создание резервных копий (резервирование).

- объединение множества записей, что ликвидирует риск потери информации.

- синхронизация данных на двух и более компьютерах.

- синхронизация программ настольного компьютера и ноутбука.

- синхронизация данных между usb флешкой, usb-носителем, usb-устройствами (плеер, флешка, внешний жесткий диск) и компьютером. - синхронизация телефона с компьютером.

- синхронизация папок и файлов между серверами.

- синхронизация между удаленным компьютером и сервером (синхронизация по FTP, SFTP).

- синхронизация по расписанию в определенное время.