Передача информации в распределенных информационно-управляющих сист

На рис. 2.13. приведена структура синхронной МСПИ с выделенными (не коммутируемыми) временными каналами.

В системе имеются 3 источника и 3 получателя информации. Каждая пара «источник-получатель» жестко закреплена. За время цикл Тц опрашиваются все три источника. В первом цикле информацию передает только источник И1, во втором – только источн к И2, в третьем и четвертом циклах информацию передают все т и источника.

а

б

Рис. 2.13. Структура синхронной МСПИ с выделенными (не коммутируемы ми) временными каналами: а – структурная схема МСПИ; б – временная диаграмма ее работы

fo 1 Пmax .

Tц

П Nfт ; fт N Пmax N Bкmax B ,

где B – скорость передачи по каналу связи; П – производительность источника; fт – тактовая частота генератора тактовых импульсов, определяющ его частоту переключений мультиплексора, опра шивающего группу из N источников; fо – частота опроса каждого источника, равная максимальной производительности источ-

51

ника Пmax. Частота опроса каждого источника одинакова, поэтому не требуется буферного регистра на выходе источника.

Введем ряд показателей и их количественную оценку. Эффективность кода (ЭК) – отношение полезных битов n

к общей длине кода n,

n nпол nслуж,

где nслуж – служебные биты, вводимые мультиплексором в каждое кодовое слово. Для синхронных мультиплексоров ЭК = 1.

Загруженность канала (ЗК) на выходе мультиплексора

TSз ,

TS

где TSз – загруженные временные каналы (time slot); TS – общее

число TS на выходе MX, на анализируемом временном отрезке. Эффективность использования сети ЭС = ЭК·ЗК. Например, для рис. 2.13

ЭК = 100 %, ЗК = 8/12 · 100 % = 66 %,

ЭС = 66 %.

Для реализации двунаправленного обмена могут быть использованы все рассмотренные выше варианты каналов связи, а именно полудуплексный и полнодуплексные. Наиболее часто применяются дуплексные групповые каналы с пространственным разделением.

На рис. 2.14 приведена структура подсистемы сбора информации (ПСИ), реализующей одноступенный опрос 3 источников с использованием СВД. Информация с датчиков (Д) поступает в канал связи через мультиплексор (MX) в свои тайм-слоты. При этом производительность 2-го и 3-го датчиков вдвое меньше производительности 1-го датчика (источника) ПД1 . Временная диа-

грамма работы приведена на рис. 2.15.

52

Рис. 2.14 Структура подсистемы сбора информации, реализующей одноступенный опрос 3 источ иков

Рис. 2.15. Временная диаграмма работы ПСИ

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) формируе одинаковые тайм-слоты для пере ачи информации с каждого датчика. На временной диаграмме приведено 4 цикла работы ПСИ.

Предложенный вариант систем (ПСИ) неэффективен, хотя просто реализуется. Причина неэффективности – объединение в одну группу источ иков со значительно различаю щейся производительностью.

53

Для увеличения эффективности использования системы (каналов связи системы) необходимо сблизить расчетную (линейную) и фактическую пропускные способности канала за счет выравнивания производительности источников, объединяемых в одну группу. Желаемой цели можно достигнуть, используя двухступенный опрос источников.

На рис. 2.16. приведен вариант двухступенного опроса источников. Теперь источники Д2 и Д3 объединяются через мультиплексор MX1 и, таким образом, «делят» между собой бывший второй тайм-слот на второй и третий. Эффективность использования сети поднимается до 100 %.

Рис. 2.16. Пример двухступенного опроса источников

Рассмотренный вариант повышения эффективности системы основан на ориентации на источник с максимальной производительностью или выравнивание по максимальной производительности. Аналогично можно улучшить показатели системы, выравнивая поэтапно характеристики производительности источников, ориентируясь на источник(и) с наименьшей производительностью

(дробление потока импульсов на выходе источника с максималь-

ной производительностью). На рис. 2.17. приводится общий вид структуры МСПИ с коммутируемыми СВД (TMD).

Теперь подсистема сбора информации разносит биты информации от текущего источника по нескольким тайм-слотам в зависимости от производительности источника, а подсистема распре-

54

деления информации объединяет информацию этих тайм-слотов и передает соответствующему получателю информации.

а

б

в

Рис. 2 .17. Общий вид структуры МСПИ с коммутируемыми СВД (TMD):

а– общий вид структ ры; б – размещение информации в тайм-слотах; в – формальное представление составного или скоммутированного

канала связи

Для рассмотрен ых сетей с коммутацией каналов (в частности, частотных и временных каналов связи) характерно наличие трех фаз в сеансе связи:

Ф1 – установлениесоединениясрезервированием навесьсеанс; Ф2 – обмен данными; Ф3 – разрыв соединения.

В TDM-системах всегда предполагается, что длительность первой и третьей фаз значительно меньше длительности фазы обмена данными. Это необходимое у ловие эффективности этого класса систем. TDM-системы (как С У, так и АВУ) на сегодняшний день являются основной технологией цифровых и смешанных сетей связи.

55

Достоинством систем с коммутацией каналов является высокое качество (QoS) предоставления услуг абонентам, благодаря

▪гарантированной пропускной способности каждого канала связи на весь сеанс связи;

▪изохронной задержке (отсутствие очередей и влияние приоритетных трафиков);

▪отсутствию адресной информации в фазе «обмена данными». Один из основных недостатков СКК – низкая эффективность

использования ресурсов сети.

Пример применения СВД в системах связи. Сети и МСПИ с синхронным временным уплотнением коммутируемых каналов широко применяются не только в РИУС, но и в цифровых сетях связи общего пользования (ССОП), в частности, телефонных сетях общего пользования (ТфОП). При этом в ССОП различают сеть доступа (совокупность аппаратуры и абонентских линий (АЛ), связывающих абонентов и сопряженные с ними узлы коммутации) и магистральную сеть из соединительных линий (СЛ), соединяющих между собой узлы коммутации (АТС), в которой используются высокоскоростные каналы с плезиохронной (PDHПЦИ) и синхронной (SDH-СЦИ) иерархией скоростей.

Рассмотрим пример расчета временных характеристик МСПИ с синхронным временным разделением 32 временных каналов связи для передачи аудиоинформации в цифровой телефонной сети общего пользования, использующей формат E1 плезиохронной цифровой иерархии скоростей (ПЦИ-PDH). Пусть в сети:

– число аналоговых источников аудиоинформации N’ = 30, для обслуживания которых необходимо N = 32 TS (временных каналов);

– полоса частот, занимаемая каждым источником, 0,3– 3,3 Кгц (Fк = 3 кГц);

– число уровней квантования отсчетов Ny= 256, т.е. m =

=log2Ny = 8 бит/отсчет;

–побайтовая коммутация сигналов на выходе источников.

56

Следует определить необходимую частоту коммутации источников или коммутации (переключения) циклов fц; частоту коммутации временных каналов fTS = fв.к (частоту переключений мультиплексора, опрашивающего группу из N источников) или частоту генератора тактовых импульсов (fт); полосу частот каждого цифрового канала и канальную скорость передачи информации Вк; суммарную полосу частот группового канала FΣ и суммарную скорость передачи данных BΣ.

Временная диаграмма дискретизации во времени и квантования по уровню сигналов на выходе 30 аналоговых источников представлена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Временная диаграмма дискретизации во времени и квантования по уровню сигналов

Согласно теореме Котельникова, теоретический шаг дискретизации во времени

Tд' t' 2F1m ,

где Fm = 3 кГц, практический шаг дискретизации выбирают из соображений

57

При этом частота дискретизации, определяющая производительность источника,

fд 1 8 кГц.

Tд

Частота цикловых переключений или частота опроса источников

fц 1 8 кГц.

Tц

Если сигнал в канале связи использует цифровую АИМ (ЦАИМ) с числом уровней квантования значений амплитуды Ny = 256 и на каждый канал отводится полоса частот Fk = 8 КГц, то необходимая полоса частот на выходе системы с суммарным ЦАИМсигналом от 32 источников, обслуживаемых за Tц = 125 мкс,

Fк2.св 8 32 256 кГц.

Таким образом, частота переключений временных каналов на выходе группового мультиплексора (тактовая частота группового МХ)

FTS Fц N 8 кГц 32 256 кГц.

При этом суммарная скорость передачи данных (информации) в Ny 256-ичном канале

Bик FкlogNy 2048 Кбит/с.

При переходе к двоичному ИКМ-сигналу (двоичному каналу) (см. рис. 2.18) ширина полосы частот канала увеличивается:

58

Fк.св Fк2.св m 2048 кГц,

где m = logNy = 8 (число двоичных битов на отсчет), при этом скорость передачи информации на выходе системы остается прежней,

Bи 2048 Кбитс.

Тактовая частота ГТИ в составе мультиплексора, опрашивающего группу из N источников,

fт fTS 9 fц N 8 256 8 8 32 8 2048 кГц.

Определим скорость передачи данных в каждом канале:

2.5. МСПИ с асинхронным (статистическим) (АВУ) разделением каналов

Взрывная порода трафика, свойственная сетям передачи данных, привела к разработке более гибкого метода мультиплексирования – статического. В этом методе тайм-слоты не фиксируются жестко за определенными каналами и могут более свободно распределяться под приходящие по разным каналам данные. Последовательность, в которой данные от разных каналов размещаются в тайм-слоты, зависит от времени прибытия данных, а не от номера низкоскоростных каналов. Каждый раз, когда тайм-слот испускается в мультиплексную линию, мультиплексор добавляет к нему специальный идентификатор, по которому демультиплексор на другом конце определяет, в какой выходной канал переправить содержимое данного тайм-слота. Если на вход мультиплексора данные не поступают, то он передает пустые тайм-слоты с пусты-

59

ми полями идентификаторов. Ас нхронность выражается не в асинхронном испу кании тайм-слотов – они следуют строго регулярно, а в допустимости асинхрон ного размещени приходящих данных в тайм-слоты.

При анализе работы статистического мультиплексора мы не выделяем циклы последовательного, упорядоченного опроса входных каналов, а рассматриваем поток синхронн х TS. Но порядок заполнения T S определяется активностью источников, т.е. стат стикой (частотой) поступления сообщений от источника на вход МХ.

Например, если активен 2-й вход, а на 1, 3 и 4-м входах MX отсутствует информация, то на весь период активности 2-го источника все подряд идущие TS будут заполнены информацией второго входа (источника).

Таким образом, статистический TDM-мультиплексор предоставляет приложению такую полосу (пропускную способность – V(bit)/T или ресурсы канала связи), которую оно запрашивает, если, конечно, эта величина не пре осходит свобо ной емкости мультиплексной линии.

Суммарная величина полос п опускания низкоскоростных каналов, входящих в мультиплексор, может превосходить полосу пропускания скоростного канала. Игра идет на том, что не все низкоскоростные приложения осуществляют одновременно пере-

дачу (рис. 2.19).

Рис. 2.19. Схема работы статист ческого мультиплексора

60