Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эволюция технологий электросвязи. Учебное пособие практикум
.pdf
сигналов ОБП, занимающих не перекрывающие полосы частот. Ступень формирования
группового сигнала на n1 канальных сигналов называется ступенью индивидуального
преобразования. Следующие ступени преобразования являются групповыми и
предназначаются для создания из n2 одинаковых по спектру n1 - канальных групповых
сигналов общего группового q-канального сигнала (где q = n1n2), затем для создания из n
одинаковых по спектру q-канальных групповых сигналов общего группового Nканального сигнала (где N =q n3 =n1n2n3) и т.д. Последняя ступень группового
преобразования предназначается для преобразования спектров полученных
многоканальных групповых сигналов, содержащих необходимое число канальных
сигналов, в линейный спектр СП с ЧРК, предназначенный для передачи по линии.
Структурная схема, поясняющая принцип многократного преобразования частоты,
показана на рисунке 27.
3
Рисунок 27 - К пояснению принципа многократного преобразования частоты
Таким образом, применение многократного и группового преобразования позволяет
унифицировать фильтровое оборудование системы, т. е. уменьшить его разнотипность.
Такая унификация повышает технологичность изготовления узлов аппаратуры и, в
конечном счете, удешевляет ее.
2 Формирование временного спектра
Временной спектр формируется при создании цифровых потоков различного
уровня в цифровых системах передачи плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ).
Используются два метода формирования временного спектра:
51
- непосредственное кодирование соответствующего числа аналоговых сигналов и
получение временного спектра первичного потока E1 (рисунок 28);
- временное группообразование, которое предполагает формирование группового
сигнала ЦСП высшего порядка путем объединения цифровых групповых сигналов,
сформированных в системах более низкого порядка.
Рисунок 28 – Временной спектр первичного потока E1
Линейный сигнал системы построен на основе сверхциклов, циклов, канальных и
тактовых интервалов (обозначение 0/1 соответствует передаче в данном тактовом
интервале случайного сигнала). Сверхцикл передачи (СЦ) соответствует минимальному
интервалу времени, за который передаѐтся один отсчѐт каждого из 30 сигнальных каналов
(СК) и каналов передачи аварийной сигнализации (потери сверхцикловой или цикловой
синхронизации). Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи (с Ц0 по Ц15). Длительность
цикла Тц=125мкс и соответствует интервалу дискретизации канала ТЧ с частотой 8 кГц.
Каждый цикл подразделяется на 32 канальных интервала длительностью Тки=3,906 мкс.
Канальные интервалы КИ1–КИ15, КИ17–КИ31 отведены под передачу информационных
сигналов. КИ0 и КИ16 – под передачу служебной информации. Каждый канальный
интервал состоит из восьми интервалов разрядов (Р1–Р8) длительностью по Тр=488нс.
Половина разрядного интервала может быть занята прямоугольным импульсом
52
длительностью Ти=244нс при передаче в данном разряде единицы (при передаче нуля
импульс в разрядном интервале отсутствует). Интервалы КИ0 в четных циклах
предназначаются для передачи циклового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и
занимающего интервалы Р2– Р8. В интервале Р1 всех циклов передается информация
контроля ошибок передачи (Кош). В нечетных циклах интервалы P3 и Р6 КИ0
используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авар. ЦС –
LOF) и снижении остаточного затухания каналов до значения, при котором в них может
возникнуть самовозбуждение (Ост. зат.). Интервалы Р4, Р5, Р7 и Р8 являются свободными,
их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой
частоты. В интервале КИ16 нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал
вида 0000 (Р1–Р4), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р6 – Авар.
СЦС – LOM). Остальные три разрядных интервала свободны. В канальном интервале
КИ16 остальных циклов (Ц1–Ц15) передаются сигналы служебных каналов СК1 и СК2,
причем в Ц1 передаются СК для 1-го и 16-го каналов ТЧ, в Ц2 – для 2-го и 17-го и т.д.
Интервалы Р3, Р4, Р6 и Р7 свободны.
Структура временного спектра потока Е2 с положительным, отрицательным и
нулевым выравниванием определена в рекомендации ITU-T G.745 (рисунок 29). Поток Е2
формируется побитным мультиплексированием четырех потоков Е1. Информация,
относящаяся к четырем потокам Е1, обозначена римскими цифрами I, II, III, IV. Цикл
передачи имеет длительность 125 мкс и состоит из 1056 позиций.
Цикл разделен на 4 субцикла, одинаковых по длительности. Первые восемь бит
первого субцикла заняты комбинацией 11100110, представляющей собой цикловой
синхросигнал объединенного потока.
Первые четыре бита второго субцикла заняты первыми символами команд
согласования скоростей (КСС), а следующие четыре – сигналами служебной связи.
Вторые и третьи символы КСС занимают первые четыре бита третьего и четвертого
субциклов.
Команды КСС распределены по группам для увеличения помехоустойчивости. В
каждой группе КСС бит №1 содержит фрагмент кода команды для объединяемого потока
Е1 №1, бит №2 – для потока Е1 №2 и т.д. Таким образом, после приема всех трех групп
КСС получают четыре КСС (для каждого из четырех принятых потоков Е1). Коды КСС
следующие: 111 – ПСС, 000 – ОСС, 101 – отсутствие согласования скоростей (нулевое
выравнивание).
В битах 5–8 четвертого субцикла передается информация объединяемых потоков
при ОСС. При ПСС исключаются биты 9–12 четвертого субцикла. Биты 5–8 субцикла №2
53
используются для передачи сигналов служебной связи. Биты 5–8 субцикла №3
используются для передачи сигналов данных (два 74 бита), аварийных сигналов и вызова
по каналу служебной связи (по одному биту). Таким образом, из общего числа бит потока
Е2 информационными являются 1024±4 бита. Скорость потока Е2 составляет 8448 кбит/с.
Рисунок 29 - Временной спектр вторичного потока E2
Объединение потоков E1 осуществляется посимвольно (побитно), т.е. считывание
информации из запоминающих устройств при объединении происходит по разрядам:
вначале считывается и передается разряд первого потока, затем – второго и т.д., после
считывания разряда последнего из объединяемых потоков вновь считывается очередной
разряд первого, т.е. цикл повторяется.
Отчет по работе:
- тема, цель занятия;
- краткие теоретические сведения;
54
№ Варианта
1 2 3 4 5 6 7
8
Число каналов в цифровом
потоке
60
90
150
180
240
270
360
480
- временные спектры цифровых потоков в соответствии с заданием по вариантам
(таблица 3).
Таблица 3 – Исходные данные для построения временных спектров цифровых потоков
Контрольные вопросы (ОПК-2):
1. Какие принципы уплотнения используются при формировании группового
сигнала электросвязи?
2. Дайте характеристику аналоговому сигналу.
3. Дайте характеристику цифровому сигналу.
4. Особенность формирования цифрового группового сигнала.
5. Характеристики группового сигнала электросвязи.
6. Какие технологии передают групповой сигнал электросвязи?
7. Какие частоты используются в качестве индивидуальных несущих частот?
8. Какие частоты используются в качестве групповых несущих частот?
9. С какой целью в многоканальной системе передачи с ЧРК вводятся защитные
частотные интервалы между спектрами канальных сигналов?
10. За счет, каких мер в многоканальной системе передачи может происходить
увеличение количества абонентов?
11.Какую задачу выполняют КСС?
Список рекомендованной литературы
1. Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы
передачи: Учебник для вузов / Под ред. Иванова В.И. - Изд. 2-е, М.: Горячая линия Телеком, 2005. – 232 с.
2. Крухмалев В. В., Гордиенко В.Н., А. Д. Моченов. Цифровые системы передачи:
Учебное пособие для вузов - Издание 2-е, перераб. и доп. М.: Горячая линия - Телеком,
2012. – 376 с.
55
Практическое занятие 6
Тема: Структура пакета и передача его по сети связи
Цель: Изучить принципы коммутации пакетов и получить навыки передачи аудио и
видеоинформации по учебной сети связи с помощью технологии Ethernet.
Вопросы:
1. Технологии пакетной передачи информации.
2. Структура пакета.
1 Технологии пакетной передачи информации
Процесс передачи данных в сети с коммутацией пакетов
Процесс передачи данных в сети с КП можно представить в виде следующей
последовательности операций:
вводимое в сеть сообщение разбивается на части - пакеты, содержащие адрес
конечного пункта получателя;
в узле КП пакет запоминается в оперативной памяти (ОЗУ) и по адресу
определяется канал, по которому он должен быть передан;
если этот канал связи с соседним узлом свободен, то пакет немедленно передается
на соседний узел КП, в котором повторяется та же операция;
если канал связи с соседним узлом занят, то пакет может какое-то время храниться
в ОЗУ до освобождения канала;
сохраняемые пакеты помещаются в очередь по направлению передачи, причем
длина очереди не превышает 3-4 пакета; если длина очереди превышает допустимую,
пакеты стираются из ОЗУ и их передача должна быть повторена.
Пакеты, относящиеся к одному сообщению, могут передаваться по разным
маршрутам в зависимости от того, по какому из них в данный момент они с наименьшей
задержкой могут пойти к адресату. В связи с тем, что время прохождения по сети пакетов
одного сообщения может быть различным (в зависимости от маршрута и задержки в узлах
коммутации), порядок их перехода к получателю может не соответствовать порядку
пакетов.
Методы пакетной коммутации. Существует два метода пакетной коммутации:
дейтаграммный (датаграммный) и способ виртуальных соединений.
56
Дейтаграммный метод. Этот метод эффективен для передачи коротких сообщений.
Он не требует громоздкой процедуры установления соединения между абонентами.
Термин "дейтаграмма" (датаграмма, datagram) применяют для обозначения
самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов. Пакеты
доставляются получателю различными маршрутами. Эти маршруты определяются
сложившейся динамической ситуаций на сети. Каждый пакет снабжается необходимым
служебным маршрутным признаком, куда входит и адрес получателя.
Пакеты поступают на прием не в той последовательности, в которой они были
переданы, поэтому приходится выполнять функции, связанные со сборкой пакетов.
Получив дейтаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла,
максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение
пакета, узел коммутации стирает его в своей памяти. Если подтверждение не получено,
узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел, и так до тех пор, пока пакет не
будет отправлен.
Все узлы, окружающие данный узел коммутации, ранжируются по степени
близости к адресату, и каждому присваивается 1, 2 и т.д. ранг. Пакет сначала посылается в
узел первого ранга, при неудаче - в узел второго ранга и т.д. Эта процедура называется
алгоритмом маршрутизации. Существуют алгоритмы, когда узел передачи выбирается
случайно, и тогда каждая дейтаграмма будет идти по случайной траектории.
Виртуальный метод. Этот метод предполагает предварительное установление
маршрута передачи всего сообщения от отправителя до получателя с помощью
специального служебного пакета - запроса вызова.
Для этого пакета выбирается маршрут, который в случае согласия получателя этого
пакета на соединение закрепляется для прохождения по нему всего трафика. Пакет
запроса на соединение как бы прокладывает через сеть путь , по которому пойдут все
пакеты, относящиеся к этому вызову.
Метод называется виртуальным потому, что здесь не коммутируется реальный
физический тракт (как, например, в телефонной сети), а устанавливается логическая
связка между отправителем и получателем, - т.е. коммутируется виртуальный
(воображаемый) тракт.
В виртуальной сети абоненту-получателю направляется служебный пакет,
прокладывающий виртуальное соединение. В каждом узле этот пакет оставляет
распоряжение вида: пакеты k-го виртуального соединения, пришедшие из i-го канала,
следует направлять в j-й канал. Тем самым виртуальное соединение существует только в
памяти управляющего компьютера. Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет
57
запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем памяти понадобится
для приема. Если его компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается
согласие абоненту-отправителю на передачу сообщения. Получив подтверждение,
абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами.
Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению и
в том же порядке попадают абоненту-получателю, где, освободившись от заголовков и
концевиков, образуют передаваемое сообщение.
Виртуальное соединение может существовать до тех пор, пока отправленный
одним из абонентов специальный служебный пакет не сотрет инструкции в узлах.
Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов
информации.
Преимущества режима виртуальных соединений перед дейтаграммным
заключается в обеспечении упорядоченности пакетов, поступающих в адрес получателя, и
сравнительной простоте управления потоком данных вдоль маршрута в целях
ограничения нагрузки в сети, в возможности предварительного резервирования ресурсов
памяти на узлах коммутации.
К недостаткам следует отнести отсутствие воздействия изменившейся ситуации в
сети на маршрут, который не корректируется до конца связи. Виртуальная сеть в
значительно меньшей степени подвержена перегрузкам и зацикливанию пакетов, за что
приходится платить худшим использованием каналов и большей чувствительностью к
изменению топологии сети.
2 Структура пакета
Структура и размеры пакета (рисунок 30) в каждой сети жестко определены
стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными особенностями
данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации. Кроме того,
эти параметры зависят от используемого протокола (порядка обмена информацией).
Существуют некоторые общие принципы формирования структуры пакета,
которые учитывают характерные особенности обмена информацией по любым локальным
сетям. Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает
предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на
прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к
единственному стартовому биту.
58
Рисунок 30 – Типовая структура пакета
Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный
или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес
позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он
входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).
Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный
номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует
принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса
передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно
приходить пакеты от разных передатчиков.
Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер,
размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.
Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется
пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину,
которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные
управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как
сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, оказываются информационными
пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи,
подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.
Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по
определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете.
Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом,
сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или
ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его
повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC).
Одной из основных пакетных технологий, применяемых на локальных сетях связи,
является технология Ethernet.
59
Стандарт технологии Ethernet, определенный в документе IEEE 802.3, дает
описание единственного формата кадра уровня MAC. Так как в кадр уровня MAC должен
вкладываться кадр уровня LLC, описанный в документе IEEE 802.2, то по стандартам
IEEE в сети Ethernet может использоваться только единственный вариант кадра
канального уровня, заголовок которого является комбинацией заголовков подуровней
MAC и LLC. Однако на практике в сетях Ethernet на канальном уровне используются
кадры 4-х различных форматов (типов) (рисунок 31). Один и тот же тип кадра может
иметь разные названия, поэтому далее для каждого типа кадров приведено несколько
наиболее употребительных названий.
На рисунке 2 поле преамбулы и начальный ограничитель кадра не показаны.
Поле преамбулы состоит из семи синхронизирующих байтов — 10101010. При
манчестерском кодировании эта комбинация представляется в физической среде
периодическим волновым сигналом с частотой 5 МГц.
Начальный ограничитель кадра (Start-of-Frame-Delimiter, SFD) состоит из одного
байта 10101011. Появление этой комбинации битов является указанием на то, что
следующий байт — это первый байт заголовка кадра.
Адрес назначения (Destination Address, DA) может быть длиной 2 или 6 байт. На
практике всегда используются МАС-адреса из 6 байт.
Адрес источника (Source Address, SA) — это 2- или 6-байтовое поле, содержащее
МАС-адрес узла — отправителя кадра. Первый бит адреса всегда имеет значение 0.
Длина (Length, L) — 2-байтовое поле, которое определяет длину поля данных в
кадре.
Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Но если длина поля меньше 46
байт, то используется следующее поле — поле заполнителя, дополняющее кадр до
минимально допустимого значения в 46 байт.
Поле заполнителя состоит из такого количества байтов заполнителя, которое
обеспечивает минимальную длину поля данных в 46 байт. Это позволяет кор-ректно
работать механизму обнаружения коллизий. Если длина поля данных больше или равна
минимальной, то поле заполнителя в кадре не появляется.
Поле контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence, FCS) состоит
из 4 байт контрольной суммы. Это значение вычисляется по алгоритму CRC-32.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]