Мультиплексирование данных. Применение и принцип работы мультиплексора и демультиплексора

На сегодняшний день приобретение дополнительной техники или специальных устройств является достаточно дорогим удовольствием. Для того, чтобы сохранить свои финансовые затраты, довольно часто используют такие устройства, как мультиплексор и демультиплексор, которые являются своеобразными селекторами данных.

В случае с мультиплексором есть возможность через один выход пропустить информацию с нескольких входов. А демультиплексор действует с точностью наоборот – распределяет полученные данные с одного входа на разные выходы.

Мультиплексор представляет собой такое оборудование, которое содержит в себе несколько входов сигнала, один или несколько входов управления и лишь один общий выход. Данное устройство дает возможность передавать определенный канал из одного из имеющихся входов на специальный и единственный выход.

При всем этом выбирается вход с помощью подачи определенной комбинации сигналов управления. Чаще всего мультиплексор необходим там, где нужно обустраивать для передачи сигналов большое количество каналов (сигналов), а денег и технического оснащения для этого нет.

Работоспособность данного типа устройства основана на том, что сигнал связи, даже в случае, если он один, очень часто не применяется на всю мощность. По этой причине имеется лишнее место для запуска других потоков информации по одной линии.

Разумеется, что если все эти потоки пускаются в изначальном виде и в одно и то же время, то на выходе получится обычная мешанина информационных данных, которую будет практически нереально расшифровать. Из-за этого мультиплексор производится при помощи разделения потоков информации разнообразными методами.

Разделение по частотным полосам – это когда все потоки данных идет в одно и то же время, но с разной частотой. При этом не происходит смешивание потоков. Кроме этого, есть возможность пустить потоки в различных временных линиях. Также особо популярным является способ кодирования. В этом случае все потоки обозначаются специальными знаками, кодируются и одновременно отправляются.

Мультиплексоры классифицируют по нескольким критериям: по месту использования или по своим целевым задачам и так далее.

Линия связи мультиплексора и демультиплексора

Основным различием мультиплексоров считается то, каким образом происходит уплотнение сигналов в один сплошной поток.

Мультиплексирование бывает таких видов:

временного характера;
пространственного типа;
кодовым;

Как правило, если каналы являются проводными, то в применении актуальны первые два метода, а для беспроводных каналов применяются все четыре варианта. Обычно, если речь идет о мультиплексоре, то подразумевается проводное устройство.

По этой причине стоит более подробно ознакомиться с частотным и временным методами:

Методы мультиплексирования

Чтобы исполнить частотное мультиплексирование необходимо для всех потоков определить определенный частотный период. Перед самим процессом нужно переместить спектра всех каналов, что входят в период иной частоты, что не будет никак пересекаться с иными сигналами. Кроме того, для обеспечения надежности, меж частотами делают определенные интервалы для дополнительной защиты. Данный метод применяют и в электрических, и в оптических связных линиях.

Временной вариант

Временное мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы передать каждый сигнал в сплошном потоке, что входит, имеется определенное количество времени. В этом случае, перед устройством стоит особая задача – гарантировать доступ циклов к общей среде перенаправления для потоков, которые входят на маленький временной промежуток.

При этом необходимо сделать так, чтобы не возникло нежелательное накладывание каналов друг на друга, которое смешивает информацию. Для этого используют специальные интервалы для защиты, которые ставят меж этими самыми каналами.

Этот способ используют, как правило, для цифровых связных каналов.

Классификация мультиплексоров

Мультиплексоры существуют таких видов:

Терминальные. Их размещают на концах связных линий.
Ввода и вывода. Такие устройства встраивают в разрыв связных линий, чтобы из сплошного потока выводить определенные сигналы. При их помощи можно обойтись без дорогостоящих мультиплексоров терминального типа.

Также мультиплексоры классифицируются таким способом:

Аналоговые мультиплексоры

Ключи аналогового типа являются специальными аналого-дискретными элементами. Аналоговый ключ может быть представлен в качестве отдельно взятого устройства. Набор такого рода ключей, которые работают на единственный выход с цепями выборки определенного ключа, являются специальным аналоговым мультиплексором. Аналоговое оборудование в каждый период времени выбирает определенный входной канал и направляет его на специальное устройство

Цифровые мультиплексоры

Цифровые оборудования делятся на мультиплексоры второго, первого и иных высоких уровней. Цифровые мультиплексоры дают возможность принимать сигналы цифрового типа из устройств низкого уровня. При этом можно их записать, образовать цифровое течение высокого уровня. Таким образом, входящие потоки синхронизируются. Также можно отметить, что они обладают одинаковыми скоростями.

Области применения

Видеомультиплексоры применяют в телевизионной технике и различных дисплеях, в системах охранного видеонаблюдения. На мультиплексировании базируется GSM-связь и разнообразные входные модемы провайдеров в интернете. Также данные устройства применяют в GPS-приемниках, в волоконно-оптических связных линиях широкополосного типа.

Мультиплексоры используют в различных делителях частоты, специальных триггерных элементах, особых сдвигающихся устройствах и так далее. Их могут применять для того, чтобы преобразовать определенный параллельный двоичный код в последовательный.

Схема применения оптического мультиплексора

Структура мультиплексора

Мультиплексор состоит из специального дешифратора адреса входной линии каналов, разнообразных схем, в том числе и схемы объединения.

Структуру мультиплексора можно рассмотреть на примере его общей схемы. Входные данные логического типа поступают на выходы коммутатора, и далее через него направляются на выход. На вход управления подается слова адресных каналов. Само устройство тоже может обладать специальным входом управления, который дает возможность проходить или не проходить входному каналу на выход.

Существуют типы мультиплексоров, которые обладают выходом с тремя состояниями. Все нюансы работы мультиплексора зависят от его модели.

Демультиплексор

Демультиплексор представляет собой логическое устройство, которое предназначено для того, чтобы свободно переключать сигнал с одного входа информации на один из имеющихся информационных выходов. На деле демультиплексор является противоположностью мультиплексору.

Во время передачи данных по общему сигналу с разделением по временному ходу необходимо как использование мультиплексоров, так и применение демультиплексоров, то есть прибор обратного функционального назначения. Это устройство распределяет информационные данные из одного сигнала между несколькими приемниками данных.

Особым отличием данного типа устройства от мультиплексоров считается то, что есть возможность обледенить определенное количество входов в один, не применяя при этом дополнительных схем. Но для того, чтобы увеличить нагрузку микросхемы, на выходе устройства для увеличения входного канала рекомендуется установить специальный инвертор.

В схеме самого простого такого устройства для определенного выхода применяется двоичный дешифратор. Стоит отметить, что при подробном изучении дешифратора, можно сделать демультиплексор гораздо проще. Для этого необходимо ко всем логическим элементам, которые входят в структуру дешифратора прибавить еще вход. Данную структуру достаточно часто называют дешифратором, который имеет вход разрешения работы.

На что следует обратить внимание при выборе мультиплексора?

Какие камеры используются – черно-белые, цветные?
Общее количество камер, которое возможно подключить к устройству.
Тип мультиплексора.
Разрешение устройства.
Наличие детектора, определяющего движение.
Можно ли подключить второй экран монитора?

При выборе мультиплексора или демультиплексора необходимо учитывать все нюансы и технические характеристики устройства.

В связи с тем, что вычислительные сети используются для передачи данных на большие расстояния, то стремятся минимизировать количество проводов в кабеле, в целях экономии. Поэтому разрабатывались технологии, которые позволяют передавать, по одному и тому же каналу связи, сразу несколько потоков данных.

(англ. multiplexing, muxing)- это процесс уплотнение канала связи, другими словами, передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу связи, с использованием специального устройства, называемого мультиплексором.

Мультиплексор (MUX) - комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Может быть реализован как аппаратно так и программно.

Демультиплексор (DMX) выполняет обратную функцию мультиплексора.

В настоящее время, для уплотнения канала связи, в основном используют:

Временное мультиплексирование (Time Division Multiplexing, TDM)
Частотное мультиплексирование (Frequency Division Multiplexing, FDM)
Волновое мультиплексирование (Wave Division Multiplexing, WDM)
Множественный доступ с кодовым разделением (CodeDivisionMultipleAccess, CDMA) - каждый канал имеет свой код наложение которого на групповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала.

Временное мультиплексирование

Первой стали применять технологию TDM, которая широко используется в обычных системах электросвязи. Эта технология предусматривает объединение нескольких входных низкоскоростных каналов в один составной высокоскоростной канал.

Мультиплексор принимает информацию по N входным каналам от конечных абонентов, каждый из которых передает данные по абонентскому каналу со скоростью 64 Кбит/с -1 байт каждые 125 мкс.

В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия:

прием от каждого канала очередного байта данных;
составление из принятых байтов уплотненного кадра, называемого также обоймой;
передача уплотненного кадра на выходной канал с битовой скоростью, равной N*64 Кбит/с.

Порядок байт в обойме соответствует номеру входного канала, от которого этот байт получен. Количество обслуживаемых мультиплексором абонентских каналов зависит от его быстродействия. Например, мультиплексор Т1, представляющий собой первый промышленный мультиплексор, работавший по технологии TDM, поддерживает 24 входных абонентских канала, создавая на выходе обоймы стандарта Т1, передаваемые с битовой скоростью 1,544 Мбит/с.

Демультиплексор выполняет обратную задачу - он разбирает байты уплотненного кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.

В рамках TDM различают:

синхронное мультиплексирование (каждому приложению соответствует тайм-слот (возможно несколько тайм-слотов) с определенным порядковым номером в периодической последовательности слотов;
асинхронное или статистическое мультиплексирование, когда приписывание тайм-слотов приложениям происходит более свободным образом, например, по требованию.

Частотное мультиплексирование

Техника частотного мультиплексирования разрабатывалась для телефонных сетей. Основная идея состоит в выделении каждому соединению собственного диапазона частот в общей полосе пропускания линии связи. Мультиплексирование выполняется с помощь смесителя частот, а демультиплексирование – с помощью узкополосного фильтра, ширина которого равна ширине диапазона канала.

Волновое или спектральное мультиплексирование

В методе волнового мультиплексирования используется тот же принцип частотного разделения канала, но только в другой области электромагнитного спектра. Информационным сигналом является не электрический ток, а свет. Для организации WDM-каналов в волоконно-оптическом кабеле задействуют волны инфракрасного диапазона длиной от 850 до 1565 нм, что соответствует частотам от 196 до 350 ТГц.

Для повышения пропускной способности, вместо увеличения скорости передачи в едином составном канале, как это реализовано в технологии TDM, в технологии WDM увеличивают число каналов (длин волн) - лямбд.

Сети WDM работают по принципу коммутации каналов, при этом каждая световая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несет собственную информацию.

Современные WDM системы на основе стандартного частотного плана (ITU-T Rec. G.692) можно подразделить на три группы:

грубые WDM (Coarse WDM- CWDM)-системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 18 каналов. (Используемые в настоящее время CWDM работают в полосе от 1270нм до 1610нм, промежуток между каналами 20нм(200ГГц), можно мультиплексировать 16 спектральных каналов.);
плотные WDM (Dense WDM-DWDM)-системы с разносом каналов не менее 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 40 каналов;
высокоплотные WDM (High Dense WDM-HDWDM)-системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов.

В локальных и особенно в протяженных сетях емкости магистральных линий связи обычно значительно превышают емкости передач отдельных приложений. Это делается с целью одновременной передачи множества таких приложений. Дополнительно, сами приложения могут иметь разную природу, например, это может быть передача постоянного битового потока или передача файлов данных, С целью повышения эффективности передающей среды (носителя) и ее адаптации под множество разнородных приложений применяется передача одновременно сразу нескольких информационных сигналов в одном носителе - мультиплексирование.

Различают два основных вида мультиплексирования:

− Частотное мультиплексирование FDM: каждому сигналу отводится определенная доля всей частотной полосы носителя, так что на одном носителе существуют одновременно сразу несколько сигналов.

− Временное мультиплексирование TDM: сигналу каждого приложения выделяется вся полоса носителя, но на короткий промежуток времени - таймслот, так что мультиплексный сигнал представляется в виде последовательности сменяющих друг друга тайм-слотов, ответственных за разные приложения. В рамках TDM различают синхронное мультиплексирование (каждому приложению соответствует тайм-слот (возможно несколько тайм-слотов) с определенным порядковым номером в периодической последовательности слотов, и асинхронное или статистическое мультиплексирование, когда приписывание тайм-слотов приложениям происходит более свободным образом, например, по требованию.

На рис. 5.1 показаны схемы размещения каналов при FDM и TDM.

Устройство, принимающее несколько каналов от разных приложений (например, голос, видео, данные) и передающее их в виде мультиплексного сигнала на одном носителе, называется мультиплексором MUX, а устройство, выполняющее обратную функцию на другом конце - демультиплексором DEMUX. Обычно в системах двунаправленной связи функции мультиплексирования и демультиплексирования совмещаются в одном устройстве, которое также называется мультиплексором.

Частотное мультиплексирование FDM

Частотное мультиплексирование (рис. 5.1 а) распространено в системах беспроводной радиосвязи, в мобильных телефонных системах, в абонентских телевизионных системах, включая кабельное телевидение и телефонию. Каналы, представленные в мультиплексном сигнале, могут быть как аналоговыми, так и цифровыми.

В сетях широковещательного телевидения сначала исходные низкочастотные телевизионные сигналы от передающих устройств смещаются посредством модуляции в определенные, отведенные специально для них области спектра - каждой области отводится полоса 6,5 МГц. Затем такой мультиплексный широкополосный сигнал (до 860 МГц) распространяется по эфиру или в коаксиальной кабельной системе от локальных студий кабельного телевидения к абонентам.

Разновидностью FDM является волновое мультиплексирование WDM, применяемое в волоконно-оптических системах передач. Преимущественно используется область спектра от 1,3 нм (230 ТГц) до 1,6 им (188 ТГц). Для плотного волнового мультиплексирования используется область спектра 15301560 нм.

Синхронное временное мультиплексирование

Синхронное мультиплексирование объединяет n низкоскоростных цифровых каналов (или n периодически повторяющихся равных по длительности тайм-слотов) внутри одного носителя, С целью лучшей синхронизации непрерывного битового потока, в мультиплексорах используются таймеры с высоким стандартом частоты. На рис. 5.1 б показана схема следования таймслотов при12-канальном TDM. Тайм-слоты с номером 1 соответствуют первому приложению, с номером 2 - второму и т.д. Емкость отдельного приложения - емкость тайм-слота - равна W/n, где W - полная полоса носителя. Емкие приложения могут занимать полосу в несколько тайм-слотов.

Рис. 5.1. Основные виды мультиплексирования

Если от одного из приложений не поступают данные, мультиплексор не сбрасывает тайм-слоты этого приложения в скоростном канале и оставляет для него прежнюю полосу W/n. Никакому другому приложению эта полоса не доступна. Более того, ни одно из приложений не может получить большую полосу пропускания, чем ту, которая отводится. Это особенность синхронного мультиплексирования.

Мультиплексирование может происходить на октетном, битовом или кадровом уровне.

При мультиплексировании на октетном уровне последовательности в 8

битов от каждого из n приложений - октеты - циклически сменяют друг друга. Задержка на время буферизации одного октета возникает между входным низкоскоростным и выходным мультиплексным потоками.

При мультиплексировании на битовом уровне происходит побитовое смешивание входных потоков. Более критичными, в этом случае, становятся требования к временным характеристикам, но и уменьшается задержка, вносимая мультиплексором. В городских коммутируемых телефонных сетях мультиплексирование на битовом уровне используется при построении скоростных мультиплексных каналов.

При мультиплексировании на кадровом уровне кадры (специальные битовые последовательности с заголовком, сигнальными полями и полями данных) из входных низкоскоростных каналов смешиваются в выходном мультиплексном канале. Этот вид мультиплексирования характерен при построении асинхронных мультиплексоров,

Логическая топология определяет характер движения данных в мультиплексном канале. Три основных типа логической топологии могут иметь синхронные мультиплексные системы: соединение "точка-точка", цепное соединение и кольцевое соединение, рис. 5.2. Допускаются более сложные смешанные логические топологии.

Рис. 5.2. Основные типы логической топологии мультиплексных систем

Рис. 5.3. физическая топология "двойное ТОМ кольцо" повышает надежность сети в случае повреждения одного из сегментов сети или выхода из

строя одного из мультиплексоров

Физическая топология определяет структуру кабельной системы. Для повышения надежности сложные мультиплексные сети, использующие логическую топологию "кольцо", делают с использованием физической топологии "двойное кольцо", рис. 5.3. В нормальном состоянии активно первичное кольцо - по вторичному кольцу данные не идут. При повреждениях канала связи или одного из мультиплексоров происходит свертывание логического кольца с восстановлением его целостности, при котором активизируется вторичное кольцо - общая целостность сети также сохраняется. Физическая топология "двойное кольцо" используется и в сетях SDH, а также в некоторых локальных сетях Token Ring, DQDB, FDDI.

По каждому из каналов мультиплексор может поддерживать одну из шести функций выделения, добавления или пропускания каналов (drop-add-pass), рис. 5.4:

1. "Drop & Add" (выделение и добавление канала). Эту функцию могут поддерживать мультиплексоры как при цепной (на промежуточных узлах), так и при кольцевой логических топологиях. При цепной топологии один выходной канал может быть заменен на другой, например, при использовании специальных мультиплексоров для межстудийного обмена в сетях цифрового кабельного телевидения. При кольцевой топологии этой функцией могут обладать два или более мультиплексоров, которые сообща используют данный TDM канал, например, при организации удаленной связи сетей Ethernet или Token Ring. Фактически происходит подмена информации в соответствующих тайм-слотах.

2. "Drop & Pass" (выделение и пропускание). Эта функция наиболее характерна для физической топологии "цепная линия". Основная задача - размножить информационный поток. Структура ретранслируемых в мультиплексный канал тайм-слотов остается без изменения.

3. "Pass Only" (только пропускание). Эта функция обычно автоматически отрабатывается мультиплексором, если в физический слот мультиплексора, соответствующий данному каналу (номеру

4. "Terminate & Add" (прервать и добавить). Эта функция подменяет информацию в тайм-слотах соответствующего канала на новую, взятую из входного низкоскоростного канала. Прежняя информация не выводится наружу и становится недоступной как для текущего, так и для последующих мультиплексоров. Эта функция фактически предназначена для начального (мастер) мультиплексора при физической топологии "цепная линия".

5. "Drop Only" (только выделение). Эта функция характерна для конечного мультиплексора при физической топологии "цепная линия".

6. "Terminate" (прерывание). Эта функция характерна для конечного мультиплексора при физической топологии "цепная линия". Функция автоматически отрабатывается конечным мультиплексором, если в физический слот мультиплексора, соответствующий данному каналу (номеру тайм-слота), не установлен ни один модуль.

Рис. 5.4. функции выделения, добавления и пропускания канала

В практических реализациях скоростной мультиплексный канал строится преимущественно на основе волоконно-оптического интерфейса. Существует огромное разнообразие мультиплексоров, использующих волоконно-оптическую TDM-магистраль.

Оптический модем-мультиплексор Optimux производства PAD. Внешний вид и схема включения модема показаны на рис. 5.5, а в табл. 5.1 приведены технические характеристики.

Рис. 5.5. Внешний вид и схема подключения оптического модема-

мультиплексора Optimux производства RAD Data Communications

Аналогичные оптические модемы-мультиплексоры, также широко используемые на российском рынке, выпускаются фирмамиADC Telecommunications - продукт Quad Fiber Loop Converter, 4xE1 ; и Pan Dacom - продукт FME-H, 6xE1 )

Таблица 5.1. Основные технические характеристики оптического модема-

мультиплексора Optimux производства PAD Data Communications

Модульный ТОМ мультиплексор MagnumPlus фирмы ADC Kentrox. Это -

более универсальное и более мощное решение, допускающее передачу множества различных протоколов. Его основные характеристики приведены в табл. 5.2.

Отметим, что логическая топология взаимодействия мультиплексоров MagnumPlus по TDM магистрали базируется на кольце, в то время как физическое соединение может быть как точка-точка, кольцо, или цепная линия. Кольцевая логическая топология необходима для дистанционного мониторинга и управления мультиплексорами на основе TDM магистрали.

При инициализации TDM магистрали одно из устройств автоматически выбирается мастером - по нему синхронизируются все остальные устройства. При подключении мультиплексоров через сеть SDH, синхронизация происходит от SDH магистрали.

Таблица 5.2. Основные технические характеристики мультиплексора

Модули MagnumPlus, рис. 5.6:

− Интерфейсные модули (IN/OUT). Чтобы удовлетворить тем или иным специфическим требованиям, имеется большое разнообразие модулей, среди которых - модули Ethernet Switch (разъем AUI, BNC, F/0), Token Ring 4 или 16 Мбит/с (разъем DB9), Е1 (G.703);

− Модули питания. Питание может осуществляться от 48V DC, 110V AC, 220V AC. Для обеспечения защиты на случай выхода из строя блока питания допускается установка до двух блоков питания с распределяемой нагрузкой;

− Модуль контрольной логики. Необязательный модуль, позволяющий осуществлять дистанционное SNMP управление и мониторинг;

− Модули общей логики. Обеспечивают все необходимые возможности мультиплексирования и демультиплексирования на основе волоконнооптического интерфейса (155 Мбит/с) или интерфейса на коаксиальном кабеле

(DS3, 45 Мбит/с).

Рис. 5.6. Вид шасси мультиплексора MagnumPlus производства ADC Kentrox

Различное число мастергрупп и супергрупп может быть использовано в процессе группирования, образуя мультимастергруппы (или четверичные группы). Этот метод мультиплексирования использовался только для аналоговых систем.

Временнoе мультиплексирование
При использовании ИКМ наиболее удобной является схема мультиплексирования с временным разделением каналов, или, кратко, схема временного мультиплексирования с использованием коммутатора (на передающей стороне), который последовательно подключает каждый входной канал на определенный временной интервал (называемый тайм-слот, или интервал коммутации, или “цикл”), необходимый для посылки выборки (или какой-то фиксированной части) сигнала в данном канале. Сформированный таким образом поток выборок от разных входных каналов направляется в канал связи. На его приемной стороне демультиплексор с помощью аналогичного коммутатора и фильтров нижних частот выделяет отдельные выборки и распределяет их по соответствующим каналам. Важно то, что коммутаторы на передающей и приемной сторонах должны работать синхронно, т.е. должны быть синхронизированы.
Для ИКМ в телефонных сетях коммутатор должен обращаться с периодом, равным периоду дискретизации Т д, тогда интервал коммутации канала D t к = Т д /n, где n – число входных каналов мультиплексора, или D t к = 125 / n [мкс]. Если мультиплексируются 32 канала (CEPT), то D t к = 3.90625 мкс. Однако введенное понятие интервала коммутации как фиксированной величины верно в идеальном случае. На практике в ряде случаев оно условно, а сам процесс коммутации может быть неравномерным, так как для синхронизации коммутаторов должен использоваться синхроимпульс (его цифровой аналог, например последовательность вида “11...11” определенной длины). Если он передается по какому-то внешнему каналу управления, то рассмотренная схема идеального мультиплексирования абсолютно верна, если же используется внутриканальная синхронизация, то процесс синхронизации сводится к вставке или дополнительного (синхронизирующего или выравнивающего) бита, или группы бит, после m выборок, либо организации более сложной повторяющейся структуры в потоке выборок, включающей m выборок и k полей определенной длины или выравнивающих бит.
Эта структура может быть разной, но она фиксирована для конкретной схемы кодирования ИКМ и носит название кадр, или фрейм (frame), или “цикл”. Несколько фреймов могут объединяться в еще более общую структуру называемую мультифрейм (multiframe), или “сверхцикл”. Период повторения фрейма – это время, требуемое на один полный цикл коммутации с учетом времени вставки выравнивающей группы бит.

Временное мультиплексирование двоичных потоков данных

Аналоговый сигнал (АС)

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС - гармонический сигнал: s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в цифровую систему для обработки невозможно, так как на любом интервале времени он может иметь бесконечное множество значений, и для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому очень часто необходимо преобразовывать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени t i (где i - индекс). Обычно промежутки времени между последовательными отсчётами (Δt i = t i − t i−1) постоянны; в таком случае, Δt называется интервалом дискретизации . Сами же значения сигнала x(t) в моменты измерения, то есть x i = x(t i), называются отсчётами.

Квантованный сигнал

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N−1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования, и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log 2 (N).

Цифровой сигнал

Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине, называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Последовательность таких чисел и будет являться цифровым сигналом.

4. Аналоговые сигналы. Способы частотного уплотнения при передаче;

Аналоговый сигнал - сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.

Мультиплексирование (уплотнение) - объединение нескольких меньших по ёмкости входных каналов связи в один канал большей ёмкости для передачи по одному выходному каналу связи. При реализации такого объединения телефонных каналов одной из основных задач является устранение взаимного влияния соседних каналов. Существует 2 метода мультиплексирования:

мультиплексирование с частотным разделением каналов (частотное мультиплексирование / уплотнение);
мультиплексирование с временным разделением каналов (временное мультиплексирование / уплотнение).

При частотном мультиплексировании полоса частот выходного канала делится на некоторое число полос (подканалов) n , соответствующих по ширине основной полосе стандартного телефонного канала 4 кГц. Например, на рис.1 показана такая группа из четырех каналов с полосой 4 кГц, отведенной под каждый канал, и частотами, сдвинутыми на 60 кГц в результате амплитудной модуляции.

Несущий сигнал - сигнал, один или несколько параметров которого подлежат изменению в процессе модуляции.

Боковая полоса частот - дополнительная полоса частот, возникающих при модуляции несущего колебания. Боковые полосы располагаются слева и справа от несущей, полностью повторяя спектр исходного сигнала.

Для формирования канальных групп используется процедура ОБП-ПН - модулирования несущей и поднесущей по амплитуде с подавлением одной боковой полосы (левой или правой) и подавлением несущей . Схема формирования канальных групп может быть разной. Стандарт ССITТ рекомендует следующую систему группирования:

1. основная канальная группа (первичная группа) - 12 стандартных телефонных каналов;

2. основная супергруппа (вторичная группа) - 5 канальных групп (5 * 12 = 60 каналов);

3. мастергруппа (третичная группа) - 5 супергрупп (60 * 5 = 300 каналов) или 10 супергрупп (60 * 10 = 600 каналов), или 16 супергрупп (60 * 16 = 960 каналов);

4. мультимастергруппа (четвертичная группа).

Формирование основной канальной группы показано на рис.2, где используется двухступенчатая схема:

1. на первой формируется группа из трёх (правых) каналов ОБП (одной боковой полосы) - путём модуляции поднесущих 12, 16, 20 кГц;

2. на второй - канальная группа из двенадцати (левых) каналов ОБП - путём модуляции поднесущих 84, 96, 108, 120 кГц. В результате формируется канальная группа с шириной полосы 48 кГц (60 - 108 кГц), которая используется при модуляции 5 несущих (420, 468, 516, 564, 612 кГц) при формировании супергруппы с шириной полосы 240 кГц (312 - 552 кГц) и т.д.

5. Дискретная модуляция. Теорема Котельникова;

Модуляция - это процесс преобразования одного или нескольких информационных параметров несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями информационного сигнала.

В результате модуляции сигналы переносятся в область более высоких частот.

Использование модуляции позволяет:

согласовать параметры сигнала с параметрами линии;
повысить помехоустойчивость сигналов;
увеличить дальность передачи сигналов;
организовать многоканальные системы передачи (МСП с ЧРК).

Модуляция осуществляется в устройствах модуляторах .

Основные способы дискретной модуляции :

Первичный сигнал – (а)

1 . Дискретная амплитудная модуляция

2 . Дискретно-частотная модуляция

3 . Однократная относительно фазовая модуляция (отсутствие переворота фазы относительно предыдущего элемента на 180 о).

4. Дискретная фазовая модуляция (переворот фазы в 0)

Часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная в сочетании с фазовой.

Теорема Котельникова о квантовании сигналов по времени (для чисто дискретных сигналов):

Сигнал S(t) с ограниченным спектром (ограниченной частотой сигнала), не имеющий спектральных составляющих с частотами выше круговой частоты ω В = 2πf В однозначно определяется своими мгновенными значениями, взятыми через промежутки времени ∆t = π/ ω В = 1/2f В.

6. Импульсно кодовая модуляция. Основные идеи. Циклы. Скорости передачи;

АИМ – амплитудно-импульсный модулятор.

ТГ – Тактовый генератор.

ИЦС – импульс цикловой синхронизации.

8 бит*24 канала + 1 = 193 бит.

(125 мкс/24)*(192/193)=5,18 мкс – на один канал.

Сверхциклы состоят из 12 циклов (1,5 мс). 1544 Кбита (64*24+1 ИЦС) – на один цикл.

Импульсно-кодовая модуляция используется для оцифровки аналоговых сигналов. Практически все виды аналоговых данных (видео, голос, музыка, данные телеметрии, виртуальные миры) допускают применение ИКМ.

Принцип АЦП на основе импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) включает дискретизация во времени, квантование по уровню (амплитуде) и кодирование.

Первичный сигнал представлен своими отсчетами в определенные моменты времени. Такое представление не приводит к потере информации, если сигнал ограничен по спектру.

При передаче в линию каждый аналоговый сигнал дискретизируют, т.е. заменяют считываемыми с определенным шагом отсчетами. В промежутки между отсчетами одного сигнала вставляют отсчеты второго сигнала, в оставшиеся промежутки вставляют отсчеты третьего сигнала и т.д. В итоге образуется групповой сигнал в виде импульсов, модулированных по амплитуде (АИМ сигнал). Значения амплитуд импульсов ограничивают набором разрешенных уровней. Специальное устройство, называемое квантователем, подтягивает значение амплитуды каждого импульса до ближайшего разрешенного уровня. После этого становится возможным закодировать значение каждой амплитуды в двоичном коде в виде набора токовых и бестоковых посылок, т.е. в виде набора условных нулей и единиц. В результате кодирования в линию поступает импульсно-кодово-модулированный сигнал (ИКМ сигнал).

Таким образом:

Дискретизатор при передаче с определенным шагом считывает значения аналогового сигнала, т.е. производит его дискретизацию. Дискретизатор представлен на рисунке вращающимся против часовой стрелки подвижным электродом, касающимся поочередно в течение одного цикла трех неподвижных электродов. К каждому из неподвижных электродов подводится свой аналоговый сигнал.

Квантователь подтягивает значение отчета сигнала до ближайшего разрешенного уровня.

Кодер производит операцию кодирования, т.е. представление отсчетов сигнала в виде набора битов, условных нулей или единиц.

Дискретизатор можно рассматривать как прерыватель исходного сигнала x(t) . Генератор импульсов выдает на вход прерывателя некоторую последовательность импульсов, в результате чего входной сигнал x(t) преобразуется в последовательность дискретных выборок сигнала x(t) . Работа генераторов импульсов определяется устройством управления. В случае равномерной дискретизации частота импульсов, поступающих от генератора, является неизменной.

Существует также Европейская система ИКМ. Число каналов = 30 + 2 служебных (используется для синхронизации и сигнализации управления). 64*32=2048 Кбит – на один цикл. В этой системе нет импульса цикловой синхронизации (ИЦС) .

Американская система:

Европейская система:

7. Технология ISDN. Службы ISDN;

Основное назначение ISDN - передача данных со скоростью до 64 кбит/с по абонентской проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование.

В стандартах ISDN определяются базовые типы каналов, из которых формируются различные пользовательские интерфейсы:

В большинстве случаев применяются каналы типов B и D .

Из указанных типов каналов формируются интерфейсы, наибольшее распространение получили следующие типы:

Интерфейс базового уровня (Basic Rate Interface, BRI ) - предоставляет для связи аппаратуры абонента и ISDN-станции два B-канала и один D-канал. Интерфейс базового уровня описывается формулой 2B+D.

Интерфейс первичного уровня (Primary Rate Interface, PRI) - используется для подключения к широкополосным магистралям, связывающим местные и центральные АТС или сетевые коммутаторы. Интерфейс первичного уровня объединяет:
для стандарта E1 (распространён в Европе) 30 В-каналов и один D-канал 30B+D. Элементарные каналы PRI могут использоваться как для передачи данных, так и для передачи оцифрованного телефонного сигнала.
для стандарта Т1 (распространен в Северной Америке и Японии, а также - в технологии DECT) 23 В-канала и один D-канал 23B+D.

ISDN работает на первых трех уровнях модели OSI (физический, канальный, сетевой). Из них канал B реализуется на первом уровне, канал D – на всех трех.

Службы, поддерживаемые ISDN:

Цифровые сети интегрального обслуживания(integrated Services Digital Network) МККТТ→ IEEE

Первый стандарт G. 705. Первые сети 1984 год.

1)Выделенные цифровые каналы неккомутированные

2) коммутированная телефонная сеть

3) сети передачи данных с коммутацией каналов

4) сеть передачи данных с коммутацией пакетов

5) сеть передачи данных с трансляцией кадров

6) средства контроля и управления сетью

8. Мультиплексирование сигналов. Обратная операция;

Мультиплексирование (англ. multiplexing, muxing)- это процесс уплотнение канала связи, другими словами, передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу связи, с использованием специального устройства, называемого мультиплексором MUX.

Демультиплексирование - разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков.Демультиплексор (DMX) выполняет обратную функцию мультиплексора.

В настоящее время, для уплотнения канала связи, в основном используют:

Временное мультиплексирование - Эта технология предусматривает объединение нескольких входных низкоскоростных каналов в один составной высокоскоростной канал.
Частотное мультиплексирование - Основная идея состоит в выделении каждому соединению собственного диапазона частот в общей полосе пропускания линии связи. Мультиплексирование выполняется с помощь смесителя частот, а демультиплексирование – с помощью узкополосного фильтра, ширина которого равна ширине диапазона канала.
Волновое (спектральное) мультиплексирование - используется тот же принцип частотного разделения канала, но только в другой области электромагнитного спектра. Информационным сигналом является не электрический ток, а свет.
Множественный доступ с кодовым разделением - каждый канал имеет свой код, наложение которого на групповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала.

9. Сети передачи данных на железной дороге;

СПД Линейн.предприятий

СПД дорожн.ур-я

СПД межрегион.

КИ-концетратор И-ии

ЛК-Линейный контр.

АРМ-автом.раб.место

МПД –мультиплексор перед.данных

ПТД –процессор телеобр.данных

ГВЦ-головн.выч.центр

10. Модель ISO/OSI. Краткая характеристика уровней;

Попытались преодолеть препятствия связанные с неоднородностью сетей

Преимущества:

1) Появилась возможность деления сетевых операций на легкоуправляемые уровни с помощью специального протокола

2) изменения на одном уровне не действуют на другие уровни, что позволяет разрабатывать специализированные на определенных задачах, отдельных и ограниченных.

3) Оказалось возможным применять стандартные интерфейсы для интеграции оборудования от разных производителей

7) Прикладной уровень. Приложений пользователя. отвечает за идентификацию и условия доступности партнера по диалогу. достаточно ресурсов для взаимодействия www., шлюз электронной почты, smtp, электронный обмен данными, всевозможные утилиты, навигация в интернет, пакет системы, службы пересылки информации.

6) Представительный. Smtp. представление данных в различном виде jpeg, MIPI, IIF, quicktime, для управления аудиоданными. Кодировка.

5) Сеансовый. происходит разделение данных различных приложений и осуществляется управление диалогом взаимодействия системы в удаленном и полуудаленном режиме. возможно повторение не подтвержденных сегментов данных, осуществляется управление потоками передачи данных.

4) Транспортный. обеспечивается надежная доставка данных. путь определен маршрутизатором, и осуществляется соединение между конечными точками

3)сетевой. обеспечивает логическую адресацию. пути определяется маршрутизатором.

2) канальный. Формирование кадров. разбиение пакетов на байты или наоборот, и осуществление адресации на уровне mac-адресов. обнаруживаются ошибки, но не исправляются

1)физический. перемещение битов данных между устройствами. регулируется скорость в линиях передачи данных

11. Некоторые характеристики модемов;

Классификация по скорости передаваемых данных:

1)мало скоростные. 14400 б/с 2)среднескоростные 28400 б/с 3)высокоскоростные. больше 28 400 б/с

Классификация по исполнению:

1) внутренние модемы 2) внешняя 3) портативные

принципы работы модема:

передатчики, приемники, формирователь тактовой частоты

Функциональные возможности модема:

1) защита от ошибок, возникающих под воздействием помех

2) Статистика данных. протокол nm5 позволяет сжать информацию в 1,3 - 2 раз. BTLZ(British Telecom Lempel Ziv) до 4 раз сжимает.

3) интеллектуальное управление модемом

4) защита от нсд. автоматическое определение адреса абонента. список разрешенных и не разрешенных

5) синхронные модемы

6) измерение характеристик канала

7) отчет о состоянии связи

12. Моделирование среднего времени занятия канала по протоколам АП-70 и BSC;

b - Длина передаваемого полезного блока в символах.

nд - количество дополнительных символов

nп - длина блока подтверждения в символах

r - число двоичных разрядов для кодирования символов

p - вероятность не наложения двоичного разряда

v - скорость передачи по каналу в битах

t1 - время передачи полезной информации в одном блоке

t2 - среднее время передачи всего блока полезной служебной информации

ᶯ - коэффицент эффективной скорости передачи данных t1/t2=f(…)

1) номер блока один символ

2) Конец блока 1 символ

3) контрольная последовательность блоков один символ

nд=3 nз=3 nп=1 r=11

1) служебный заполнитель 1

2) синхронизация 2

3) начало текста 1

4) конец блока 1

	АП	BSC
P	b_опт	ᶯ_max	b_опт	ᶯ_max
10-4		0,64		0,81
10-6		0,72		0,98

5) контрольная последовательность блока 2 циклического входа. nд =8. nз - защищается полезная информация и конец блока nз=3

6) блок подтверждения 6 символов

13. Технология Х.25. Структура кадров;

Сеть с коммутацией пакетов или 4 служба SDM.

Существует несколько различных кадров

1) I - информационный

2) S - управляющие. подтверждение и повторные запросы. может определить для задержки передачи кадров

3) И - ненумерованные кадры для дополнительных функций управления(установка режимов, соединения, идентификации, тестирование, разъединение)

S и И поле информации не имеют

14. Локальные сети ЭВМ. Основные стандарты;

Любой способ соединения двух или более компьютеров с целью распределения ресурсов - средств хранения данных, принтеров и т.п. - можно назвать сетью.
Локальная сеть (LAN - local area network) представляет собой особый тип сети, объединяющей близко расположенные вычислительные системы, как правило, в пределах группы сотрудников или отдела фирмы. Эти компьютеры и другое оборудование соединены однотипными средствами коммуникаций - чаще всего проводом, хотя существуют и беспроводные локальные сети с инфракрасными или радиоволновыми линиями связи.
Сетевой трафик - поток информации, передаваемый по сети.
Пропускная способность линии связи или полоса пропускания - определяется, как количество информации, передаваемой в единицу времени.
Узел сети - вычислительное устройство, имеющее сетевой адрес.
Рабочая станция - компьютер подключенный к сети, являющийся универсальным узлом сети.
Сервер - Компьютер сети с более широкими функциями, чем рабочая станция, может быть принтсервер,0 обеспечивающий работу всех узлов сети с принтером, файлсервер, обеспечивающий общее хранение информации для узлов сети и т.д.
Сегмент сети - совокупность узлов сети, использующих общую разделяемую среду передачи.
Мост - средство объединения сегментов сети, частный случай коммутатора сети.
Сетевой адаптер - сетевая интерфейсная плата электрически подсоединяющая рабочую станцию к локальной сети.
Коммутатор - средство организации цепей передачи данных.

Для подключения большого числа рабочих станций кроме адаптерных плат применяют сетевые усилители и коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе и применяется, если максимальное расстояние до рабочей станции не превышает нескольких метров.
Хаб - устройство, к которому подключаются кабели от множества коммуникационных устройств и узлов сети. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.

Концентратор - считается синонимом хаба, но может использоваться шире (соединять сети или сегменты сети, построенные по разным технологиям). Хабы (концентраторы ) и коммутирующие хабы (коммутаторы ) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей.
Маршрутизатор - устройство, выполняющее передачу пакетов между несколькими физическими интерфейсами. Узлы сети, пересылающие пакеты узлам другого интерфейса, посылают пакеты на адрес определенного порта маршрутизатора. В глобальных сетях маршрутизаторы называют шлюзами . В качестве шлюзов используются выделенные для этой цели компьютеры.

Трансиверы - устройства, повышающие уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.
Рабочая группа - совокупность пользователей, объединенных одной общей задачей (например, разработкой проекта) и имеющая общее имя. В одной сети может быть организовано несколько рабочих групп, имеющих доступ ко всем сетевым ресурсам.
Клиент сети – программное обеспечение, позволяющее пользователю использовать общие ресурсы сети (папки, принтеры и т.д.). Клиент для сетей NetWare позволяет подключаться к серверам Novell NetWare. Клиент для сетей Microsoft позволяет использовать общие ресурсы компьютеров, работающих под управлением сетевых операционных систем.
Служба - дает возможность общего доступа к файлам, принтерам и другим ресурсам, а также автоматизирует архивацию файлов на сервере сети. В качестве примера можно привести службу доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft.
Протокол – это набор конкретных правил обмена информацией между устройствами передачи данных. Существует множество различных протоколов. Чтобы два компьютера могли общаться между собой, они должны использовать одинаковый сетевой протокол.
Наиболее распространенным физическим сетевым протоколом для локальных сетей является Ethernet. В сети Ethernet узлы (рабочие станции) подсоединяются к концентратору. Это предотвращает влияние неисправности в одном узле на другие узлы сети. Все устройства локальной сети LAN способны общаться друг с другом непосредственно.
Локальные сети обеспечивают широкие возможности: они позволяют прозрачно распределять ресурсы (обычно это каталоги дисков и принтеры, а иногда адаптеры модемов и факсов), отсутствующие на рабочих станциях. Подсоединившись к таким ресурсам, вы можете распоряжаться ими как своими собственными. Для доступа к сетевым ресурсам применяется целый ряд аппаратных и программных компонентов.
Тот факт, что многие пользователи сети имеют доступ к одним и тем же ресурсам, упрощает распространение информации в пределах локальной сети без необходимости осваивать какие-либо новые методы передачи данных. Например, отпадает надобность в специальной программе передачи файлов. Вы просто копируете файл с локального жесткого диска на сетевой диск с помощью менеджера файлов Windows. Аналогично, чтобы воспользоваться сетевым принтером, не нужно никаких специальных инструментов. Вы просто печатаете на нем из того приложения, с которым работаете. Существуют особые сетевые программы, использующие локальные сети для передачи информации, такие как электронная почта, программы планирования, групповое программное обеспечение и приложения на основе баз данных клиент/сервер.

Сетевое программное обеспечение делится на три категории:

программное обеспечение управления сетевой платой;
программное обеспечение, выполняющее правила (или протокол) общения в сети;
программное обеспечение сетевой операционной системы.

Первый компонент может состоять из одной или нескольких небольших программ. Он отвечает за связь между сетевой платой и стеком протокола. Стек протоколов - это компонент, определяющий правила движения данных по сети и связывающий интерфейсную плату с сетевым клиентом.
Операционная система сетевого клиента отвечает за передачу и удовлетворение запросов на сетевые ресурсы. Сетевой клиент осуществляет связь с сетевой операционной системой. На файловом сервере работает особая операционная система, называемая сетевой ОС (NOS - network operating system). На вопрос о том, с какой операционной системой он работает, пользователь персонального компьютера чаще всего отвечает, называя ее по имени, например NetWare. Однако, если вы работаете с Windows for Workgroups и связаны с сервером NetWare, вы эксплуатируете две сетевые операционные системы, так как Windows for Workgroups также представляет собой сетевую операционную систему.

15. Технология Token Bus;

С тандарт IEEE 802.4 технологии Token Busописывает свойства сетей, известных за названием маркерная шина. С точки зрения правил предоставления доступу этот стандарт похож на Token Ring. Как физическая среда используется 75-омнийкабель. При необходимости построения сети типа дерева, а также для увеличения длины сети используются повторители. Сеть способна обеспечить пропускную способность до 10 Мбит/с при полосе пропускания кабеля 12 МГц.

Для доступа к сетевой среде станция должна получить пакет-маркер. Получив маркер, сетевое устройство может начать передачу данных, а завершив эту процедуру, устройство должно переслать маркер следующей сетевой станции. Передача маркера происходит до тех пор, пока он не достигнет младшей станции, после чего он возвращается к первой станции.

Станции получают доступ к шине в результате состязательной процедуры, названной “окно отзывов”. Окно отзывов являет собой часовой интервал, ровный по длительности одному системному такту, который в свою очередь равняется времени распространения сигнала по шине. Это время отсчитывается от момента окончания передачи кадру управления. В течение этого времени станция-инициатор ожидает отзыва от других станций. Любая станция сети, будучи владельцем маркера, может запустить этот процесс с помощью посылки кадра "поиск следующей станции".

Запить на подключение осуществляются путем отправления пакета установка следующей станции, в поле данных которого записывается адрес станции, которая спрашивает доступ к шине. Адрес следующей соседней станции меньше адреса станции-отправителя (маркер двигается в направлении убывания адресов). Обычно ссылается кадр с одним окном отзывов. При этом запить могут посылать станции с адресами не меньше, чем адрес ближайшего соседа. Если процесс инициирующий станцией с наименьшим номером, то ссылается пакет с двумя окнами отзывов, одно для станции с номером меньше, чем у предшественника, другое с адресом больше чем у предшественника. После этого станция ожидает ответа в течение одного такта. Если ответа нет, маркер передается следующей станции. Если же получен один ответ, инициирующее подключение станции с помощью пакета "установка следующей станции". При получении больше одного отзыва возникает конфликт, для решения которого ссылается пакет "разрешение конфликта с четырьмя окнами". Станции заносят свои запить в окна в соответствии с первыми двумя битами своего адреса. Если попытка развязать конфликт при этом не удалась, пакет отсылает повторно. В новой попытке принимают участие только станции, которые принимали участие в первом раунде, а для сравнения используются уже следующие две биты адреса. Процедура может завершиться подключениям одной из станций или исчерпанием числа попыток.

Станция может отключиться от сети в любое время, но это вызовет инициализацию системы и временное нарушение работы сети. Поэтому для отключения от сети станция должна дождаться получения маркера, после чего она посылает пакет типа "установка следующей станции", в поле данных которого находится адрес ее наследника. Если держатель маркера получит пакет, который показывает наличие в сети еще одного владельца маркера, он удаляет свой маркер и переходит в режим ожидания. Получив маркер, станция должна начать передачу данных или передать его следующей станции. После передачи маркера станция в течение одного цикла прослушивает сеть, чтобы убедиться в активности своего наследника. Если наследник не посылает ничего в продли секунды, станция повторяет передачу маркера. Если и это не помогает, то посылает пакет "кто следующий?" с адресом наследника в поле данных и тремя окнами отзывов. Если станция обнаруживает в поле данных адрес своего предшественника, она посылает кадр типа "установка следующей станции" по адресу отправителя. В отсутствии кадра "установка следующей станции" станция посылает такой пакет самой себе с двумя окнами для выявления активных сетевых устройств.

При выявлении потери маркера запускается процедура инициализации сети, при этом посылает пакет "требование маркера". Станция, которая послала запрос, прослушивает шину и при выявлении сетевой активности выбывает из соревнования (есть станция с больше, чем у нее адресом). В сети определенно 4 класса обслуживания (6, 4, 2, 0). Станция может передавать данные класса 6 в течение допустимого времени удерживания маркера THT (для класса 6). При N станций в сети максимальное время ожидания будет равняется THT*N. По завершении передачи данные классу 6 (или если они не передавались совсем) можно передавать данные класса 4. Аналогично определено время обращения маркера для классов 4, 2 и 0.

16. Технология Token Ring;

Token Ring - технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркерным доступом» - протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркером, который перемещается вокруг кольца. Владение маркером предоставляет его обладателю право передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркерным доступом перемещаются в цикле.

Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token Ring логически организованы в кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркера совместно использован ARCNET, маркерношиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet. Максимальный размер полезного блока данных (MTU) 4464 байта.

Передача маркера

Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают по сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).

Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.

Если у станции, владеющей маркером, имеется информация для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать, и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркера» - early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

Сфера применения