Wstęp do sieci

komputerowych

Zwielokrotnianie (multipleksowanie)

Multiplexing

� FDM – Frequency Division Multiplexing�WDM - Wavelength Division Multiplexing� TDM – Time Division Multiplexing – Zwielokrotnianie z podziałem czasowym

Zwielokrotnianie z podziałem

częstotliwości

� FDM� Użytkowe pasmo medium często przekracza wymagane pasmo kanału

� Sygnały ( kanałów) są modulowane w różnych częstotliwościach nośnych

� Częstotliwości nośne są oddzielone w celu eliminacji pokrywania się sygnałów (guard bands)

� Przykłady: stacje radiowe FM, kanały VHF w telewizji kablowej

� Kanały są zarezerwowane niezależnie od przesyłanych danych

FDM

(a) Źródłowe pasma(b) Pasma z przesuniętymi częstotliwościami(c) Zwielokrotniony kanał

Diagram FDM

System FDM

FDM dla trzech sygnałów

głosowych

Analog Carrier Systems

� AT&T (USA)� Hierarchy of FDM schemes� Group

�12 voice channels (4kHz each) = 48kHz�Range 60kHz to 108kHz

� Supergroup�60 channel�FDM of 5 group signals on carriers between 420kHz and 612 kHz

� Mastergroup�10 supergroups

WDM – Zwielokrotnianie z

podziałem długości fali

� Wavelength Division Multiplexing

Zwielokrotnianie z podziałem

czasu (synchroniczne)

�Przepustowość medium większa niż wymagana dla pojedynczego kanału transmisji cyfrowej

�Przeplatanie sygnałów cyfrowych�Na poziomie bloków bitów�Ścisły przydział szczelin czasowych do źródeł (kanałów)

�Stałość przydziału – nawet przy braku danych�Przydział szczelin może być zróżnicowany w zależności od źródeł

Zwielokrotnianie z podziałem

czasu

System T1

Time Division Multiplexing

The T1 carrier (1.544 Mbps).

TDM� Standard E1

� 0 – Szczelina synchronizacyjna ⌧Parzyste = 10011011⌧Nieparzyste = komunikacja służbowa

� 16 - Szczelina sygnalizacyjna⌧Zestawianie o obsługa połączeń użytkowych kanałów ramki

0 1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516171819202122232425262728293031

125us

TDM Link Control

� Brak nagłówków i zakończeń� Protokół warstwy liniowej jest zbędny (Data link control protocols)

� Kontrola przepływu ( flow control)�Stała prędkości ( przepustowość) danych dla każdego kanału�Transmisja niezależna od otrzymywanych danych lub możliwości odbioru w kanałach

�Wygaszanie źrodła w kanale bez możliwości odbioru�Występują też puste szczeliny (slot)

� Kontrola błędów�Wykrywanie i obsługa błędów w systemach pojedynczych kanałów ( np. przez protokół HDLC)

Data Link Control on TDM

Ramki

�Brak „flag” czy znaków SYNC ograniczających ramki TDM

�Konieczny mechanizm synchronizacji�Added digit framing

�One control bit added to each TDM frame⌧Looks like another channel - “control channel”

�Wykorzystanie wzorca bitowego w kontrolnym kanale�Np. wprowadzając 01010101…mało prawdopodobny w kanale danych

�Porównywanie przychodzącego wzoru bitów ze znanym wzorcem SYNC

Pulse Stuffing

�Problem - Synchronizing data sources�Clocks in different sources drifting�Data rates from different sources not related by simple rational number

�Solution - Pulse Stuffing�Outgoing data rate (excluding framing bits) higher than sum of incoming rates

�Stuff extra dummy bits or pulses into each incoming signal until it matches local clock

�Stuffed pulses inserted at fixed locations in frame and removed at demultiplexer

TDM of Analog and Digital

Sources

Digital Carrier Systems

�Hierarchy of TDM�USA/Canada/Japan use one system�ITU-T use a similar (but different) system�US system based on DS-1 format�Multiplexes 24 channels�Each frame has 8 bits per channel plus one framing bit

�193 bits per frame

Digital Carrier Systems (2)

�For voice each channel contains one word of digitized data (PCM, 8000 samples per sec)�Data rate 8000x193 = 1.544Mbps�Five out of six frames have 8 bit PCM samples�Sixth frame is 7 bit PCM word plus signaling bit�Signaling bits form stream for each channel containing control and routing info

�Same format for digital data�23 channels of data

⌧7 bits per frame plus indicator bit for data or systems control

�24th channel is sync

Mixed Data

�DS-1 can carry mixed voice and data signals�24 channels used�No sync byte�Can also interleave DS-1 channels

�Ds-2 is four DS-1 giving 6.312Mbps

Time Division Multiplexing (3)

Multiplexing T1 streams into higher carriers.

Systemy transportu TDM

565.1487680E5274.1764032DS-4=T4

139.2641920E444.736672DS3=T3

34.368480E36.31296DS-2=T2

8.448120E23.15248DS-1C=T1C

2.04830E11.55424DS-1=T1

Prędkość (Mbps)

Liczba kanałówNrPrędkość

(Mbps)Liczba kanałów

Digital Signal Nr

MiędzynarodoweAmeryka Północna

SDH

�Synchronous Digital Hierarchy�Synchronous Optical NETwork (SONET)�Synchronous Transport Signal (STS)�Zasięg – ok. 40km (pomiędzy regeneratorami)

Standardowe „prędkości” SDH

9621.5059953.28STM-64STS-192/OC-192

2405.3762488.32STM-16STS-48/OC-48

1804.0321866.24STM-12STS-36/OC-36

1202.6881244.16STM-8STS-24/OC-24

902.016933.12STM-6STS-18/OC-18

601.344622.08STM-4STS-12/OC-12

451.008466.56STM-3STS-9/OC-9

150.336155.52STM-1STS-3/OC-3

50.11251.84STS-1/OC-1

Przepustowość efektywna SPE (Mbps)

Przepustowość (Mbps)

Oznaczenie ITU (CCITT)

Oznaczenie SONET

Hierarchia w sieci SONET

� Sekcja (Section)� STE – urządzenie końcowe lub regenerator, może modyfikować nagłówek

kontenera

� Linia ( Line)� LTE nadaje i odbiera sygnał

� Ścieżka (Path)� PTE zajmuje się multpleksacją/demultipleksacją kanałów cyfrowych

PathTerminatingEquipment

PathTerminatingEquipment

LineTerminatingEquipment

LineTerminatingEquipment

Sekcja

Linia

Ścieżka

Inne urządzenia(NIE SONET)

Inne urządzenia(NIE SONET)

Time Division Multiplexing (4)

Dwie ramki SONET – (jedna kratka – oktet)

SONET Frame Format

SONET STS-1 Overhead Octets

Time Division Multiplexing (5)

SONET and SDH multiplex rates.

STM-1 Payload for SDH-Based

ATM Cell Transmission

�OC-3c �OC-3 – 3 * OC – 1

Asymmetrical Digital

Subscriber Line

�ADSL�Link between subscriber and network

�Local loop

�Uses currently installed twisted pair cable�Can carry broader spectrum�1 MHz or more

ADSL Design

�Asymmetric�Greater capacity downstream than upstream

�Frequency division multiplexing�Lowest 25kHz for voice

⌧Plain old telephone service (POTS)

�Use echo cancellation or FDM to give two bands�Use FDM within bands

�Range 5.5km

Discrete Multitone

�DMT�Multiple carrier signals at different frequencies�Some bits on each channel�4kHz subchannels�Send test signal and use subchannels with better signal to noise ratio

�256 downstream subchannels at 4kHz (60kbps)�15.36MHz�Impairments bring this down to 1.5Mbps to 9Mbps

xDSL

�High data rate DSL�Single line DSL�Very high data rate DSL

DSL

�xDSL�Digital Subscriber Line�x – odmiany

�Symetryczne DSL�Asymetryczne DSL

Widmo mocy w ADSL

� Z podziałem częstotliwości � Z tłumieniem echa

Odmiany DSL� H(igh bit rate) DSL

� Zasięg pętli abonenckiej ≈ 3.6km�Oparte na dwuparowej skrętce� Prędkości rzędu 784kbps w każdą stronę do T1 (E1)

� S(ymetric) DSL� Zasięg pętli abonenckiej ≈ 3.4km�Oparte na jednoparowej skrętce� Prędkości rzędu T1 (E1)

� G.SDSL� Prędkości rzędu 192kbps – 2.3Mbps� Zasięg ≈ 4.5km�Modulacja DMT

� HDSL.2�HDSL na jednej parze przewodów

Odmiany DSL� Transmisja Asymetryczna

� Zalety z punktu widzenia użytkownika

� Zalety z punktu widzenia transmisji sygnału

� ADSL 1� zasięg 5.5 km� Kierunek „down” � T1/E1� Kierunek „up” � 16kbps

� ADSL 2� Zasięg 3.7km� Kierunek „down” �

3.072/3.096Mbps� Kierunek „up’ � 64kbps

� ADSL 3� Zasięg 2.5km� Kierunek „down” �

6.144/8.448Mbps� Kierunek „up” � 576/640kbps

� IDSL� DSL na liniach ISDN� Własności podobne do ISDN

� Rate Adaptive DSL� 128kbps – 1Mbps w kierunku „up”� 1Mbps – 7Mbps w kierunku

„down”� Reach ADSL

� 128kbps – 1Mbps

Odmiany DSL

�VDSL�W kierunku „up”

⌧1.6 – 2.3Mbps⌧19.2 Mbps⌧Tyle samo co kierunek „down”

�W kierunku „down” – 13 – 55Mbps

�Zasięg w funkcji wydajności�12.96 – 13.8 � 1500m�25.92 – 27.6 � 1000m�51.84 – 55.2 � 300m

Odmiany DSL

Instalacja DSL

�Splittery�Wielousługowe splittery DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer)

�Modemy/rutery DSL

Podstawowe elementy

połączenia DSL

Elementy sieci wykorzystujące

technikę DSL

Digital Subscriber Lines

Bandwidth versus distanced over category 3 UTP for DSL.

Digital Subscriber Lines (2)

Operation of ADSL using discrete multitonemodulation.

Digital Subscriber Lines (3)

A typical ADSL equipment configuration.

Spectrum Allocation

Frequency allocation in a typical cable TV system used for Internet access

Cable Modems

Typical details of the upstream and downstream channels in North America.

Advanced Mobile Phone System

(a) Frequencies are not reused in adjacent cells.(b) To add more users, smaller cells can be used.

GSM - Global System for Mobile

Communications

GSM uses 124 frequency channels, each of which uses an eight-slot TDM system

GSM (2)

A portion of the GSM framing structure.