Tehnici de multiplexare utilizate in retelele de comunicatii. Multiplexarea temporala digitala (mtd)

Tehnici de multiplexare utilizate in retelele de comunicatii. Multiplexarea temporala digitala (mtd)
    5.4.1. Principiul de baza al MTD

    Multiplexarea temporala consta in partajarea in timp a unui suport fizic comun de catre mai multi utilizatori care au acces la suport. Acestora li se aloca suportul in anumite intervale de timp, numite si canale temporale.
    Un cadru temporal reprezinta un interval de timp continand informatia dintr-un numar n?1 canale temporale. Alocarea intervalelor de timp (canalelor) pentru diversi utilizatori se face de catre un proces alocator. Alocarea poate sa fie fixa sau dinamica, iar duratele canalelor pot fi egale sau inegale.

a - utilizarea unei resurse comune
b - utilizarea unui suport de comunicatie comun.

Fig. 5.14. Principiul multiplexarii temporale

    Un proces alocator, aloca intervalele de timp (canalele) ale cadrului T, pentru utilizatorii U₁, .,U_N.
    Alocarea poate fi variabila in timp, si de asemenea numarul de canale temporale. In sistemele de comutatie apare in plus problema identificarii si delimitarii in timp a cadrelor si canalelor, deoarece informatiile introduse pe suport de un utilizator U_i (intr-un interval de timp alocat lui), trebuie transportate pana la un alt utilizator U_j in alt interval de timp.

    5.4.2. Metode de partajare temporara a suportului
Se disting doua clase de partajare:
- cu cadre ciclice;
- cu cadre aciclice.
    Cadrele ciclice reprezinta intervale de timp constante si adiacente. Fiecare cadru poate fi divizat la randul sau in n?1 canale temporale de dimensiuni egale sau diferite.
    Cadrele aciclice sunt intervale de timp de lungime variabila care contin informatia, separate intre ele prin "pauze variabile'.

Fig. 5.15. Reprezentarea cadrelor aciclice.

    Alocarea canalelor temporale poate fi:
- alocare fixa in care procesul alocator aloca cate un canal temporal fiecarui utilizator U_i, indiferent daca terminalul respectiv este activ sau nu. Aceasta alocare se mai numeste "cu canale individuale' (ex: sistemul PCM);
- alocare dinamica ce consta in faptul ca utilizatorii multiplexului pot ocupa diverse canale din cadrul temporal, in functie de necesitatea comunicatiei cu un anumit debit. Suportul devine astfel resursa comuna tuturor utilizatorilor multiplexului. Aceasta alocare se mai numeste "cu canale comune'.
    Pentru alocarea fixa, debitul binar pe canal temporal este constant si este dat de relatia:
; unde n = numarul de biti/canal,

T = durata cadrului.
(De exemplu, in cazul PCM, T = 125m s, n = 8, D_C = 64 Kb/s).
    Pentru alocarea dinamica (cazul ATM), debitul binar global disponibil al sistemului este oferit in comun mai multor utilizatori, care nu il folosesc insa decat in anumite intervale de timp.
    In figura 5.16. se prezinta principiul multiplexarii cu cadre ciclice si alocare fixa si dinamica.

a - cu alocare fixa a canalelor (canale individuale);
b - cu alocare dinamica a canalelor.

Fig. 5.16. Multiplexarea cu cadre ciclice

    In cazul a, utilizatorii A, B, ., N primesc cate un canal temporal de durata T/N, aceasta alocare ramanand constanta. Fiecare utilizator are la dispozitie un debit binar , unde D_CD reprezinta debitul binar total al cadrului.
    In cazul b₁, utilizatorul A are alocate toate canalele din cadru. Rezulta pentru utilizatorul A un debit constant D_A = D_CD. In cazul b₂ se arata posibilitatea lucrului cu debite constante, dar diferite intre ele. Debitul alocat lui A este dublu fata de cel al lui B.
    In cazul b₃ se aloca dinamic canalele pentru utilizatorul A (se obtine astfel o functie de multiplexor dinamic sincron).

    Cadrele aciclice sunt intervale de timp de lungime variabila, separate prin pauze variabile. Caracterul asincron este mai mult sau mai putin pronuntat:
- asincronism total, in care cadrele au lungimi variabile si nu exista ritm comun la nivelul elementului de semnal (bit) iar intervalele dintre cadre sunt de asemenea variabile;
- asincronism partial, in care cadrele au lungimi variabile, dar cu ritm comun de tact la nivel de bit, separate intre ele prin intervale variabile.
    Sistemele aciclice au unele caracteristici asemanatoare celor cu cadre ciclice si canale comune (alocare dinamica):
- ocuparea suportului numai de catre utilizatorii activi;
- capacitatea de transport (debitul) oferita de suport este comuna tuturor utilizatorilor;
- caracterul dinamic al multiplexarii.
    Comparand intre ele cele doua metode de alocare fixa/dinamica a intervalelor de timp, se constata ca:
- alocarea fixa este adecvata comutatiei de circuite (prin circuit intelegand un mediu de comunicatie existent simultan intre doua puncte din retea);
- alocarea dinamica este adecvata comutatiei cu memorare si retransmitere a fractiunilor de mesaj (pachete), care sosesc la intervale de timp de regula aleatoare; intre sursa si destinatie se stabileste numai o asociere logica (circuit virtual), sau nu exista nici o asociere (cazul datagramelor).
    Dintre cele trei metode cea mai cuprinzatoare ca functionalitate este multiplexarea cu cadre ciclice si alocare dinamica, care ofera si caracteristici de mod "circuit' si mod "pachet'.

    5.4.3. Identificarea cadrelor si canalelor
    Mesajele multiplexate trebuie sa ajunga la destinatie pentru utilizatorii corespondenti. Demultiplexorul trebuie sa cunoasca si sa refaca din semnalul receptionat informatia de partaj temporal si sa execute demultiplexarea propriu-zisa, adica distribuirea informatiilor pe canalele paralele de la iesire.
    5.4.3.1. Identificarea cadrelor
    In sistemele cu alocare fixa si cadre ciclice se utilizeaza cuvinte de sincronizare de cadru (coduri binare plasate la inceputul cadrului sau distribuite in interiorul cadrului). In aceste sisteme, suportul nu este utilizat in permanenta. Codurile de sincronizare se introduc astfel in mod aleator in canalele libere ramase. Dupa intrarea in sincronism a sistemului se pot numara elementele binare si se recunosc cuvintele de sincronizare (fig. 3.17.).

    Fig. 5.17. Delimitarea cadrelor ciclice cu canale comune

In sistemele cu cadre aciclice este necesara identificarea fiecarui cadru in parte. Se pot utiliza mai multe metode:

- inserarea sistematica de cuvinte sincro (flag-uri) intre cadrele de informatie (fig. 5.18.)
Fig. 5.18. Inserarea de cuvinte de sincronizare (flag-uri)

- incadrarea intre doua flag-uri a fiecarui cadru, dupa flag-ul de inchidere a cadrului se transmite pe suport un semnal pauza (siruri de 1 logic) (fig. 3.19.):

Fig. 5.19. Inserarea intre flag-uri a cadrelor.

- utilizarea unui singur flag de inceput si a unui indicator de lungime a cadrului (fig. 5.20.).

Fig. 5.20. Utilizarea unui flag si a unui indicator de lungime a cadrului

    5.4.3.2. Identificarea canalelor
    In sistemele cu cadre ciclice si alocare fixa a intervalelor de timp, identificarea unui canal temporal se face implicit prin pozitia sa in cadru.
    In sistemele cu cadre ciclice/aciclice si alocare dinamica, identificarea unui canal se face explicit prin inserarea de informatii de identitate, chiar in blocul de date emis prin canal.