Teleinformatyka Systemy plezjochroniczne wykład 9

Zwielokrotnianie (multipleksowanie) w systemach analogowych i cyfrowych Systemy analogowe dla zwiększenia liczby kanałów wykorzystywały zwielokrotnienie częstotliwościowe, które wymagało rozszerzenia pasma kanału transmisyjnego - polegało ono na układaniu kolejnych kanałów kolejno na wyższej częstotliwości w odstępie szerokości kanału telefonicznego (równolegle). Każdy kanał miał dostęp do swojej częstotliwości Inna możliwość w tych systemach nie była możliwa, gdyż sygnał analogowy ograniczony w jakimś paśmie wysyła niepoliczalną liczbę informacji o tym paśmie Nie da się jej wysyłać w odstępach czasu (szeregowo) - to powodowałoby utratę danych.

TDM – Time Division Multiplexing Systemy cyfrowe przesyłają ograniczoną liczbę danych przyspieszanie sygnału przed zwielokrotnieniem wysłanie w tej samej jednostce czasowej większej liczby danych uporządkowanych w szczeliny czasowe TDM – Time Division Multiplexing

Daje to możliwość stosowania zwielokrotnienia z podziałem czasu w sposób nieograniczony, zwiększając przepustowość teoretycznie niemal w nieskończoność Teoretycznie urządzenia teletransmisyjne mają ograniczoną szybkość, ale nie można skracać im czasu trwania szczelin w nieskończoność, gdyż w którymś momencie przestaną zauważać wszystkie informacje (rola światłowodów) Dodatkowo występuje jeszcze ograniczenie wynikające z możliwości synchronizacyjnych urządzeń nadawczych i odbiorczych

Metody zwielokrotniania - multipleksowania FDM – podział częstotliwości TDM – podział czasu WDM – podział długości fali DWDM – gęsty podział długości fali

Podział systemów z TDM W systemach teletransmisyjnych rozróżnia się dwa rodzaje zwielokrotnienia z podziałem czasu: zwielokrotnienie z przeplataniem bitów (bit po bicie) - np. systemy PDH (plezjochronous digital hierarchy).. wersja międzynarodowa sieć E (E1, E2 itd.) USA sieć T (T1, T2 itd.) plezjo=prawie zwielokrotnienie z przeplataniem bajtów (bajt po bajcie) - np. systemy SDH (synchronous digital hierarchy)

Systemy PDH – plezjochroniczne („prawie” synchroniczne) Lata 70-te – cyfrowe systemy teletransmisyjne oparte na modulacji kodowo - impulsowej PCM (Pulse Code Modulation), która przekształca sygnał analogowy na sygnał binarny. Sygnał telefoniczny o paśmie 4 kHz przekształcony do cyfrowego o przepływności 64 Kb/s - sygnał DS0 Łącząc wiele kanałów PCM w jeden ciąg binarny o dużej przepływności za pomocą TDM (sekwencyjne przeplatanie bajtowe), dla 30 kanałów 64 kb/s można uzyskać np. kanał o przepływności 2048 kb/s. ... czyli najpierw budowany jest kanał 2 Mb metodą bajt po bajcie ..wyżej już bit po bicie.. jak samochody wjeżdżające z wielu ulic w jedną o tej samej szerokości co dojazdowe – muszą jechać szybciej z przeplataniem

Hierarchia plezjochroniczna - PDH T USA Europa

TDM – time division multiplexing sygnały DS0 sygnał DS1 T1 1 64 kb/s 2 ... 24 23 2 1 3 MUX ... 32 31 2 1 4 multiplexer 2Mb/s E1 24 lub 30 kierunek przesyłu TDM – time division multiplexing

SYSTEM PDH - E1 - międzynarodowy Budowa strumienia 2 Mb/s (221) b/s = 213 .23 .23= 8000.8b.32 Informacje są przekazywane w postaci 8-bitowych pakietów informacji (256 stanów), Próbkowanie odbywa się z częstotliwością 8kHz, czyli co 125 s, Ramka ma budowę 32 kanałową według zasady bajt po bajcie (30 kanałów użytecznych) - z dodanym bajtem wzoru fazowania ramki (FAW) i bajtem sygnalizacji dla szczelin czasowych. SYGNALIZACJA – seria komunikatów – kontrola wywołań (łączenie i rozłączanie), usługi dodatkowe, rozliczanie opłat

1 2 16 17 30 31 1 Ramka 1 wieloramki strumienia 2 Mb/s sygnalizacja kanał 1 kanał 2 kanał 16 kanał 30 1 2 16 17 30 31 sygnalizacja 1 słowo serwisowe lub wzór synchronizacji ramki – CRC4 kanał 1 kanał 16 W ramce 2 kanał 2 W ramce 2 kanał 17 itd.

sygnalizacja ! czasem zwykły kanał Ramka strumienia 2 Mb/s – element wieloramki MF16 30 kanałów użytkowych 1 2 .. 16 17 30 31 sygnalizacja ! czasem zwykły kanał wszystko zależy do technologii 1 2 3 4 5 6 7 bajt 0 (szczelina 0) 8 bitów

bajt 0 "Szczelina" zerowa zawiera wzór synchronizacji całej ramki lub słowo serwisowe. Identyfikacja ramki nieparzystej – przeciwny do sygnału wyrównania Ramki nieparzyste Si 1 wzorzec synchr.- bity wyrównania między końcami obwodu Ramki parzyste Si C-bit 1 A R normalnie 0 1 gdy alarm żółty słowo serwisowe - zarezerwowane dla aplikacji krajowych Si – można wykorzystać do CRC – cyclic redundancy check – (np. CRC-4), jeśli bez CRC to ustawiany 1 jeśli przekracza granicę państwa

Wieloramka – wiele kolejnych ramek (grupa) bajt 16 – sygnalizacja (szczelina 16)... W strumieniu 2 Mbit/s są 32 szczeliny (ramka – 32 bajty). Użytkowe szczeliny wymagają sygnalizacji kanałowej. W tym celu zajęta jest szczelina 16 w każdej ramce. Do dyspozycji użytkowników pozostaje 30 kanałów użytecznych z sygnalizacją. – czyli 30 x 64 Kb/s = ok 2 Mb/s Wieloramka – wiele kolejnych ramek (grupa) Sygnalizacja (szczelina 16) niesie ze sobą wzór fazowania wieloramki (informacja, który bajt należy do którego kanału) Szczeliny 16 w ramce 1 niosą informację kolejno:4 bity dla kanału 1 i 4 bity dla kanału 17, Szczeliny 16 w ramce 2 kolejno:4 bity dla kanału 2 i 4 bity dla kanału 18, itd. Schemat taki powtarza się w grupie od ramki 1 do 16, po czym od nowa od ramki 17 do 32, itd. Ramki 1 do 16 noszą nazwę multiramki MF16

Wprowadzono kolejne poziomy zwielokrotnienia: .. a następnie na wyższych poziomach hierarchii odbywa się zwielokrotnienie plezjochroniczne przeplatanie bitów z dopełnianiem w przypadku niewielkiej różnicy częstotliwości) Wprowadzono kolejne poziomy zwielokrotnienia: 8.5 Mbit/s, (223= 221 *4) 34 Mbit/s, (225= 223 *4) 140 Mbit/s, najczęstszy system (227= 225 *4) 565 Mbit/s. (światłowody - długość fali 1550 nm)

Każdy wyższy poziom składa się z czterech sygnałów niższego poziomu uzupełnionych o informacje sterujące = plezjochroniczna (prawie synchroniczna) hierarchia cyfrowa PDH. Zwielokrotniane są kanały 2 Mbit/s generowane przez różne urządzenia. Ich podstawy czasowe (zegary) różnią się nieznacznie miedzy sobą. Dla zapewnienia stałej przepływności sygnału, tzw. "przeplot" bitowy musi być uzupełniony przez dodanie pustych bitów = bity dopełnienia. Bity te są usuwane z sygnału zbiorczego podczas procesu demultipleksacji. Ten sam problem pojawia się na każdym poziomie zwielokrotnienia i za każdym razem wprowadza się bity uzupełniające. Do transmisji PDH mogą być wykorzystywane także światłowody jedno- i wielomodowe.

Ramka E2 – ogółem 848 bitów Ramka E3 – ogółem 1536 bitów ..czyli wyżej już skomplikowane ramki – ale dopełnianie!!! Ramka E2 – ogółem 848 bitów FAS 10 b AIS 1 b NAT 200 bitów Cj1 4b 208 bitów Cj2 Cj3 J 204 bity sygnał synchr. krajowe 4 bity wyrównania (dopełnienia) dane alarm FAS 10 b AIS 1 b NAT 372 bitów Cj1 4b 380 bitów Cj2 Cj3 J 376 bitów Ramka E3 – ogółem 1536 bitów Cj – kontrola wyrównania

ładunek – przeplatanie bitowe 1 2 3 4 .. Cj1 Cj3 Cj2 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 1 trójka bitów dla każdego kanału informuje o tym, czy bit wyrównania jest bitem użytkownika czy tylko wypełnieniem (BEZUŻYTECZNY ale synchronizuje) J 1

Transmisja w systemach PDH Optical Line Termination Unit Transmisja w systemach PDH

Telecom OLTU Private Branch Exchange (centala przedsiębiorstwa) PMBX PABX manual - automatic

Aby w systemie np. PDH maksymalnie wykorzystać dostępną przepustowość i przesłać maksymalnie dużo danych stosuje się różne metody kompresji danych. W przypadku telefonii komórkowej stosuje się kompresję kanałów rozmównych - ma na celu wtłoczenie maksymalnie dużej liczby kanałów w jedną szczelinę o przepustowości 64Kb/s. W przypadku gdy łączem telefonicznym chcemy przesłać dane cyfrowe, stosowana jest kompresja, aby uzyskać maksymalny transfer danych.

bit po bicie z dopełnianiem bajt po bajcie podstawowy

E1 – jest właściwie synchroniczny ale plezjochroniczna jest struktura sieciowa – czyli wiele obwodów synchronicznych z różnymi zegarami!!!

C-bit (parzyste) lub flaga błędu (nieparzyste) CRC – cyclic redundancy check CRC-4 Wieloramka MF16 podzielona na 2 części 1 do 8 - ramka podrzędna pierwsza (SUB-MULTIRAMKA) 9 do 16 - ramka podrzędna druga SMF16 -1 SMF16 -2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 pierwsze bajty (z 32 każdej ramki) 1 C-bit (parzyste) lub flaga błędu (nieparzyste)

W ramkach nieparzystych 1-szy bit CRC (zatem 4 bity dla każdej wieloramki podrzędnej (1,3,5,7 oraz 9,11,13,15) – stąd CRC-4) C-bit 1 C-bit #1 do 4 – np. kontrola parzystości lub inna funkcja skrótu W ramkach parzystych 1-szy bit może być flagą błędu - co druga submultiramka E 1 Error

CRC-4 Bit Si może być wykorzystywany do przesyłania sumy kontrolnej CRC-4. 4-bitowa suma kontrolna jest przesyłana w bitach Si w 4 nieparzystych ramkach (co drugiej) 8-mioramkowej SUB-MULTIRAMKI Suma ta jest obliczana na podstawie 2048 bitów danych wysłanych w poprzednich 8 ramkach – czyli w SMF Co druga SMF zawiera dodatkowo informacje o błędach wykrytych w czasie transmisji. Dwie SMF tworzą pełną multiramkę (multiframe). 8*32*8

Kodowanie linii w E-1 przypomnienie: Manchester, AMI bipolarne bez i z naruszeniem bipolarności, B8ZS

8 zer itd. + - - + nie wprowadza dod. składowej stałej Naruszenie bipolarności BPV – ogólnie niepożądane Kodowanie B8ZS wprowadza naruszenie bipolarności celowo (aby nie było za wielu zer) – 2 kolejne impulsy tej samej polaryzacji 8 zer 1 same 0 lepsze wypełnienie dla synchronizacji B8ZS itd. 7-me 0 8-me 0 4-te 0 5-te 0 + - - + nie wprowadza dod. składowej stałej

Kodowanie linii w E-1 Rzadko stosowane jest kodowanie AMI Najczęściej stosuje się HDB3 – powstało wcześniej niż B8ZS (bipolar 8-zero substitution) – tak jest w Polsce wcześniej HDB2==B3ZS Zasada HDB3: każdy blok 4 zer jest zamieniany na 000V lub B00V, 'B' oznacza impuls zgodny z kodowaniem AMI (tak jakby w tym miejscu była jedynka), B – albo 1 albo -1 'V' - pogwałcenie reguły AMI – zakłócenie bipolarności – taka polaryzacja jak ostatni znany impuls Wybór pomiędzy 000V a B00V jest dokonywany w taki sposób, żeby liczba impulsów pomiędzy kolejnymi impulsami V była nieparzysta. Czyli - następujące po sobie impulsy V muszą mieć odwrotną polaryzację, żeby nie wprowadzać do sygnału składowej stałej.

Kodowanie HDB3 000V B00V impulsy V sygnał AMI-bipolarne HDB3 B – bo nieparzysta impulsy V Kodowanie HDB3 przeciwna biegunowość

Sygnalizacja podział: sygnalizacja linii – zarządzanie, nadzorowanie obwodu sygnalizacja międzyrejestrowa – komunikaty ustanawiania i rozłączania wywołań (rejestry to punkty końcowe linii) – przekaz danych, przede wszystkim adresu, czyli numeru telefonu, ale także innych usług (naliczanie, przekierowanie, budzenie itp..)

warto pobieżnie prześledzić z uwagi na historyczny rozwój technologii USA – hierarchia T warto pobieżnie prześledzić z uwagi na historyczny rozwój technologii T1 Początek lat 60-tych XX wieku – spółka AT&T łącza międzybiurowe

T-1 dół hierarchii Specjalne łącze (synchroniczne) zapewniające transmisję w granicach ok. 1,5 Mbit/s – T1 Istnieją także odmiany zestawiające asynchronicznie T1 (ponieważ każde T-1 ma własny zegar) Potem multipleksowanie do T-2 , a także T-3 i T-4 która jest najszybsza. Teoretycznie można nią przesyłać 274 Mbit/s – T4

System T-1 to system w istocie synchroniczny, wyższe T są plezjochroniczne NADH – Północno Amerykańska Hierarcha Cyfrowa Budowanie ramek bajt-po-bajcie z sygnałów DS0 (digital signal 0) - wysyłanych przez źródła z prędkością 64 kb/s – cały świat ma to samo system amerykański – 1962 r –sieci niewielkich firm – 24 kanały (T-1) system międzynarodowy – jak pamiętamy – 30+2 kanałów (E1)

Styk na linii klient - dostawca - wtyczka modularna RJ-48 (8 szpilek) lub DB15 urządzenia kodowania linii – kod bipolarny lub bipolarny z zakłóceniem bipolarności urządzenia diodowe realizujące kompansję (-Law 255), dawniej -100 miało tylko 7 bitów, 8-my bit to była sygnalizacja stanu słuchawki, ale 56 kb/s to też wystarczająca jakość głosowa urządzenia formatujące ramkę

TDM – time division multiplexing sygnały DS0 64 kB/s sygnał DS1 T1 1 clock 2 ... 24 23 2 1 3 MUX 4 multiplexer ..... 24 kierunek przesyłu TDM – time division multiplexing

Standardy tzw. banków kanałów Format ramek T1 (DS-1) 24 bajty + 1 bit kontrolny międzyramkowy typu F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Standardy tzw. banków kanałów D1 - 1962 D2 - 1969 .... ... D5 - 1982

Jeśli ciąg bitów – unikalny kod Jeśli 1 bit – tzw. bit F - rozpoznawalny tylko po analizie wielu ramek – stosowany zwykle kod naprzemienności – 01010101 - oszczędny, ale grozi utratą wielu ramek, gdy tracimy wyrównanie – stan tzw. OOF, out of frame, czyli bajty poza ramką w razie wystąpienia OOF, bank kanałów cofa określoną liczbę bitów w strumieniu i rozpoczyna kontrolę wzorca wyrównania wszystkich 193 bitów = 24 kanały*8 bitów +1 bit F

grupuje 12 ramek DS-1 (DS-1 to 24 bajty + bit F=193 bity) Super-ramka SF grupuje 12 ramek DS-1 (DS-1 to 24 bajty + bit F=193 bity) Superramka złożona z 12 ramek 1 24B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24-bajtowa ramka 6-ta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 A dowolny bajt ramki 6 24-bajtowa ramka 12-ta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 dowolny bajt ramki 12 1 2 3 4 5 6 7 B 100011011100 wzorzec wyrównania superramki SF – bity F ramki nieparzyste FT 101010 sygnalizacja ramki parzyste FS 001110