Временное мультиплексирование ( TDM ) — это метод передачи и приема независимых сигналов по общему сигнальному пути с помощью синхронизированных коммутаторов на каждом конце линии передачи, так что каждый сигнал появляется на линии только часть времени в соответствии с согласованными правилами, например, когда каждый передатчик работает по очереди. Его можно использовать, когда скорость передачи битов среды передачи превышает скорость передаваемого сигнала. Эта форма мультиплексирования сигналов была разработана в телекоммуникациях для систем телеграфии в конце 19 века, но нашла свое наиболее распространенное применение в цифровой телефонии во второй половине 20 века.
Временное мультиплексирование было впервые разработано для приложений в телеграфии для маршрутизации нескольких передач одновременно по одной линии передачи. В 1870-х годах Эмиль Бодо разработал систему временного мультиплексирования из нескольких телеграфных машин Хьюза.
В 1944 году британская армия использовала беспроводной комплект № 10 для мультиплексирования 10 телефонных разговоров по микроволновой связи на расстоянии до 50 миль. Это позволяло командирам на местах поддерживать связь со штабом в Англии через Ла-Манш . [1]
В 1953 году 24-канальный мультиплексор с временным разделением был введен в коммерческую эксплуатацию компанией RCA Communications для передачи аудиоинформации между объектом RCA на Брод-стрит, Нью-Йорк, их передающей станцией в Роки-Пойнт и приемной станцией в Риверхеде, Лонг-Айленд, Нью-Йорк. Связь осуществлялась с помощью микроволновой системы по всему Лонг-Айленду. Экспериментальная система TDM была разработана RCA Laboratories между 1950 и 1953 годами. [2]
В 1962 году инженеры Bell Labs разработали первые банки каналов D1, которые объединяли 24 оцифрованных голосовых вызова по четырехпроводной медной магистральной линии между аналоговыми коммутаторами центрального офиса Bell. Банк каналов на каждом конце линии позволял одной линии передавать короткие порции, каждая 1 ⁄ 8000 секунды, до 24 голосовых вызовов по очереди. Дискретные сигналы на магистральной линии передавали 1,544 Мбит/с, разделенные на8000 отдельных кадров в секунду, каждый из которых состоял из 24 смежных октетов и одного кадрирующего бита. Каждый октет в кадре поочередно передавал один телефонный звонок. Таким образом, каждый из 24 голосовых звонков был закодирован в два потока с постоянной скоростью передачи данных 64 кбит/с (по одному в каждом направлении) и преобразован обратно в обычные аналоговые сигналы дополнительным оборудованием на приемном конце магистральной линии. [3]
Временное мультиплексирование используется в основном для цифровых сигналов, но может применяться и в аналоговом мультиплексировании , как указано выше, в котором два или более сигналов или битовых потоков передаются, появляясь одновременно как подканалы в одном канале связи, но физически чередуются на канале. [4] Временная область делится на несколько повторяющихся временных интервалов фиксированной длины, по одному для каждого подканала. Байт выборки или блок данных подканала 1 передается во время временного интервала 1, подканал 2 во время временного интервала 2 и т. д. Один кадр TDM состоит из одного временного интервала на подканал и обычно канала синхронизации, а иногда и канала исправления ошибок. После всего этого цикл начинается снова с нового кадра, начиная со второго образца, байта или блока данных из подканала 1 и т. д.
TDM может быть дополнительно расширен до схемы множественного доступа с временным разделением (TDMA), где несколько станций, подключенных к одной и той же физической среде, например, совместно использующих один и тот же частотный канал, могут общаться. Примеры применения включают:
В сетях с коммутацией каналов, таких как телефонная сеть общего пользования (PSTN), желательно передавать несколько абонентских вызовов по одной и той же среде передачи, чтобы эффективно использовать полосу пропускания среды. [5] TDM позволяет передающим и принимающим телефонным коммутаторам создавать каналы ( трибутары ) в потоке передачи. Стандартный голосовой сигнал DS0 имеет скорость передачи данных 64 кбит/с. [5] [6] Цепь TDM работает на гораздо более высокой полосе пропускания сигнала, позволяя разделить полосу пропускания на временные кадры (временные слоты) для каждого голосового сигнала, который мультиплексируется в линию передатчиком. Если кадр TDM состоит из n голосовых кадров, полоса пропускания линии составляет n * 64 кбит/с. [5]
Каждый голосовой временной интервал в кадре TDM называется каналом. В европейских системах стандартные кадры TDM содержат 30 цифровых голосовых каналов (E1), а в американских системах (T1) они содержат 24 канала. Оба стандарта также содержат дополнительные биты (или битовые временные интервалы) для битов сигнализации и синхронизации. [5]
Мультиплексирование более 24 или 30 цифровых голосовых каналов называется мультиплексированием высшего порядка . Мультиплексирование высшего порядка осуществляется путем мультиплексирования стандартных кадров TDM. Например, европейский 120-канальный кадр TDM формируется путем мультиплексирования четырех стандартных 30-канальных кадров TDM. На каждом мультиплексе высшего порядка объединяются четыре кадра TDM из непосредственного низшего порядка, создавая мультиплексы с полосой пропускания n * 64 кбит/с, где n = 120, 480, 1920 и т. д. [5]
Существует три типа синхронного TDM: T1, SONET/SDH и ISDN. [7]
Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) была разработана как стандарт для мультиплексирования кадров более высокого порядка. PDH создал большее количество каналов путем мультиплексирования стандартных европейских 30-канальных кадров TDM. Это решение работало некоторое время; однако PDH страдал от нескольких присущих ему недостатков, которые в конечном итоге привели к разработке синхронной цифровой иерархии (SDH). Требования, которые стимулировали разработку SDH, были следующими: [5] [6]
SDH стал основным протоколом передачи в большинстве сетей PSTN. Он был разработан для мультиплексирования потоков 1,544 Мбит/с и выше, чтобы создавать более крупные кадры SDH, известные как синхронные транспортные модули (STM). Кадр STM-1 состоит из меньших потоков, которые мультиплексируются для создания кадра 155,52 Мбит/с. SDH также может мультиплексировать пакетные кадры, например, Ethernet , PPP и ATM. [5] [6]
Хотя SDH считается протоколом передачи (уровень 1 в эталонной модели OSI ), он также выполняет некоторые функции коммутации, как указано в третьем пункте требования, перечисленном выше. [5] Наиболее распространенными функциями сети SDH являются следующие:
Функции сети SDH соединены с помощью высокоскоростного оптоволокна. Оптоволокно использует световые импульсы для передачи данных и поэтому является чрезвычайно быстрым. Современная оптоволоконная передача использует мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), где сигналы, передаваемые по волокну, передаются на разных длинах волн, создавая дополнительные каналы для передачи. Это увеличивает скорость и емкость соединения, что в свою очередь снижает как удельные, так и общие затраты. [5] [6]
Статистическое мультиплексирование с временным разделением (STDM) — это усовершенствованная версия TDM, в которой адрес терминала и сами данные передаются вместе для лучшей маршрутизации. Использование STDM позволяет разделить полосу пропускания по одной линии. Многие колледжи и корпоративные кампусы используют этот тип TDM для распределения полосы пропускания.
На 10-мегабитной линии, входящей в сеть, STDM может использоваться для предоставления 178 терминалам выделенного соединения 56k (178 * 56k = 9,96 Мб). Однако более распространенное использование — предоставление полосы пропускания только тогда, когда она действительно нужна. STDM не резервирует временной интервал для каждого терминала, а назначает интервал, когда терминалу требуется отправить или получить данные.
В своей первичной форме TDM используется для связи в режиме цепи с фиксированным числом каналов и постоянной полосой пропускания на канал. Резервирование полосы пропускания отличает мультиплексирование с временным разделением от статистического мультиплексирования, такого как статистическое мультиплексирование с временным разделением. В чистом TDM временные интервалы повторяются в фиксированном порядке и предварительно распределяются по каналам, а не планируются на основе пакета за пакетом.
В динамическом TDMA алгоритм планирования динамически резервирует переменное количество временных интервалов в каждом кадре для потоков данных с переменной скоростью передачи данных, основываясь на потребности трафика каждого потока данных. [8] Динамический TDMA используется в:
Асинхронное временное мультиплексирование (ATDM) [7] — это альтернативная номенклатура, в которой STDM обозначает синхронное временное мультиплексирование, старый метод, использующий фиксированные временные интервалы.
В этой статье использованы материалы из общедоступного Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).