Мультиплексирование с временным разделением ( TDM ) — это метод передачи и приема независимых сигналов по общему пути прохождения сигнала с помощью синхронизированных переключателей на каждом конце линии передачи, так что каждый сигнал появляется в линии только часть времени в чередующейся схеме. . Его можно использовать, когда битовая скорость среды передачи превышает скорость передаваемого сигнала. Эта форма мультиплексирования сигналов была разработана в телекоммуникациях для телеграфных систем в конце 19 века, но нашла свое наиболее распространенное применение в цифровой телефонии во второй половине 20 века.
Мультиплексирование с временным разделением было впервые разработано для приложений в телеграфии для одновременной маршрутизации нескольких передач 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 через микроволновое реле на расстоянии до 50 миль. Это позволяло полевым командирам поддерживать связь со штабом в Англии через Ла -Манш . [1]
В 1953 году компания RCA Communications ввела в коммерческую эксплуатацию 24-канальный TDM 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 цифровых голосовых вызова по четырехпроводной медной магистрали между аналоговыми коммутаторами центрального офиса Bell . Банк каналов разделил цифровой сигнал со скоростью 1,544 Мбит/с на 8000 отдельных кадров, каждый из которых состоит из 24 последовательных байтов. Каждый байт представлял собой один телефонный звонок, закодированный в сигнал с постоянной скоростью передачи данных 64 кбит/с. Банки каналов использовали фиксированную позицию (временное выравнивание) одного байта в кадре для идентификации вызова, которому он принадлежал. [3]
Мультиплексирование с временным разделением используется в основном для цифровых сигналов, но может применяться и в аналоговом мультиплексировании , при котором два или более сигналов или битовых потоков передаются одновременно как подканалы в одном канале связи, но физически чередуются на канале. [4] Временной интервал разделен на несколько повторяющихся временных интервалов фиксированной длины, по одному для каждого подканала. Выборочный байт или блок данных подканала 1 передается во время временного интервала 1, подканала 2 — во время временного интервала 2 и т. д. Один кадр TDM состоит из одного временного интервала на подканал плюс канал синхронизации, а иногда и канал исправления ошибок. до синхронизации. После последнего подканала, исправления ошибок и синхронизации цикл начинается заново с нового кадра, начиная со второй выборки, байта или блока данных из подканала 1 и т. д.
TDM может быть дополнительно расширен до схемы множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), где могут обмениваться данными несколько станций, подключенных к одной и той же физической среде, например, использующих один и тот же частотный канал. Примеры приложений включают в себя:
В сетях с коммутацией каналов, таких как коммутируемая 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 передавать и принимать телефонные коммутаторы для создания каналов ( притоков ) в потоке передачи. Стандартный голосовой сигнал DS0 имеет скорость передачи данных 64 кбит/с. [5] [6] Схема TDM работает с гораздо более широкой полосой пропускания сигнала, что позволяет разделить полосу пропускания на временные кадры (временные интервалы) для каждого речевого сигнала, который мультиплексируется в линию передатчиком. Если кадр TDM состоит из n голосовых кадров, полоса пропускания линии равна n *64 кбит/с. [5]
Каждый временной интервал речи в кадре TDM называется каналом. В европейских системах стандартные кадры TDM содержат 30 цифровых голосовых каналов (E1), а в американских системах (T1) — 24 канала. Оба стандарта также содержат дополнительные биты (или временные интервалы) для битов сигнализации и синхронизации. [5]
Мультиплексирование более 24 или 30 цифровых голосовых каналов называется мультиплексированием более высокого порядка . Мультиплексирование более высокого порядка осуществляется путем мультиплексирования стандартных кадров TDM. Например, европейский 120-канальный кадр TDM формируется путем мультиплексирования четырех стандартных 30-канальных кадров TDM. В каждом мультиплексе более высокого порядка объединяются четыре кадра TDM из непосредственного более низкого порядка, создавая мультиплексы с пропускной способностью 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 создала большее количество каналов за счет мультиплексирования стандартных европейских 30-канальных кадров TDM. Это решение работало какое-то время; однако PDH имел несколько присущих ему недостатков, которые в конечном итоге привели к развитию синхронной цифровой иерархии (SDH). Требования, которые привели к развитию SDH, были следующими: [5] [6]
SDH стал основным протоколом передачи данных в большинстве сетей PSTN. Он был разработан для мультиплексирования потоков со скоростью 1,544 Мбит/с и выше для создания более крупных кадров SDH, известных как синхронные транспортные модули (STM). Кадр STM-1 состоит из более мелких потоков, которые мультиплексируются для создания кадра со скоростью 155,52 Мбит/с. SDH также может мультиплексировать пакеты на основе пакетов, 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 требовании пункта, перечисленном выше. [5] Наиболее распространенными функциями сети SDH являются следующие:
Функции сети SDH подключаются с помощью высокоскоростного оптоволокна. Оптическое волокно использует световые импульсы для передачи данных и поэтому работает очень быстро. В современной передаче по оптоволокну используется мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), при котором сигналы, передаваемые по волокну, передаются на разных длинах волн, создавая дополнительные каналы для передачи. Это увеличивает скорость и пропускную способность канала, 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 как адрес терминала, так и сами данные передаются вместе для лучшей маршрутизации. Использование STDM позволяет разделить полосу пропускания на одну линию. Многие колледжи и корпоративные кампусы используют этот тип TDM для распределения полосы пропускания.
На 10-Мбитной линии, входящей в сеть, можно использовать STDM для обеспечения 178 терминалов выделенным соединением 56k (178 * 56k = 9,96Mb). Однако более распространенным использованием является предоставление полосы пропускания только тогда, когда она необходима. STDM не резервирует временной интервал для каждого терминала, а назначает интервал, когда терминалу требуются данные для отправки или получения.
В своей основной форме TDM используется для связи в канальном режиме с фиксированным количеством 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 заранее распределяются по каналам, а не планируются попакетно.
В динамическом TDMA алгоритм планирования динамически резервирует переменное количество временных интервалов в каждом кадре для потоков данных с переменной скоростью передачи данных в зависимости от потребности в трафике каждого потока данных. [8] Динамический TDMA используется в:
Асинхронное мультиплексирование с временным разделением (ATDM) [7] представляет собой альтернативную номенклатуру, в которой STDM обозначает синхронное мультиплексирование с временным разделением, более старый метод, в котором используются фиксированные временные интервалы.
Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 года. (в поддержку MIL-STD-188 ).