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 соответствии с согласованными правилами. , например, когда каждый передатчик работает по очереди. 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 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. 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 магистральной линии между аналоговыми коммутаторами центрального офиса Bell. Банк каналов на каждом конце линии позволял по одной линии передавать короткие порции, каждые 1/8000 секунды , до 24 голосовых вызовов поочередно . Дискретные сигналы по магистральной линии передавались со скоростью 1,544 Мбит/с, разделенные на8000 отдельных кадров в секунду, каждый из которых состоит из 24 смежных октетов и одного бита кадрирования. Каждый октет кадра по очереди переносил один телефонный звонок. Таким образом, каждый из 24 голосовых вызовов кодировался в два потока с постоянной скоростью передачи данных 64 кбит/с (по одному в каждом направлении) и преобразовывался обратно в обычные аналоговые сигналы с помощью дополнительного оборудования на приемном конце магистральной линии. [3]
Мультиплексирование с временным разделением используется в основном для цифровых сигналов, но может применяться и при аналоговом мультиплексировании , как указано выше, при котором два или более сигналов или битовых потоков передаются одновременно, появляясь как подканалы в одном канале связи, но физически по очереди канал. [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 временном интервале 2 и т. д. Один кадр TDM состоит из одного временного интервала на подканал и обычно является каналом синхронизации, а иногда и одним каналом синхронизации. канал исправления ошибок. После всего этого цикл начинается снова 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 взаимодействовать 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 речевой 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 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) — 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 четыре кадра TDM из непосредственного более низкого порядка объединяются, 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 стимулировали разработку SDH, были следующими: [5] [6]
SDH стал основным протоколом передачи данных в большинстве сетей PSTN. Он был разработан для обеспечения возможности 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 кадров, 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 расширенная 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, с помощью STDM можно обеспечить 178 терминалов выделенным соединением 56k (178 * 56k = 9,96 Мб). 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] — это альтернативная номенклатура, 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 ).