Nets2010 (1131259), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Динамические схемы распределения слотов также применяются на спутниковых системах. Одна из них, предложенная Биндером в 1975 году, применяется, когда число станций не превышает число слотов. В этом случае за каждой станцией закрепляется свой слот. Если станции нечего передавать, она шлет сигнал ожидания в этом слоте, и все знают, что в следующем кадре этот слот можно занять по схеме ALOHA. Когда станция захочет вернуть свой слот, она просто шлет свой кадр, вызывая коллизию. Тогда в следующем кадре этот слот уже никто не занимает и он возвращается владельцу.
Другая схема не накладывает никаких ограничений на соотношение числа станций и числа слотов. Станции конкурируют за слоты по схеме «Слотированная ALOHA». Если захват слота прошел успешно, то этот слот закрепляется за станцией и в следующем кадре, до тех пор пока она сама не освободит его.
В третьей схеме последний слот в каждом кадре разбивается на мелкие слоты состязаний. Станции, желающие передавать в следующем кадре, должны отметить свой подслот в предыдущем кадре, тогда в следующем им будет выделен свой слот.
Несмотря на разнообразие и широкое применение, техника TDM имеет общие недостатки: необходимость временной синхронизации, наземные станции должны обладать очень высокой скоростью передачи, чтобы уместить максимум данных во временном слоте.
CDMA (Code Division Multiple Access) – множественный доступ на основе разделения кодов
GSM – пример системы, где использована довольно сложная комбинация техник FDM, TDM, ALOHA для беспроводной сотовой связи. В ней ни один из пользователей системы не может использовать всю полосу пропускания, предоставленную системе. Если при этом принять в расчет сужение полосы пропускания из-за проблем на границе сот, падение мощности сигналов от мобильных терминалов в пограничных сотовых зонах, накладных расходов на шифрование в целях безопасности, то становится ясно, что высокую скорость передачи в этой системе получить не просто.
Метод CDMA основан на принципиально иной идеи – каждый участник связи может использовать всю полосу пропускания канала. У каждого свой уникальный «язык», поэтому все могут говорить сразу. Понимать друг друга будут только те, кто говорит на одном языке.
В CDMA-системе каждый бит сообщения кодируется последовательностью из m частиц. Бит со значением 0 передается инвертированной последовательностью частиц, бит 1 – прямой. Каждой мобильной станции присваивается уникальный код – последовательность частиц.
Ясно, что такая техника возможна, только если при увеличении объема передаваемой информации будет пропорционально увеличиваться ширина полосы пропускания. При использовании техники FDM канал 1 МГц может быть разделен на 100 подканалов по 10 кГц каждый. Таким образом, мы сможем осуществлять передачу по таким подканалам со скоростью 10 кбит/сек. (1 бит на 1 Гц). В случае CDMA каждый может использовать всю полосу, т.е. 1 МГц. Если мы будем использовать 10-разрядные последовательности частиц (что предполагает 210 разных последовательностей), то сможем передавать данные со скоростью 100 кбит/сек.
Кроме этого, поскольку каждая станция имеет уникальную последовательность частиц, то не требуется дополнительного шифрования. Отсюда ясно преимущество CDMA по отношению к TDM- и FDM-техникам.
Идея уникальности последовательности частиц для каждой станции основана на ортогональных кодах. Суть этих кодов состоит в следующем: если обозначить последовательности частиц для станции S как S, а для станции T - T, то 
Метод ортогональных последовательностей
Как получатель узнает последовательность частиц отправителя? Например, за счет соответствующего быстродействия он может слышать всех, обрабатывая алгоритмом декодирования для каждой последовательности в параллель. На практике поступают несколько иначе. Однако мы не будем здесь заниматься этим вопросом.
19. Телефонные сети: структура, проблема локальной петли(последняя миля). Технологии xDSL.
Структура телефонной сети.
Структура современной телефонной сети весьма избыточная и многоуровневая. На рисунке 2-31 показана структура телефонной сети России. На этом рисунке используются следующие обозначения: АКТС - автоматическая коммутируемая телефонная сеть; ТФОП - телефоны общего пользования.
Если мы посмотрим на структуру телефонного номера на рисунке 2-32, то увидим четыре компонента: код страны, код региона в стране, затем код района или города в регионе и только потом номер абонента. В отдельных случаях крупным городам, например таким, как Москва, Санкт-Петербург присваивается код, как отдельному региону. В этом случае k1k2k3 - это код района в таком крупном городе.
Рисунок 2-31. Телефонная сеть России
Рисунок 2-32. Структура телефонного номера
| 10 x1x2 код страны | 8 m1m2m3 код региона | k1k2k3 код города/района | n1n2n3n4 номер абонента |
Каждый абонент соединен двумя витыми парами с ближайшей местной телефонной станцией (ТС), это соединение называют локальным соединением, абонентской линией или последней милей. В России протяженность локального соединения колеблется от сотен метров до 6-8 км. В городе оно короче, в сельской местности длиннее.
Местная ТС соединена в крупных городах с районной ТС либо городской ТС. Районные и городские ТС соединены с региональными или междугородными ТС, и т.д. в соответствии со структурой телефонного номера, изображенной на рисунке 2-32.
Если абонент звонит другому абоненту, который подключен к той же местной ТС, что и звонящий, то коммутаторы этой ТС соединяют абонентов напрямую. Каждая местная ТС соединена с ТС следующего уровня: районными или городскими ТС и междугородними ТС. Если абонент звонит абоненту, телефон которого подключен к другой местной ТС, то местная ТС звонящего соединяется с надлежащей ТС вышележащего уровня, которая устанавливает соединение с местной ТС, того кому звонят. В результате создается прямое соединение между абонентами. ТС соединяются между собой магистральными линиями.
В дальнейшем телефонные станции любого уровня мы будем просто называть узлами коммутации. Соединения между узлами коммутации должны обладать большой пропускной способностью, чтобы по ним можно было передавать одновременно несколько разговоров. Пропускная способность местной линии должна быть достаточной для одного телефонного разговора. Для абонентских линий чаще всего применяли и применяют витую пару. Для магистралей между узлами коммутации используют коаксиальные кабели, оптоволокно и радиорелейные линии на микроволнах.
В прошлом телефонная система на всех уровнях была аналоговая, т.е. по проводам передавали колебания по напряжению в соответствии с акустическими колебаниями, принимаемыми на мембране микрофона. С появлением цифровых методов передачи аналоговая техника стала вытесняться, и на сегодня аналоговыми остались только абонентские линии.
Итак, современная телефонная сеть состоит из:
-
абонентской линии - локального соединения или последней мили (соединение «клиент - местная ТС»)
-
станций коммутации (ТС)
-
магистралей - оптоволоконных или микроволновых (соединение ТС-ТС)
Локальное соединение.
Локальное соединение, или абонентская линия связывает абонента с ближайшим узлом коммутации. Это соединение также называют последней милей. На рисунке 2-34 показана организация локального соединения. Как видно из рисунка, при передаче данных приходится преобразовывать данные четыре раза из цифровой формы в аналоговую и обратно. Несмотря на то, что между узлами коммутации передача осуществляется в цифровой форме, в локальном соединении она пока аналоговая.
Рисунок 2-34. Передача цифровых данных по телефонной сети
При передаче аналогового сигнала есть три источника искажений:
-
затухание
-
искажение формы
-
шум
Затухание возникает в любой среде из-за потери энергии сигнала при его распространении. При передаче по медному проводу затухание достигает нескольких дБ на километр. Затухание также зависит от частоты передаваемого сигнала. Как мы уже отмечали, промежуточное усиление может помочь лишь частично. Усилитель не может полностью восстановить исходную форму сигнала.
Искажения формы происходят также из-за разницы в скорости распространения сигналов разной частоты. Поскольку каждый сигнал есть комбинация гармоник разной частоты, а гармоники разной частоты распространяются с разной скоростью, то гармоники одного сигнала могут накладываться на гармоники предыдущего и вызывать искажения исходной формы передаваемого сигнала.
Шум возникает вследствие посторонних источников энергии. Одним из таких источников является тепловой шум. Он неизбежен. Другими источниками могут быть атмосферные явления, соседние линии и т.п.
Из-за вышерассмотренных искажений сигнала желательно использовать при передаче как можно меньше гармоник. Однако скачкообразная форма цифрового сигнала как раз требует большого числа гармоник при передаче, чтобы как можно точнее воспроизвести форму сигнала, что требует от канала в свою очередь широкой полосы пропускания.
Решение проблемы лежит в использовании несущей частоты в сочетании с разными способами модуляции сигнала.
Устройство, которое преобразует поток битов в модулированный сигнал и обратно, называется модем. Чтобы увеличить скорость передачи, недостаточно увеличивать частоту несущей волны. Надо увеличивать число бит на осцилляцию, т.е. изменение уровня сигнала. Для соединения оба модема должны поддерживать одну и ту же схему модуляции.
В модем также встраивают средства для контроля и коррекции ошибок, которые используют специальные способы кодирования, мы их рассмотрим в главе 3. Самый простой из таких способов - добавление бита четности. В сочетании с кодами, исправляющими ошибку, в модемах используют алгоритмы сжатия. Например, широко распространенный алгоритм MNP 5 убирает из потока повторяющиеся байты.
Другой важной проблемой при использовании телефонной линии является эхо. Причина этого явления проста - когда сигнал достигает приемника, часть его энергии отражается и возвращается к передатчику. При небольших расстояниях между приемником и передатчиком это практически незаметно. Когда расстояние велико, задержка между сигналом и эхом становится значительной. При телефонном разговоре вы наверняка сталкивались с эффектом эхо.
На рисунке 2-36 показана схема подавления эха. Недостаток этой схемы состоит в том, что она не позволяет использовать полный дуплекс. Есть другое решение: устройство периодически измеряет величину эха и удаляет его из обратно получаемого сигнала. Здесь не требуется релейных устройств, а связь становиться полнодуплексной.
Рисунок 2-36. Схема подавления эха
Проблема «последней мили».
По мере развития сетевых услуг - информационное обслуживание, образование, видео по заказу и т.д. - росла потребность доступа в сеть среди индивидуальных абонентов. Пропускной способности 3 КГц обычной телефонной абонентской линии стало недостаточно. Возникла проблема, как обеспечить частные квартиры и дома линиями связи надлежащей пропускной способности, - так называемая «проблема последней мили».
Работы по решению этой проблемы велись в 4-х направлениях. Первое направление, достаточно «прямолинейное», было связано с подведением оптоволокна прямо в квартиру. Это направление называется FTTH (Fiber To The Home). Такое решение обеспечивало огромную пропускную способность, какую вряд ли индивидуальный пользователь сможет в полной мере использовать в ближайшее время. Стоимость его была под стать пропускной способности. Поэтому это решение имело смысл для крупных фирм, а не индивидуальных абонентов.
Второе направление было связано со стремлением сократить длину локального соединения до минимума. По имеющимся данным, в городских телефонных сетях России средняя длина абонентской линии составляет 1280 м (коэффициент вариации 0.59), ни одна абонентская линия ни в городе, ни в сельской местности не превышает 5 км. Было предложено подтянуть оптоволокно от местного узла коммутации до опорного шкафа развязки внутри микрорайона, а далее возможны были два варианта. От опорного шкафа использовать обычную витую пару с технологией HDSL из семейства xDSL, либо использовать коаксиальные кабели сети кабельного телевидения (это решение получило название Hybrid Fiber Coac – HFC).
Коаксиальный кабель в сочетании с оптоволокном обеспечивает одновременную передачу 40-50 аналоговых каналов, в том числе радиовещание, телевизионные передачи, телетекст. При использовании ADSL – асимметричной DSL-технологии (о которой речь пойдет чуть ниже), обеспечивающей интерактивность, добавляются видео по заказу, игры, доступ в Интернет.
Третий вариант решения – это использовать беспроводные технологии (WLL – Wireless Local Loop). Доступный для них диапазон частот сильно ограничен международными соглашениями. Скорости передачи данных уступают проводным технологиям.
Четвертый вариант решения – это использовать стандарты серии xDSL.
В таблице 2-39 собраны краткие характеристики этих 4-х направлений решения проблемы последней мили.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
