Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)

Передатчик измеряет с некоторым периодом амплитуду исходного аналогового сигнала (дискретизация по времени) и каждому замеру амплитуды сопоставляет двоичное число (дискретизация по амплитуде).

Полученная последовательность единиц и нулей передается по линии связи посредством цифрового кодирования.

Процесс преобразования аналогового сигнала в последовательность чисел называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП).

Приемник преобразует сигналы в последовательность единиц и нулей. Затем порождает последовательность импульсов, соответствующих полярностью и амплитудой замерам исходного сигнала. На основе полученной последовательности импульсов формируется аналоговый сигнал, по форме подобный исходному. Этот процесс называется цифроаналоговым преобразованием (ЦАП).

В методе ИКМ для представления замеров исходного сигнала используются дискретные значения, поэтому сигнал получаемый после ЦАП представляет не точную копию исходного сигнала а его аппроксимацию.

Этот эффект называют шумом квантования (ошибкой квантования).

Теорема Найквиста-Котельникова

Аналоговая непрерывная функция, переданная в виде последовательности ее дискретных значений, может быть восстановлена, если частота дискретизации в два или более раз больше, чем частота самой высокой гармоники спектра исходной функции (теория Найквиста-Котельникова).

В дифференциальной кодово-импульсной модуляции измеряется не амплитуда сигнала, а разность значений амплитуды, для передачи полученного значения используются 5 бит (16 уровней амплитуды).

В дельта-модуляции каждому замеру сопоставляется один бит, указывающий увеличилась или уменьшилась амплитуда сигнала со времени последнего замера.

9. Логическое кодирование используется для обеспечения синхронизации передатчика и приемника и устранения постоянной составляющей. Для построения логических кодов применяются два метода - избыточные коды и скремблирование.

Избыточное кодирование - последовательная замена фиксированных групп бит в исходном потоке данных на группы, имеющие большее количество бит. Замена производится таким образом, что в итоговом потоке бит исключаются длинные последовательности единиц или нулей.

Скремблирование - применение к исходной последовательности битов некоторой функции, результатом которой является последовательность такой же длинны, но исключаются большие последовательности одинаковых символов.

10. Коммутация – передача данных между узлами сети через сеть транзитных узлов.

1. Определение коммутируемых потоков.

Выделение последовательностей данных имеющих общие признаки.

Поток данных - последовательность данных, имеющих общий набор признаков.

Возможные признаки потока: интерфейс узла, порт коммутатора на который передаются данные, адреса источника, адрес получателя, вид передаваемых данных, метки.

Признаки потока бываю двух видов: глобальные и локальные.

Глобальные признаки – определяют поток на протяжении всего пути передачи (адреса источника, адрес получателя, глобальные метки).

Локальные признаки – определяют поток на некотором участке пути (интерфейс узла, порт коммутатора, локальные метки). Значение локальных меток меняются при передачи потока от коммутатора к коммутатору.

Мультиплексирование/Демультиплексирование

Мультиплексирование – агрегирование (объединение) нескольких потоков в один суммарный поток, предназначенный для передачи по физическому каналу связи.

Демультиплексирование – выделение из агрегированного потока составляющих его потоков.

Методы мультиплексирования: частотное разделение, временное разделение, кодовое разделение канала.

Определение маршрутов продвижения потоков

В зависимости от требований к скорости, надежности и задержкам передачи, для различных потоков могут выбираться различные маршруты.

Определение маршрутов может выполняться администратором “вручную” или автоматически с помощью протоколов маршрутизации.

Продвижение потоков

Определение выходного порта и передача потока с входного порта коммутатора на выходной порт.

11. В сетях с Коммутацией каналов между абонентами сети устанавливается непрерывный, возможно составной канал, с фиксированной пропускной способностью, остающейся неизменной в течение всего сеанса связи.

Перед началом передачи данных выполняется процедура установления соединения (процедура организации составного канала).

Составной канал образуется из каналов имеющих одинаковую пропускную способность.

Организация составного канала возможна только в случае наличия необходимой пропускной способности и незанятости вызываемого абонента;

Составной канал монопольно используется абонентами сети для которых он установлен;

Скорость передачи данных между абонентами сети не может превышать пропускной способности составного канала;

Данные в сетях с коммутацией каналов передаются без потерь с задержкой не меняющейся в течении всего сеанса связи;

Преимущества коммутации каналов:

• Гарантированная пропускная способность и следовательно постоянная гарантированная скорость передачи;

• После установления соединения отсутствует необходимость в передаче служебной информации.

Недостатки коммутации каналов:

• Задержка перед началом передачи данных, в следствии
необходимости установки канала;

• Возможность отказа в обслуживании в случае перегрузки линий связи или занятости абонента;

• Невозможность автоматического изменения пропускной способности канала по запросу абонента;

• Неэффективность передачи пульсирующего трафика;

12. В сетях с коммутацией пакетов, поток передаваемых по сети данных преобразуется в последовательность пакетов. Пакет состоит из заголовка и блока данных, заголовок используется для передачи служебной информации.

Каждый пакет является независимой от других пакетов единицей коммутации. Коммутатор, принимая пакет, на основе адреса получателя и таблицы коммутации, определяет дальнейший путь продвижения пакета и передает пакет следующему коммутатору, или на коммуникационный порт узла назначения.

Маршрут продвижения пакетов может задаваться администратором вручную или вычисляться автоматически. Информация о маршрутах фиксируется в таблицах коммутации коммутаторов.

Очередной пакет может передаваться в сеть до получения предыдущего пакета узлом-получателем.

Поскольку каждый пакет является независимой единицей коммутации, пакеты одного потока могут предаваться по различным маршрутам с различными скоростями.

Поскольку различные маршруты могут иметь различную пропускную способность и степень загрузки, пакеты могут быть получены не в том порядке в котором они были отправлены.

В коммутаторах пакетов предусмотрена возможность буферизации (временного хранения) пакетов в оперативной памяти коммутатора.

Буферизация необходима:

a. для определения адреса получателя пакета,

b.для временного хранения пакета в случае если выходной порт коммутатора занят

c. для согласования скоростей работы входного и выходного портов коммутатора.

Совместное использование канала несколькими абонентами сети. Поскольку пульсация трафика отдельных узлов сети имеет случайный характер и пики пульсации обычно не совпадают, то в совместно используемых каналах пульсации трафика сглаживается и суммарный поток обычно имеет равномерный характер;

Возможность динамического распределения пропускной способности каналов в зависимости от потребностей абонента;

Возможность контроля целостности передаваемых данных.

Основные недостатки

• Нет фиксированной пропускной способности.

• Коммутация пакетов не всегда обеспечивают достаточно качественную передачу синхронных данных, поскольку возможны задержки пакетов в очередях перегруженных коммутаторов.

• Возможны потери данных из-за переполнения буферов коммутаторов.

• Возможно изменение порядка получаемых пакетов.

• Часть пропускной способности канала тратится на передачу служебной информации (заголовков пакетов).

13. Мультиплексирование (уплотнение) – объединение нескольких отдельных потоков данных в единый (агрегированный) поток передаваемый по физическому каналу связи.

Частотное мультиплексирование (Frequency Division Multiplexing, TDM) основано на выделении каждому каналу отдельной несущей частоты в полосе пропускания линии связи. Несущая частота выделенная определенному потоку используется для кодирования одним из методов аналоговой модуляции.

Мультиплексирование по длине волны (Wave Division Multiplexing, WDM) также как и частотное мультиплексирование основано на частотном разделении каналов. Главное отличие WDM от FDM – использование света для передачи сигналов.

Временное мультиплексирование (Time Division Multiplexing, TDM) основано на цикличном (поочередном) использовании канала для передачи различных потоков данных. Поочередно для каждого потока на короткий промежуток времени выделяется вся пропускная способность канала.

Множественный доступ с кодовым разделением (Code Division Multiple Access, CDMA) – техника мультиплексирования используемая в беспроводных технологиях, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но различную кодовую модуляцию.