Технология_TDM_Time_Division_Multiplexing_–_метод_временного_уплотнения

1. Технология TDM (Time Division Multiplexing) – метод временного уплотнения. Технология WDM – системы спектрального уплотнения

2. Time Division Multiplexing (TDM) — метод, при котором несколько сигналов передаются по одному

Time Division Multiplexing (TDM) —
метод, при котором несколько сигналов передаются по одному
физическому каналу, используя временные интервалы.
Ключевая идея:
Каждый канал получает фиксированный временной слот в
циклически повторяющейся раме.
Математическая модель:
Если имеется N каналов, а длительность цикла T, то слот каждого
канала:
tслот ​=NT
Пример: 4 канала по 64 кбит/с → общий канал 256 кбит/с.

3. Принцип работы Время передачи разделено на несколько временных интервалов (таймслотов) фиксированной длины, отдельные для

каждого канала. Например: некоторый
блок данных или подканал 1 передаётся в течение временного интервала 1,
подканал 2 — во временной интервал 2 и т. д..
Особенности TDM:
- Каждый сигнал занимает свой собственный временной слот в общем канале,
что позволяет одновременно передавать множество сигналов без взаимного
влияния и помех.
- Один фрейм TDM состоит из одного временного интервала, выделенного
одному определённому подканалу. После передачи фрейма последнего из
подканалов происходит передача фрейма первого подканала и т. д. по порядку.
- Сети, использующие TDM, требуют синхронной работы всего оборудования,
что и определило второе название этой техники — синхронный режим
передач (STM). Нарушение синхронности разрушает требуемую коммутацию
абонентов, так как при этом теряется адресная информация.

4. Принцип временного уплотнения (TDM — Time Division Multiplexing) заключается в том, что каналы распределяются по времени:

Принцип временного уплотнения (TDM — Time Division Multiplexing) заключается в
том, что каналы распределяются по времени: каждый передатчик транслирует сигнал на
одной и той же частоте, но в различные промежутки времени (как правило, циклически
повторяющиеся).
Некоторые особенности принципа:
Динамическое перераспределение временных интервалов между устройствами сети.
Устройствам с большим трафиком назначаются более длительные интервалы, чем
устройствам с меньшим объёмом трафика.
Строгие требования к синхронизации процесса передачи.
Возможность передачи по линии связи каналов, разнородных по типу передаваемых
данных.
Различные способы распределения выделенных промежутков времени. Они могут
быть постоянно закреплены за определёнными приложениями или выделяться по
требованию (DAMA — Demand Assignment Multiple Access).
Возможность изменять продолжительность выделенных временных промежутков или
полностью их исключить. В последнем случае данные передаются в виде отдельных
пакетов, каждый из которых включает адрес источника и отправителя (статистическое
мультиплексирование).
Основной недостаток систем с временным уплотнением — мгновенная потеря
информации при срыве синхронизации в канале, например из-за сильных помех.

5. Структура TDM-рамы Типовая рама включает: Служебные биты (синхронизация, управление). Слоты данных (по одному на канал).

Структура TDM-рамы
Типовая рама включает:
Служебные биты (синхронизация, управление).
Слоты данных (по одному на канал).
Биты контроля ошибок (например, CRC).
Формат E1 (стандартный TDM-поток):
- 32 канала: 30 голосовых + 1 сигнальный + 1 синхросигнал.
- Скорость: 2,048 Мбит/с.
- Длительность рамы: 125 мкс.

6. Иерархия TDM-стандартов Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH): E1, E2, E3, E4.

Иерархия TDM-стандартов
Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH): E1, E2, E3, E4.
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)/SONET: STM1 (155,52 Мбит/с), STM-4, STM-16 и т. д.
Особенности SDH/SONET:
- Точная синхронизация.
- Встроенные механизмы защиты (кольцевые топологии).
- Масштабируемость.

7. Применение TDM - Телефония (традиционные сети PSTN). - Корпоративные сети (выделенные каналы). -

Применение TDM
- Телефония (традиционные сети PSTN).
- Корпоративные сети (выделенные каналы).
- Транспортный уровень мобильных сетей (2G/3G).
Ограничения TDM:
- Фиксированная пропускная способность.
- Неэффективность для пакетных данных.
- Высокая стоимость оборудования.

8. Wavelength Division Multiplexing (WDM) —

Wavelength Division Multiplexing (WDM) —
метод, использующий разные длины волн света для передачи
нескольких сигналов по одному оптическому волокну.
Физическая основа:
Оптическое волокно пропускает свет в диапазоне
1260–1625 нм. Разные каналы работают на разных λ.
Формула пропускной способности:
C=N⋅B,
где N — число каналов, B — полоса каждого канала.

9. WDM (Wavelength Division Multiplexing) — технология мультиплексирования с разделением по длине волны (спектральное уплотнение

WDM (Wavelength Division Multiplexing) —
технология мультиплексирования с разделением по длине
волны (спектральное уплотнение каналов). Позволяет
одновременно передавать несколько информационных каналов по
одному оптическому волокну на разных несущих частотах.
Ключевая задача — увеличение объёма передаваемой информации.
WDM позволяет использовать уже проложенные волоконнооптические линии, что исключает необходимость прокладки новых
линий.

10. Принцип работы В трансиверах устанавливаются транспондеры, которые выдают сигнал с заданной длиной волны.

Мультиплексор объединяет все полученные сигналы в единый световой
поток для передачи по волокну.
На приёмной стороне процесс происходит в обратном порядке: принятый
сигнал разделяется на отдельные каналы с помощью демультиплексора.
Существует два способа WDM:
Однонаправленный — все оптические сигналы передаются одновременно в
одном направлении по одному волокну.
Двунаправленный — оптический путь передаётся в двух разных
направлениях по одному волокну одновременно, а используемые длины волн
отделены друг от друга для обеспечения полнодуплексной связи между двумя
сторонами.

11. Классификация WDM-систем CWDM (Coarse WDM): - Шаг между каналами: 20 нм. - Диапазон: 1270–1610 нм. - До 18 каналов. -

Классификация WDM-систем
CWDM (Coarse WDM):
- Шаг между каналами: 20 нм.
- Диапазон: 1270–1610 нм.
- До 18 каналов.
- Низкая стоимость (неохлаждаемые лазеры).
DWDM (Dense WDM):
- Шаг: 0,4–1,6 нм (50–200 ГГц).
- До 160 каналов.
- Охлаждаемые лазеры, высокая точность.
- Дальность: до 1000 км (с усилителями).
HDWDM (High-Density WDM):
- Шаг < 0,4 нм.
- Экспериментальные системы (до 500 каналов)

12. Ключевые компоненты WDM Мультиплексор (MUX) — объединяет сигналы разных λ. Демультиплексор (DEMUX) — разделяет сигналы.

Ключевые компоненты WDM
Мультиплексор (MUX) — объединяет сигналы разных λ.
Демультиплексор (DEMUX) — разделяет сигналы.
Оптические усилители (EDFA) — компенсируют потери.
Фильтры — выделяют нужные длины волн.
Компенсаторы дисперсии — корректируют искажения.
Топологии WDM-сетей
Точка-точка (простейшая схема).
Кольцо (защита по схеме 1+1).
Сетка (полностью соединённые узлы).
Применение WDM
- Магистральные сети (межгород, трансграничные).
- Сети доступа (FTTH с WDM-PON).
- Дата-центры (межстоечное соединение).
- Кабельное ТВ (передача видеопотоков).

13. Преимущества WDM: - Экспоненциальный рост ёмкости. - Совместимость с существующим волокном. -

Преимущества WDM:
- Экспоненциальный рост ёмкости.
- Совместимость с существующим волокном.
- Гибкость (добавление/удаление каналов).
Недостатки WDM:
- Высокая стоимость оборудования.
- Сложность настройки.
- Чувствительность к нелинейным эффектам.

14. Сравнительный анализ TDM и WDM

Сравнительный анализ TDM и WDM
Критерий
TDM
WDM
Среда передачи
Медь/оптика
Оптика
Принцип разделения
Временные слоты
Длины волн
Масштабируемость
Ограничена (иерархия)
Высокая (до 160+ каналов)
Задержка
Фиксированная
Минимальная
Стоимость
Средняя
Высокая
Типичные скорости
До 10 Гбит/с
До 100 Тбит/с
Применение
Голос, выделенные каналы
Данные, видео, магистраль
Выводы:
•TDM — оптимален для гарантированной передачи с фиксированной задержкой (голос, управление).
•WDM — решение для высокоёмких сетей (интернет, видео, облака).