Elimizdeki ortamların daha etkin kullanılmasını isteriz

Transkript

1 Çoğullama

2 Çoğullamaya Giriş Neden çoğullama yapılır? Elimizdeki ortamların daha etkin kullanılmasını isteriz Çoğullama işlemindeki temel faktörler Yüksek kapasiteli bir hatta, tek bir kullanıcı hattın band genişliğinin küçük bir kısmını kullanacaktır. Kapasitenin büyük bir kısmı boşa harcanır. Birden çok kullanıcının, aynı kanalı kullanması, kullanıcı başına düşen maliyeti azaltacaktır. Çoğullama ile birden çok gönderici-alıcı çifti, kendilerine özel sanal bir fiziksel kanala sahip olacaklardır Yüksek veri hızlı sistemler kurmak, maliyet açısından daha verimlidir Band genişliğini büyütmek için birbiri ile uyumlu birçok cihaz gereklidir Çoğullamada iki temel yöntem Frekans Bölmeli Çoğullama Zaman Bölmeli Çoğullama Senkron TDM İstatistiksel TDM

3 Genel çoğullanmış bir iletim hattı

4 Frekans Bölmeli Çoğullama Mevcut band genişliği parçalara ayrılır ve her bir parça bir işarete ayrılır. FDM kullanımı ne zaman tercih edilir? İşaretler analog ise Ortamın mevcut band genişliği, bir kanalın band genişliğinden fazla ise Her bir işaret farklı bir taşıyıcı frekansı ile modüle edilir Taşıyıcı frekanslar farklı olduğu için işarette örtüşme olmaz (koruma bandı olmalıdır) İletim olmasa dahi kanal ayrılmıştır Örneğin: Radyo & televizyon, Analog Trunk hatları

5 Frekans Bölmeli Çoğullama Diyagramı

6 Genel FDM Sistemi

7 Üç Konuşma Bandı İşaretinin frekansta çoğullanması

8 Analog Taşıyıcı Sistemleri Uzun mesafeli eski taşıyıcı sistemlerinde ses bandı işaretlerini taşımak için kullanılır Yaygın olarak eski Bell Sistemlerinde kullanılır (AT&T) benzerdir, fakat uluslar arası kullanımda hiyerarşi bir miktar farklıdır FDM hiyerarşisi 12 kanal grubu 12 ses kanalı (herbiri 4kHz) = 48kHz Aralığı 60kHz den 108kHz e Süpergrup 60 ses kanalı Herbiri 12 kanal grubu taşıyan 48KHz band genişlikli işaretin FDM yapılmasıyla elde edilir khz arasında 5 kanalın oluşturduğu grup Master grup 10 süper grup (600 kanal) Jumbo grup (6 master grup 3600 kanal)

9 Bell sistem FDM hiyerarşisi

10 Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama (WDM) FDM ile aynıdır, ancak WDM optik haberleşmede tercih edilen bir isimdir. Optik sistemlerde, farklı renklerlerdeki (dalga boyları) optik ışınlar aynı fiber kablo üzerinde taşınabilir. WDM sistemleri FDM sistemleri ile genel olarak benzer özelliklere sahiptir Laserler, farklı dalgaboylarında ışık üretirler Birleştiriciler/çoğullayıcılar kaynak işaretlerini fiber kablo üzerinde birleştirilirler Optik yükselteçler, tüm dalgaboylarını aynı şekilde yükseltirler Demultiplexer/Bölücüler varış noktasında dalgaboylarını ayırır

11

12 İlk denemeler 1997 Bell sistem tarfından yapıldı 100 ışın Her biri 10 Gbps Tek bir fiber üzerinde,toplam 1 Terabit / saniye(tbps) Günümüzde, herbiri 10 Gbps lik 160 kanal taşıyabilen, ticari sistemler mevcuttur. Deneysel sistemler daha da ileri gitmiştir. Alcatel herbiri 39.8 Gbps lik veri taşıyan 259 kanalı (10.1 Tbps) 100 km mesafede taşıyabilen bir sistemin denemesini gerçekleştirdi. Ticari sistemler genellikle 1550nm dalgaboyunu kullanırlar (~ THz) her kanal için 50GHz lik boşluk mevcuttur (kanal başına ~.4nm) ITU.T WDM kanal aralığı (G.692) standardı 80 adet 50GHz kanal atanmasını göstermektedir. Yoğun WDM (Dense -DWDM) Resmi bir standart yada tanımlama yoktur. (Nortel) WDM e göre daha dar aralıklı daha fazla sayıda kanal içermektedir.

13 Senkron Zaman Bölmeli Çoğullama (TDM) Ortamın veri hızı kapasitesi, iletilecek sayısal işaretin veri hızını aşar Birden fazla sayısal işaret zamanda ayrıştırılır. Ayrıştırma işlemi bit seviyesinde veya blok/çerçeve seviyesinde yapılabilir Her bir kanala, küçük zaman dilimleri ayrılır, ve peryodik olarak kaynaklar arasında geçiş sağlanır Zaman dilimleri kaynaklara önceden atanmıştır ve sabittir Veri iletilmese bile zaman dilimleri kaynağa tahsis edilir Zaman dilimlerinin süreleri, bütün kaynaklar için aynıdır ve aynı miktarda veri taşırlar Zaman dilimleri atanan her bir kaynak işareti kanal olarak isimlendirilir.

14 Zaman Bölmeli Çoğullama

15 Genel TDM Sistemi

16 TDM Hat Kontrolü Başlık ve sonlandırma bilgileri yok; sadece çerçeve bitleri var Veri bağlantı kontrol protokollerine ihtiyaç yoktur (sabit hız) TDM ortama erişim için kullanılan bir yoldur. Burada gönderici alıcı çifti yalnızca kendilerine ait bir fiziksel kanal görürler. Senkron TDM de akış kontrolü Çoğullanmış hattın veri hızı sabittir Eğer alıcı kanallardan biri veri alamıyorsa, diğerleri devam etmelidir Karşılık düşen kaynaklar veri akışını durdurmalıdır. Bu boş zaman dilimleri oluşturur. Hata kontrolü Hatalar, herbir kanala ilişkin sistemlerde algılanır ve işlenir. Akış ve Hata kontrolü kanal bazında örneğin HDLC gibi bir veri bağlantı kontrol protokolü ile yapılır. Çoğullama ve ters çoğullama kanallara görünmez.

17 TDM de Data Link Kontrolü

18 Çerçeveleme TDM çervelerinde bayrak veya SYNC karakteri yoktur Çoğullayıcılar arasında senkronizasyonu sağlayacak mekanizmalar olmalıdır Ortak yöntem, çerçeveye bir bilgi eklemekdir DS1 de herbir TDM çerçevesine bir kontrol biti eklenir Başka bir kanal gibi gözükür - kontrol kanalı Kontrol kanalında tanımlanabilir bit dizisi kullanılır örneğin değişimli veri kanalına benzemez Herbir kanaldaki gelen bit dizisi ile sync paterni karşılaştırılabilir Alıcı paterni kaçırırsa arama moduna girer. E1 ise 8 bitlik bir çerçeveleme kanalı içerir.

19 Darbe araya sokma Problem: veri kaynaklarını aynı hızlara getirmek Kaynakların saatlerinde farklılık olabilir, buda farklı veri hızlarına neden olur Farklı kaynakların veri hızları, oransal olmayabilir Çözüm: darbe araya sokmaktır Çıkış veri hızı gelen hızda daha yüksektir Her bir gelen işarete fazladan, yerel saat frekansına eşit oluncaya kadar boş bitler yada darbeler eklenir Darbeler çerçevede belirlenmiş sabit yerlere eklenir, böylece alıcıda, demultiplexer onları ayırabilir.

20 Çeşitli Analog & Sayısal Kaynakların Darbe araya sokma ile TDM iletimi

21 Sayısal Taşıyıcı Sistemleri TDM hiyerarşisi, telekomünikasyon ağlarında FDM in yerini doldurmak için geliştirilmiştir. Dünya üzerinde iki temel TDM hiyerarşisi kullanılmaktadır USA/Kanada/Japonya (Bell TDM hiyeraşisi) ITU.T (E1 formatına dayanır) Bell TDM hiyerarşisi DS-1 (T1) formatına dayanır 24 adet 64-kbps kanal Her bir çerçeve her bir kanal başına 8 bitlik paket taşır. Ek olarak her çerçevede bir tane framing biti vardır (çerçeve başına toplam 193 bit) Her çerçeve 125 us sürer. Saniyede 8000 çerçeve

22 Sayısal Taşıyıcı Sistemleri(2) Her kanal ses için sayısallaştırılmış verinin bir kelimesini taşır (PCM, saniyede 8000 örnek) Veri hızı 8000x193 = 1.544Mbps Altı frame in beşi 8 bit PCM örneğine sahiptir Altıncı frame 7 bit PCM kelimesi ve ek olarak bir işaretleşme biti içerir İşaretleşme biti her bir kanal için kontrol ve yönlendirme bilgisini oluşturur (örneğin: çağrı bağlama veya sonlandırma). Aynı yapı sayısal veri için aşağıdaki gibi kullanılır 23 veri kanalı Veri 7 bitliktir. Veri veya sistem kontrolü için her bir kanalın 7 bitine ek olarak bir tane indicator biti Toplam veri hızı kanal başına 7*8 =56 Kbps olur. 24. kanal sync kanalı olarak kullanılır.

23 Karışık Ses & Veri kullanımı DS-1 (T1) karışık ses ve veri işaretlerini taşıyabilir 24 kanal kullanılır Sync byte ı kullanmaz Daha Yüksek seviyede çoğullama Birden fazla sayıda DS-1, çoğullanır. DS-2, 4 ader DS-1 çoğullanarak elde edilir veri hızı Mbps dır Mbps x 4 = Mbps Geri kalan bit sayısı, çerçeveleme ve kontrol için kullanılır. DS-3, 7 adet DS-2 çoğullanarak elde edilir. Veri hızı Mbps dir Yüksek veri hızlı devrelerde en genel kullanılan DS-3 tür.

24 Primary-Rate ISDN (PRI) Çok kullanılan Noktadan-Noktaya çoğullanmış sayısal devredir ISDN-PRI nin iki çeşiti vardır 1.544Mbps US tabanlı DS-1 23 B ye ek olarak bir 64-kbps D kanalı AMI, B8ZS kullanarak hat kodlamadır 2.048Mbps Avrupa standardları tabanlı (E-1) 30 B ye ek olarak bir 64-kbps D kanalı AMI, HDB3 kullanarak yapılan hat kodlamasıdır

25 ISDN-PRI Çerçeve Formatı

26

27 SONET/SDH (1) Fiber optik kablolamayla beraber daha yüksek çoğullama standartlarına ihtiyaç duyuldu. İki yapı mevcuttur Amerikada Senkron Optik Network (Synchronous Optical Network) Optik iletişim arayüzü BellCore tarafından geliştirildi, ANSI tarafından standartlaştırıldı. Senkron Sayısal Hiyerarşi (Synchronous Digital Hiyerarchy) ITU-T nin geliştirdiği SONET karşılığı uluslararası standarddır (G.707) Bazı farklılıklar olmasına rağmen, SONET ve SDH beraber çalışabilir Yine daha eski T-taşıyıcı ve E-taşıyıcı çoğullama hiyerarşileri ile çalışabilirler

28 SONET/SDH (2) İşaret Hiyerarşisi Senkron Taşıma İşaret seviyesi 1 (STS-1) veya Optik Taşıyıcı seviyesi 1 (OC-1) dir Temel STS-1 formatında hat hızı 51.84Mbps dir DS-3 taşıyıcısı veya daha düşük hızlı işaretlerin gruplanmasıyla oluşan (DS1, DS1C, DS2) e ek olarak ITU-T hızları (örneğin 2.048Mbps) taşıyabilir Birden fazla STS-1 birleşerek STS-N işareti oluşturur OC Mbps veri hızı, yük, Mbps kullanıcı verisi taşıyabilir OC Mbps veri hızına sahiptir. ITU-T en düşük hız Mbps dir. STM-1 olarak isimlendirilir ve STS-3 seviyesine eşdeğerdir. Şu andaki en yüksek hız OC-768/STM-256, dır ancak daha yüksek hızlara genişletilebilir (OC-1536/STM-512)

29 SONET sistemi Hepsi fiber optikle bağlı Anahtarlar, çoğullayıcılar tekrarlayıcılar içerir Kaynaktan hedef noktasına örnek yol aşağıdaki gibidir. Bir aygıttan diğerine giden kısma bölüm denir (section) İki çoğullayıcı arasındaki kısma (arada tekrarlayıcılar olabilir) hat (line) denir Kaynak ve alıcı arasındaki kısma (arada tekrarlayıcılar ve çoğullayıcılar olabilir) yol (path) denir. Topoloji ağ olabilir, ancak çoğunlukla ikili halkadır.

30 SONET halkaları OC-3c Premise Router Add/Drop Mux Add/Drop Mux SONET Mux DS-3 DS-1 OC-3 Add/Drop Mux OC-12 SONET Ring Add/Drop Mux Add/Drop Mux Add/Drop Mux OC-3 Primary OC-3c Backup OC-3c Add/Drop Mux Add/Drop Mux OC-12 SONET Ring Add/Drop Mux Add/Drop Mux PBX OC-3c SONET Mux DS-1 OC-3c Central Router DS-3 PBX Prem ise Router

31 SONET HİYERARŞİSİ

32 SONET çerçeve formatı STS-1 = OC-1 çerçevesi temeldir Her 125 us de 810 octet iletilir. 810 x 8000 çerçeve/s = 6.48 MB/s = Mb/s Her biri 90 oktetlik 9 satır olarak düşünülebilir İlk 3 kolon (27 octet) başlıktır 27 nin 9 u bölümle ilgili başlıktır Her bir bölümün başına üretilir, sonunda kontrol edilir 27 nin 18 i hatta ilişkin başlıklardır Her bir hattın başına üretilir, sonunda kontrol edilir Geri kalanı ise veri yüküdür 9 x 87 = 783 octet Bir kolon yol başlığı için kullanılır Yükün herhangi bir yerinde araya girer Yeri hatta ilişkin başlık içerisinde belirtilir Senkron yükün (Örneğin kullanıcı verisinin) başlangıç noktasını gösterir

33 SONET Çerçeve Formatı

34

35 SONET STS-1 Başlık Oktetleri

36

37 SONET de çoğullama Çoğullama Byte bazında yapılır.

38 SONET ve SDH çoğullama oranları

39 SONET/SDH Çoğullama Oranları SONET Optical Carrier Level SONET Frame Format SDH level and Frame Format Payload Line Rate bandwidth [ (kbit/s) 1] (kbit/s) OC-1 STS-1 STM OC-3 STS-3 STM OC-12 STS-12 STM OC-24 STS-24 STM OC-48 STS-48 STM OC-192 STS-192 STM OC-768 STS-768 STM OC-1536 STS-1536 STM OC-3072 STS-3072 STM OC3072 henüz deney aşamasındadır.

40 İstatistiksel TDM Neden Gerekir? Senkron TDM de sabit kanal ataması, pek çok zaman diliminin boşu boşuna harcanmasına neden olur Bağlanan tüm cihazlar, bütün zaman boyunca iletim yapmaz. Karakteristik İstatistiksel TDM isteğe bağlı olarak dinamik zaman dilimi ayırır Genellikle İstatistikse Çoğullama olarak isimlendirilir. Çoğullayıcılar, giriş hatlarını tarayarak, çerçeve tamponu dolana kadar veri toplarlar Gönderilecek bir veri varsa, boş zaman dilimleri bırakmaz Çoğullayıcı hattındaki veri hızı, giriş hatlarının potansiyel veri hızından düşüktür İstatistiksel çoğullayıcı n adet giriş hattına sahiptir. Ancak yalnızca k adet zaman dilimi vardır (k<n) Burada, dağıtıcıya ulaşan veri, belirli değildir Adresleme veri kaynağını tanımlamak için gereklidir Adresleme nenediyle, senkron TDM e göre daha fazlık başlık kullanır. İstatistiksel TDM, çerçeve yapısı performans açısından önemlidir. Genel olarak, İstatistiksel TDM, HDLC gibi bir senkron protokol kullanır

41 İstatistiksel TDM çerçeve Yapısı

42

43 İstatistiksel TDM Performansı Çıkış veri hızı, toplam maksimum giriş veri hızından düşüktür Tepe iletim periyodları problemler oluşabilir Giriş verisini çoğullanıncaya kadar tutmak için tampon kullanılır Tampon büyüklüğü ile hat veri hızı arasında seçim yapmak Buffer büyüklüğünü minimum tutarsak gecikmeler azalır Taşma olma olasılığı artar İstatistiksel çoğullayıcıların performansı için kuyruk terorisi kullanılır.

44 Buffer Büyüklüğü ve Gecikme