Multiplexare

Multiplexarea , sau multiplexarea în limba engleză , în rețelele de telecomunicații , electronice și computere , este mecanismul sau tehnica de transmisie pentru care mai multe canale de transmisie de intrare împart aceeași capacitate de transmisie disponibilă la ieșire sau prin combinarea mai multor semnale analogice sau fluxuri de date digitale (semnalele afluente menționate) într-un singur semnal (numit multiplex ) transmis în ieșire pe aceeași conexiune fizică.

Istorie

Prima tehnologie de comunicare care a folosit linii electrice a fost cea a telegrafiei și pentru a obține o mai bună exploatare a mijloacelor de transmisie disponibile, primele experimente au fost făcute prin transmiterea mai multor semnale telegrafice pe aceeași linie cu tehnici de multiplexare.

Descriere

Într-o comunicație de date, multiplexarea vă permite să economisiți la cablare (prin reducerea numărului de linii de semnal) și la numărul de componente. De exemplu, în electronică multiplexarea permite procesarea diferitelor semnale analogice printr-un singur convertor analog-digital (ADC) și în telecomunicații către apeluri diferite pentru a fi transmise folosind un singur cablu. De fapt, nu este posibilă implementarea unei rețele de telecomunicații pe scară largă complet plasată , în care fiecare pereche de utilizatori este conectată direct, având în vedere numărul enorm de conexiuni punct-la-punct și, prin urmare, este necesar să ne gândim la mecanisme pentru coexistă pe același cablu de conexiune sau mediu de transmisie plus semnale purtătoare de informații.

Dispozitivul electronic utilizat pentru multiplexare se numește multiplexor .

Ilustrația funcționării unui driver de matrice LED care funcționează prin multiplexare de linie

Simbol electric al unui multiplexor (sau numit și MUX), în timp ce cel care face procesul invers se numește demultiplexor .

Tipuri

Multiplexare deterministă

Multiplexarea deterministă (sau comutarea circuitului ) are loc atunci când o parte din capacitatea totală de transmisie la ieșirea multiplexorului este atribuită stabil fiecărui canal afluent de intrare. Fiecare utilizator are un canal de transmisie dedicat disponibil, cu garanția de a avea întotdeauna disponibilă toată capacitatea alocată fiecărei cereri de servicii.

Alocarea capacității poate fi statică (configurată manual de operatorul de rețea) sau dinamică. În al doilea caz, pentru a stabili un canal de comunicație, este necesară în mod normal o fază de creare sau stabilire a conexiunii , în care resursele de pe conexiuni și pe nodurile rețelei sunt utilizate în calea care conectează cei doi utilizatori. Aceasta este urmată de faza de utilizare a canalului sau finalizarea serviciului solicitat și, la final, o fază de întrerupere a conexiunii, care eliberează resursele alocate anterior.

De exemplu, putem considera o conversație telefonică care utilizează un circuit fix, dedicat unei joncțiuni între centrale: un utilizator formează un număr, iar rețeaua telefonică îl procesează prin alocarea unei serii de circuite destinatarului apelului (crearea sau stabilirea conexiunii); dacă destinatarul răspunde, cei doi pot vorbi folosind canalul; când unul dintre cei doi coboară receptorul, rețeaua eliberează resursele utilizate (reducerea conexiunii).

Un alt exemplu foarte comun se referă la tehnologiile DSL , care permit transmiterea atât a unei comunicații vocale analogice, cât și a unui semnal de date digitale printr-un cablu telefonic.

Capacitatea legăturii poate fi împărțită în circuite cu diferite mecanisme:

divizarea timpului sau TDM ;
divizarea frecvenței sau FDM ;
diviziunea lungimii de undă sauWDM (în comunicațiile optice ), care este o formă de multiplexare prin diviziune de frecvență, în care fiecare canal de transmisie este trimis pe o lungime de undă diferită, iar canalele pot fi agregate sau separate rămânând în domeniul optic, adică fără conversie opto-electrică și electro-optică (cu avantaje în ceea ce privește costul, viteza, simplitatea și, în consecință, fiabilitatea componentelor).
la divizarea codului sau CDM ;

Fiecare conversație consumă resurse în rețeaua care o transportă. Dacă resursele nu sunt disponibile pentru a stabili comunicarea, rețeaua este configurată pentru a respinge cererea.

Orice fracțiune din capacitatea de transmisie neutilizată (de exemplu, pauzele într-o conversație telefonică) se pierde și aceasta este una dintre limitările majore ale comutării circuitului. Printre principalele avantaje, garanția că, dacă apelul este stabilit, acesta se va bucura de performanțele necesare pe toată durata sa ( lățime de bandă , întârziere constantă).

Multiplexare statistică

Multiplexarea statistică (adesea denumită și comutarea pachetelor ) are loc atunci când fluxul de informații este segmentat în „pachete” de lungime arbitrară sau fixă, care sunt marcate cu un preambul și un epilog pentru a permite recunoașterea lor în fluxul de informații. Date și care conține informațiile necesare pentru a defini destinatarul transmisiei.

Întreaga capacitate de transmisie disponibilă este utilizată pentru transmiterea fiecărui pachet. Dacă există mai multe pachete de transmis în același timp, acestea sunt stocate într-o coadă , suferind o întârziere la coadă și riscă să fie aruncate dacă coada rămâne fără memorie.

Majoritatea tehnologiilor statistice de multiplexare nu permit garantarea predictibilității în cazul mesajelor mari. Are mai mult o valoare conceptuală.

Comutarea corectă a pachetelor : mesajul este segmentat în pachete de lungime limitată, care sunt transmise independent. Într-o rețea complexă, este posibil ca pachetele să urmeze căi diferite, să fie pierdute sau livrate din comandă la destinație. Exemple tipice sunt IP și X.25 .
comutarea de bătătură (cadru de comutare): acest termen este sinonim cu comutarea pachetelor, dar este utilizat în referință la straturile de legături de date în tehnologiile din modelul OSI , cum ar fi ethernet .
comutarea celulei : pachetul (numit în acest caz mai corect „celulă”) are o lungime fixă și prestabilită și este umplut cu date inutile ( umplutură ) dacă mesajul de transmis nu este suficient de mare. Dimensiunea fixă a celulei permite optimizări în aparatele de comutare. Exemplul tipic este ATM-ul .
comutare de circuite virtuale : așa cum sugerează și numele, această tehnică vă permite să emulați unele caracteristici ale unei rețele cu comutare de circuit, în timp ce utilizați multiplexarea statistică. Pentru a face acest lucru, înainte de a stabili o comunicație între două computere, trebuie stabilită o conexiune logică (numită circuit virtual) între cele două noduri, definind printre altele calea pe care o vor urma pachetele. Un număr va fi asociat cu această cale pe fiecare legătură, iar comutatoarele vor trebui să asocieze doar un port și un identificator de circuit de ieșire cu acest identificator de circuit. Acest lucru asigură livrarea ordonată a pachetelor și facilitează implementarea funcțiilor de calitate a serviciului . Această caracteristică este specifică rețelelor precum ATM sau Frame Relay .
comutarea etichetelor (etichetarea comutării): această tehnică este utilizată pentru a construi un pachet de rețea mai multe rețele virtuale independente și impermeabile reciproc, de exemplu, pentru a se dedica diferitelor grupuri de lucru dintr-o companie sau diferiților clienți ai unui furnizor. În fiecare pachet se adaugă o etichetă (etichetă) care îl identifică ca aparținând unei anumite rețele virtuale și va fi livrat numai dacă destinatarul aparține aceleiași rețele virtuale. Exemplele includ VLAN-uri prin Ethernet (802.1q) și Multi Protocol Label Switching ( MPLS ), care este un mecanism care creează rețele private virtuale pe tehnologii eterogene, utilizate de obicei de furnizori.

Teoria multiplexării și așteptării

Studiul ambelor sisteme de multiplexare utilizează pe scară largă teoria cozilor. De exemplu:

comutarea circuitului evaluează probabilitatea ca un apel telefonic să nu poată fi servit din cauza grupului de trunchiuri sau a congestiei comutatorului. Serverele sunt liniile disponibile într-un pachet, clienții reprezintă apelurile telefonice, orele de service reprezintă durata apelurilor telefonice.
în comutarea pachetelor, studiem probabilitatea ca un pachet să poată fi pierdut (deoarece coada de transmisie sau coada unui comutator din rețea este plină) și caracteristicile statistice ale întârzierii de așteptare pe care o va experimenta pachetul. Serverele sunt liniile de transmisie, clienții reprezintă pachetele, timpii de service reprezintă cei necesari pentru transmiterea pachetelor.

Comportamentul statistic al cozilor într-o rețea determină calitatea serviciilor sale .

Multiplexare inversă

După cum sugerează și numele, multiplexarea inversă este mecanismul prin care capacitatea mai multor legături este agregată pentru a construi un canal de transmisie de capacitate mai mare. Acest lucru implică în mod normal protocoale pentru distribuirea datelor care urmează să fie transmise pe legăturile disponibile, pentru recompunerea datelor primite pe legăturile agregate în ordinea corectă, pentru gestionarea eșecurilor și returnarea unei părți a legăturilor către serviciu.

Exemple de multiplexare inversă sunt agregarea mai multor legături IEEE 802.3 prin protocolul LACP (802.3ad) sau agregarea legăturilor ATM de viteză mică ( T1 la 1,5 Mbit / s sau E1 la 2 Mbit / s) pentru a obține o legătură mai mare capacitate (6-12 Mbit / s sau 8-16 Mbit / s) Multiplexare inversă peste ATM (IMA).

Multiplexare în protocoale de transport

Protocoalele de transport utilizează serviciul unui protocol de rețea , care transportă pachete de la o gazdă la alta, pentru a realiza comunicații între procesele aplicației .

Este posibil să fie necesară stabilirea mai multor conexiuni de aplicații simultan între gazda solicitantă și orice altă gazdă. Din acest motiv, protocoalele de transport au instrumente de multiplexare și demultiplexare (de obicei implementabile prin porturile de conexiune logică) pentru a specifica cărei conversații aparține un segment și, prin urmare, cărei aplicații ar trebui să le livreze datele primite. A se vedea de exemplu Protocolul de control al transmisiei , Protocolul Datagram de utilizator .

Evident, această multiplexare la nivelul conexiunii logice va corespunde unei multiplexări end-to-end a fluxurilor de informații asociate diferitelor conexiuni dintre gazdele implicate pe același canal fizic la nivelul fizic al rețelei.

Trafic și multiplexare: dimensionare

La planificarea rețelelor din motive de economie și economisirea resurselor rețelei din partea managerului / operatorului, dimensionarea unui multiplexor de ieșire cu mai multe canale fizice de intrare nu ia în considerare traficul de vârf, ci mai degrabă un anumit trafic mediu. Valoarea traficului care trebuie eliminat în ceea ce privește canalele de ieșire care trebuie multiplexate pentru rețelele cu comutare de circuite poate fi calculată utilizând formula Erlang B prin stabilirea specificațiilor privind probabilitatea de blocare sau pierdere Pb și traficul mediu de eliminat.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține lema dicționarului « multiplexare »
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe multiplexare

linkuri externe

( EN ) Multiplation , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Multiplation , în Treccani.it - Enciclopedii on-line , Institutul Enciclopediei Italiene.

Portal de știință și tehnologie

Portal telematic