Datakommunikasjon Høsten 2001

1. Datakommunikasjon Høsten 2001 Forelesning nr 5 17. september 2001 Chapter 8, Multiplexing

2. Øvingsoppgaver • Oppgave 8. 6, 8.13, 8.15 og 8.17

3. Bit stuffing (ny gjennomgang) Avsenderside: Send en bit Hvis det var en ”1” bit Hvis dette var femte ”1” bit på rad Send en ekstra ”0” bit Start på nytt inntil vi er ferdig Eksempler: 0111110  01111100 011111110  0111110110 01111111111  0111110111110

4. Bit stuffing Mottaker: Les bit Hvis dette er femte bit i en rekke La b1 = neste bit (etter de fem enere) Hvis b1= ”0” Fjern b1 b1 var satt inn (stuffed) og start på nytt Ellers hvis b1 er ”1” (kan være start eller slutt på ramme) La b2 = bit etter b1 Hvis b2 = 0 Dette er begynnelsen eller slutten på rammen Hvis b2 = 1 7 enere på rad, dvs en feil Forkast rammen

5. Bit stuffing Flere eksempler: 01111110  011111010 (01111110 =  (tilde)) 011111010  0111110010

6. : * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS TAB LF VT FF CR SO SI 1 DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US 2 ! " # $ % & ' ( ) * + , - . / 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ? 4 @ A B C D E F G H I J K L M N O 5 P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ 6 ` a b c d e f g h i j k l m n o 7 p q r s t u v w x y z { | } ~ ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

7. Multiplexing • FDM – Frequency Division Multiplexing • TDM – Time Division Multiplexing • STDM – Statistical Time Division Multiplexing • Inverse Multiplexing

8. Multiplexing

9. Frequency Division Multiplexing • FDM • Useful bandwidth of medium exceeds required bandwidth of channel • Each signal is modulated to a different carrier frequency • Carrier frequencies separated so signals do not overlap (guard bands) • Radio og kabel TV er eksempler på bruk av FDM • Channel allocated even if no data

10. Frequency Division MultiplexingDiagram

11. FDM System

12. To hovedtyper av TDM • Statiske multipleksere • Det går en kontinuerlig bitstrøm fra sender til mottaker, uansett om den inneholder nyttig informasjon eller ikke. • Statistiske multipleksere (eller dynamiske) • Det overføres kun data mellom sender og mottaker når det sendes nytteinformasjon. Eksempel ASCII karakter fra en terminal.

13. Synchronous Time Division Multiplexing • Data rate of medium exceeds data rate of digital signal to be transmitted • Multiple digital signals interleaved in time • May be at bit level of blocks (bitflettet eller ordflettet) • Time slots preassigned to sources and fixed • Time slots allocated even if no data • Time slots do not have to be evenly distributed amongst sources

14. Time Division Multiplexing

15. TDM System

16. TDM Link Control • No headers and tailers • Data link control protocols not needed • Flow control • Data rate of multiplexed line is fixed • If one channel receiver can not receive data, the others must carry on • The corresponding source must be quenched • This leaves empty slots • Error control • Errors are detected and handled by individual channel systems

17. Data Link Control on TDM 1 oktett/byte

18. Rammelåseord (Framing) • Benytter IKKE start og stopp flagg • Demultipleksere må gjenkjenne hvilke bit i multipleksrammen som tilhører de forskjellige kanalene. • For dette må det legges inn ekstra informasjon i rammen for rammesynkronisering. • Slik informasjon kalles gjerne et rammelåseord. • Eksempel på rammelåseord: 10101010 (lite sannsynlig at dette går igjen i data som overføres)

19. Rammelåseord F1 F2 Kan 1 Kan 2 Kan 3 Kan 4 F1 F2 RAMMELÅSEORD Samlet rammelåseord F1 Kan 1 F2 Kan 2 Kan 3 Kan 4 F1 Kan 1 Distribuert rammelåseord

20. Pulse Stuffing • Problem - Synchronizing data sources • Clocks in different sources drifting • Data rates from different sources not related by simple rational number • Solution - Pulse Stuffing • Outgoing data rate (excluding framing bits) higher than sum of incoming rates • Stuff extra dummy bits or pulses into each incoming signal until it matches local clock • Stuffed pulses inserted at fixed locations in frame and removed at demultiplexer

21. TDM of Analog and Digital Sources

22. Invers multiplexing • Sammenslåing av flere kanaler til en kanal • F. eks sammenslåing av to B-kanaler til en kanal • Medfører at en får en hastighet på 2x64kbit/sdvs. 128 kbit/s

23. Digtalisering av tale • Nyquist samplingsteorem: • Et analogt signal kan gjenskapes ut fra sampler (punktprøver) tatt med jevn tidsavstand og tilstrekkelig ofte. • Samplingsfrekvens må være > 2 x f (f er høyeste frekvenskomponent i signalet • PCM – Pulsekodemodulasjon Analog til digital omforming av talesignalet • Frekvensområde tale 300 – 3400 Hz • Samplingsfrekvens 8000 Hz • 8 bit for å kode et sampel • Dvs 64 kbit/s er nødvendig overføringshatighet for tale

24. Europeisk første ordens multiplekser • ”30/32-multipleks” • 30 kanaler til tale og 2 til kontroll og signalering • 32 tidsluker a 8 bit • Hver enkeltkanal har kapasitet på 64 kbit/s • Dette gir en bitrate på 2,048 Mbit/s • For telefoni inneholder hver kanaltidsluke et talesampel.

25. G.702 (gir oversikt over hierarkier) 64 kbit/s 2,048 Mbit/s x 30 34,368 Mbit/s 565,148 Mbit/s 8,448 Mbit/s 139,264 Mbit/s x 30 x 4 x 4 x 4 x 4 x 30 4 kanaler x 30

26. ISDN User Network Interface • ISDN allows multiplexing of devices over single ISDN line • Two interfaces • Basic ISDN Interface • Primary ISDN Interface

28. Basic ISDN Interface (1) • Digital data exchanged between subscriber and NTE - Full Duplex • Separate physical line for each direction • Pseudoternary coding scheme • 1=no voltage, 0=positive or negative 750mV +/-10% • Data rate 192kbps • Basic access is two 64kbps B channels and one 16kbps D channel • This gives 144kbps multiplexed over 192kbps • Remaining capacity used for framing and sync

29. Basic ISDN Interface (2) • B channel is basic user channel • Data • PCM voice • Separate logical 64kbps connections to different destinations • D channel used for control or data • LAPD frames • Hver ramme er 48 bits lang • 192 kbit/s / 48 bit = 4000 rammer pr sekund • En ramme hvert 250s

30. Ramme struktur

31. ISDN Utvidet aksess (30B+D) • Punkt til punkt • Benyttes ofte for å knytte en PABX til det offentlige telefonnettet • 2.048Mbps i Europa • 30 B plus one D channel • Line coding is AMI using HDB3 • 1.544Mbps i USA • Used on T1 services • 23 B plus one D channel

32. Primary ISDN Frame Formats USA Europa

33. Statistical TDM • In Synchronous TDM many slots are wasted • Statistical TDM allocates time slots dynamically based on demand • Multiplexer scans input lines and collects data until frame full • Data rate on line lower than aggregate rates of input lines

34. Statistical TDM Frame Formats

35. Performance • Output data rate less than aggregate input rates • May cause problems during peak periods • Buffer inputs • Keep buffer size to minimum to reduce delay

36. Buffer Size and Delay Data sendes i rammer på 1000 bit. Utnyttelse uttrykkes i prosent av total linjekapasitet. M = effektiv kapasitet til den multipleksede linjen

38. ADSL – Assymetric Digital Subscriber Line • Telenor tilbyr (hastighet inn/ut): • 384 / 128 Kb/slaste ned lyd og bilde, samt gjøre flere ting på en gang (kostnad pr. måned 450,- kr) •  704 / 128 Kb/slaste ned filmklipp, programvare og andre store filer (kostnad pr. måned 550,- kr) •  1024 / 256 Kb/slaste ned og sende ut store filer raskt og effektivt (kostnad pr. måned 750,- kr)

39. Asymmetrical Digital Subscriber Line • ADSL • Link between subscriber and network • Local loop • Uses currently installed twisted pair cable • Can carry broader spectrum • 1 MHz or more

40. ADSL Design • Asymmetric • Greater capacity downstream than upstream • Frequency division multiplexing • Lowest 25kHz for voice • Plain old telephone service (POTS) • Use echo cancellation or FDM to give two bands • Use FDM within bands • Rekkevidde 5.5km

41. ADSL kanal konfigurasjon