
Телекоммуникационные системы и сети. Структура и основные функции. Том 1 / Содержание / Раздел 6. Методы доступа / Тема 6.1. Общая характеристика методов доступа
- Раздел 1. Основы построения телекоммуникационных систем
- Тема 1.1. Місце систем телекомунікацій в інформаційній інфраструктурі сучасного суспільства
- Тема 1.2. Общая архитектура и задачи телекоммуникационных систем
- Тема 1.3. Классификация сетей, клиентов, операторов и услуг связи
- Тема 1.4. Краткая характеристика существующих телекоммуникационных технологий
- Тема 1.5. Требования к современным и перспективным ТКС
- Тема 1.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 2. Сети связи последующего поколения: архитектура, основные характеристики и услуги
- Тема 2.1. Определение и характеристика основных возможностей NGN
- Тема 2.2. Инфокоммуникационные услуги. Особенности услуг связи следующего поколения
- Тема 2.3. Многоуровневая архитектура и функциональный состав NGN
- Тема 2.4. Перспективы концепции NGN
- Тема 2.5. Контрольные вопросы и задания
- [→] Раздел 3. Стандартизация сетевых протоколов и телекоммуникационного оборудования
- Тема 3.1. Открытые системы и их взаимодействие
- Тема 3.2. Основные организации по стандартизации сетевых решений
- [→] Тема 3.3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- 3.3.1. Многоуровневый подход и декомпозиция задачи сетевого взаимодействия
- 3.3.2. Интерфейс, протокол, стек протоколов
- 3.3.3. Общая характеристика модели OSI
- 3.3.4. Физический уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.5. Канальный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.6. Сетевой уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.7. Транспортный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.8. Сеансовый уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.9. Представительский уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.10. Прикладной уровень. Функции и примеры протоколов
- [→] 3.3.11. Деление ЭМВОС на сетенезависимые и сетезависимые уровни
- Тема 3.4. Стандартные стеки сетевых протоколов
- 3.4.1. Стек протоколов OSI
- 3.4.2. Стек протоколов TCP/IP
- 3.4.3. Стек протоколов IPX/SPX
- 3.4.4. Стек протоколов NetBIOS/SMB
- 3.4.5. Стек протоколов технологии Х.25
- 3.4.6. Стек протоколов технологии Frame Relay
- 3.4.7. Стек протоколов технологии B-ISDN и АТМ
- 3.4.8. Семейство протоколов DECnet
- 3.4.9. Сетевая модель DoD
- 3.4.10. Связь стандартов IEEE 802 с моделью OSI
- 3.4.11. Стек протоколов сетей следующего поколения
- Тема 3.5. Стандартизация сетевого оборудования
- Тема 3.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 4. Линии связи
- Тема 4.1. Физические параметры среды распространения электромагнитных волн
- Тема 4.2. Общие сведения о линиях связи
- Тема 4.3. Основные свойства кабельных линий связи
- Тема 4.4. Линии связи на основе медных кабелей
- Тема 4.5. Теория волоконных световодов
- Тема 4.6. Свойства неоднородных линий
- Тема 4.7. Конструкции кабелей связи
- Тема 4.8. Электромагнитные влияния в линиях связи
- Тема 4.9. Структурированные кабельные системы
- Тема 4.10. Атмосферная лазерная связь
- Тема 4.11. Особенности радиолиний, радиорелейных и спутниковых линий связи
- 4.11.1. Общие принципы построения радиолиний связи
- 4.11.2. Распространение радиоволн в радиолиниях связи
- 4.11.3. Особенности распространения радиоволн в радиорелейных линиях связи
- 4.11.4. Особенности распространения радиоволн в спутниковых линиях связи
- 4.11.5. Особенности построения радиолиний связи
- 4.11.6. Общие характеристики построения спутниковых линий связи
- 4.11.7. Зоны видимости для систем спутниковой связи
- 4.11.8. Статистическая структура сигналов СЛС
- 4.11.9. Основные составляющие систем спутниковой связи
- 4.11.10. Методы организации спутниковой связи
- 4.11.11. Обоснование выбора параметров аппаратуры при проектировании радиорелейных линий
- 4.11.12. Выбор энергетических характеристик радиорелейных линий
- 4.11.13. Устойчивость функционирования радиорелейных линий
- Тема 4.12. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 5. Способы формирования групповых сигналов
- Тема 5.1. Краткая характеристика способов формирования групповых сигналов
- Тема 5.2. Способы формирования аналоговых групповых сигналов
- Тема 5.3. Способы формирования цифровых групповых сигналов
- Тема 5.4. Объединение синхронных цифровых потоков
- Тема 5.5. Объединение асинхронных цифровых потоков
- Тема 5.6. Объединение низкоскоростных потоков
- Тема 5.7. Кодовое уплотнение сигналов
- Тема 5.8. Виды сигналов в системах с кодовым разделением
- Тема 5.9. Технология спектрального уплотнения
- Тема 5.10. Формирование группового сигнала с использованием IP-технологий
- Тема 5.11. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 7. Методы распределения информации
- Тема 7.1. Общие положения
- Тема 7.2. Системы распределения в сетях следующего поколения
- Тема 7.3. Системы коммутации каналов
- 7.3.1. Требования к системам коммутации ISDN
- 7.3.2. Структура узла коммутации каналов ISDN
- Принцип работы цифрового коммутационного поля типа ПВП
- 7.3.4. Общие требования к коммутационным системам в Ш-ЦСИО
- 7.3.5. Выбор коммутационной технологии для Ш-ЦСИО
- 7.3.6. Системы коммутации для АТМ
- 7.3.7. Архитектура и характеристики коммутационных систем на базе быстрой коммутации пакетов (БКП)
- Тема 7.4. Коммутационные системы в NGN
- Тема 7.5. Системы коммутации Ш-ЦСИО на базе асинхронного режима доставки (АТМ)
- Тема 7.6. Пропускная способность систем распределения информации
- 7.6.1. Основные положения пропускной способности систем распределения информации
- 7.6.2. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями простейшего потока вызовов
- 7.6.3. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями примитивного потока вызовов (потока ВОЧИ)
- 7.6.4. Расчет вероятности условных потерь и среднего времени ожидания при случайной продолжительности обслуживания
- 7.6.5. Поток с повторными вызовами
- Тема 7.7. Способы распределения нагрузки в сетях связи
- Тема 7.8. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 8. Системы синхронизации
- Тема 8.1. Виды синхронизации, их роль, место и задачи в современных цифровых системах связи
- Тема 8.2. Фазовая (частотная) синхронизация
- Тема 8.3. Тактовая (символьная) синхронизация
- Тема 8.4. Джиттер и вандер цифровых сигналов
- Тема 8.5. Цикловая (кадровая) синхронизация
- Тема 8.6. Сетевая синхронизация цифровой связи
- Тема 8.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 9. Системы сигнализации
- Тема 9.1. Виды и состав сигналов
- Тема 9.2. Классификация протоколов сигнализации
- Тема 9.3. Внутрисистемная сигнализация в ЦСК
- Тема 9.4. Особенности сигнализации в стыках V.5
- Тема 9.5. Абонентская сигнализация
- Тема 9.6. Оборудование сигнализации современных ЦСК
- Тема 9.7. Специфические особенности украинских систем сигнализации
- Тема 9.8. Методология спецификации и описания систем сигнализации
- Тема 9.9. Цифровая многочастотная сигнализация R2D
- Тема 9.10. Общеканальная система сигнализации № 7
- Тема 9.11. Сигнализация DSS1
- Тема 9.12. Сигнализация в корпоративных сетях
- Тема 9.13. Сигнализация в сетях с коммутацией пакетов
- Тема 9.14. Сигнализация в сетях B-ISDN/ATM
- Тема 9.15. Сигнализация в сети ІР-телефонии
- Тема 9.16. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 10. Технологии и протоколы управления в ТКС
- Тема 10.1. Содержание задач управления в сетях следующего поколения
- Тема 10.2. Подсистема управления услугами
- Тема 10.3. Подсистема контроля и управления сетью
- Тема 10.4. Подсистема сетевого управления на уровнях транспорта и доступа
- 10.4.1. Базовая архитектура управления на уровнях транспорта и доступа ТКС
- 10.4.2. Классификация и маркировка пакетов трафика
- 10.4.3. Управление интенсивностью трафика
- 10.4.4. Управление очередями на сетевых узлах
- 10.4.5. Маршрутизация: цели, основные задачи и протоколы
- 10.4.6. Сигнальные протоколы резервирования сетевых ресурсов
- 10.4.7. Функции управления канального уровня относительно обеспечения QoS
- 10.4.8. Уровни качества обслуживания и соответствующие им модели обслуживания
- Тема 10.5. Перспективы развития технологий сетевого управления
- Тема 10.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 11. Конвергенция в телекоммуникационных системах
- Тема 11.1. Конвергенция в ТКС: история, цели и задачи
- Тема 11.2. Виды конвергенции
- Тема 11.3. Примеры решений относительно конвергенции в системах телекоммуникаций
- Тема 11.4. Качество конвергентных услуг
- Тема 11.5. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 12. Методы обеспечения информационной безопасности объектов телекоммуникационной системы
- Тема 12.1. Основные термины и понятия в сфере информационной безопасности
- Тема 12.2. Основные подходы к обеспечению информационной безопасности
- Тема 12.3. Криптографическая защита информации
- Тема 12.4. Использование механизма электронной цифровой подписи
- Тема 12.5. Техническая защита информации
- Тема 12.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 13. Электропитание телекоммуникационных систем связи
- Тема 13.1. Общие положения
- Тема 13.2. Системы электропитания предприятий электросвязи
- Тема 13.3. Типовое оборудование электроустановок предприятий электросвязи
- Тема 13.4. Дистанционное электропитание
- Тема 13.5. Источники бесперебойного питания (ИБП)
- Тема 13.6. Электромагнитная совместимость источников электропитания
- Тема 13.7. Перспективы развития электропитания ТКС
- Тема 13.8. Контрольные вопросы и задания
6.1.1. Общая характеристика методов доступа
Сучасні телекомунікаційні системи виконують три основні функції:
- забезпечення доступу користувачів у мережу;
- розподіл інформаційних потоків;
- транспортування інформаційних потоків.
Функції доступу забезпечують відповідній рівень і якість обслуговування, захист від несанкціонованого втручання тощо. Проте в цьому розділі звернемо увагу лише на розв’язання задач на фізичному та частково на канальному рівнях. Інші функції розглядатимуться в наступних розділах.
Методи, що реалізуються в мережах доступу, являють собою сукупність технічних і програмних засобів. Вони забезпечують підключення абонентів до мережі й обмін інформацією відповідно до встановлених протоколів. Застосовуються методи оптичного (відкритого або волоконного), проводового і безпроводового доступу. Мережі проводового доступу часто реалізуються на основі крученої пари. Мережі безпроводового доступу функціонують у широкому частотному діапазоні від десятків мегагерц до десятків гігагерц. Вони є самодостатніми або доповнюють і розширюють можливості проводового доступу. Головне те, що вони забезпечують можливість доступу мобільних абонентів.
Слід відзначити, що мережа доступу (МД) у загальній телекомунікаційній системі є найбільш коштовною компонентою. І це за умов того, що глобальна телекомунікаційна система є найкоштовнішою і найскладнішою в світі штучно створеною системою.
МД має задовольняти трьом видам мультисервісних послуг, що надаються користувачам:
- передача мовлення (звукові сигнали, телефонний зв’язок, голосова пошта);
- передача даних (Інтернет, факс, електронна пошта, комп’ютерні файли, електронні платежі);
- передача відеоінформації (телебачення, відео за запитом, відеоконференції).
Зважаючи на те, що коло і якість надання послуг постійно розширяється, постійно виникає проблема доопрацювання або навіть нової розробки концепції розвитку МД, вибору та забезпечення більш-менш чітких показників якості запитаної послуги. В цьому є певні методичні труднощі щодо викладення матеріалу розділу.
При реалізації доступу використовуються різноманітні фізичні параметри сигналів зв’язку: час, частота, поляризація, просторові параметри. При проводовому доступі задіяними є лише два параметри (час і частота); при безпроводовому, при радіодоступі та відкритому оптичному сектор цих параметрів розширюється до всіх чотирьох, включаючи просторові та поляризаційні параметри.
Розглянемо спочатку особливості проводового доступу, коли використовуються лише час і ширина смуги частот. Ресурс зв’язку можливо зобразити на двовимірному графіку, де вісь абсцис представляє час, а вісь ординат — частоту (рис. 6.1.1). Для створення ефективної системи зв’язку необхідно спланувати розподіл ресурсу між користувачами системи, щоб час/частота використовувалися максимально ефективно. Результатом такого планування має бути рівноправний доступ користувачів до ресурсу або доступ з відповідним пріоритетом чи відповідною забороною.
У процесі доступу при отриманні заявки від користувача на зайняття ресурсу мережі визначаються вимоги до якості доставки повідомлення, і при можливості забезпечення мережею цих вимог, користувачеві надається дозвіл на передачу інформації. При погодженні заявок декількох користувачів виникає задача множинного доступу. Для розв’язання цієї задачі використовують фіксований, керований або випадковий (динамічний) методи доступу. При фіксованому методі за кожним абонентом закріплюються певний ресурс параметрів: інтервалів часу і смуг частот або просторово-поляризаційних методів доступу до мережі.
При динамічному методі доступу відповідний ресурс надається відповідно до заданого алгоритму. На рис. 6.1.1 подано приклад реалізації циклограми зайняття частотно-часового ресурсу. Продемонстровано можливість індивідуального зайняття смуги частот ΔF1 або ΔF2, а також групового в смугах ΔF3, ΔF4 у відповідні часові інтервали Δt3, Δt4, Δt5, ..., Δt8. При випадковому методі цей ресурс надається відповідно до заявки абонента і являє собою випадковий процес, створений потоком заявок. Важливою у всіх цих методах є проблема взаємних впливів між користувачами ресурсу, у ролі яких можуть бути впливи між смугами частот (наприклад між ΔF1 та ΔF2), між часовими інтервалами (наприклад між Δt5 та Δt6 за рахунок післядії).
Для усунення взаємних впливів між сигналами різних користувачів необхідно, щоб ці їх сигнали були взаємно ортогональні.
Рис. 6.1.1. Циклограма зайняття частотно-часового ресурсу (ΔF1...4 — виділені смуги частот; Δt1...8 — виділені часові інтервали)
Сигнали ортогональні, якщо виконується така умова:
![]() | (6.1.1) |
Умова ортогоналізації (6.1.1) виконується в часовій площині. Така ортогоналізація можлива також і за рахунок інших фізичних параметрів. Так, у часовій площині ця ортогоналізація відбувається за умов:
![]() | (6.1.2) |
де E — енергія сигналу; xi(t), xj(t) — сигнали i та j користувачів у часовій площині; Xi(ω), Xj(ω) — сигнали i та j користувачів у частотній площині.
Аналогічно формулюються умови ортогоналізації з використанням просторових і поляризаційних параметрів (у просторовій і поляризаційній площинах). Слід зазначити, що для усунення взаємних впливів між сигналами достатньо забезпечити ортогоналізацію за одним з фізичних параметрів (частотою, часом, простором чи поляризацією).
З проблемою сумісного використання ресурсу зв’язку пов’язані терміни «ущільнення» і «множинний доступ», які були розглянуті в попередньому розділі.
Важливою характеристикою методу доступу є його пропускна здатність.
Існує три основні способи збільшення пропускної здатності елементів доступу (загальної швидкості передачі даних). Перший полягає в збільшенні співвідношення сигнал/шум у лінії зв’язку, що в будь-якому разі приведе до збільшення відношення енергії сигналу до спектральної щільності потужності —
, що в кінцевому результаті забезпечить можливість збільшення пропускної здатності відповідно до формули Шеннона
![]() | (6.1.3) |
де =
— співвідношення сигнал-шум.
Другий спосіб — це збільшення ширини смуги задіяних частот ΔF. Таким чином, на практиці вдається «розміняти» смугу ΔF на енергетику лінії . Іншими словами, при обмеженій смузі частот, коли ΔF ≤ F збільшити пропускну здатність можливо за рахунок збільшення
. Така «розмінність» використовується часто в модемах xDSL, де смуга ΔF заощаджується за рахунок багатопозиційних сигналів типу QAM тощо.
Третій спосіб притаманний безпроводовим методам доступу (радіодоступу). Він полягає в розширенні простору виділених фізичних параметрів, наприклад, за рахунок використання просторово-поляризаційних методів, які реалізуються методами антенної техніки, це забезпечує можливість організації радіопередачі паралельних незалежних інформаційних потоків на ортогональних поляризаціях носійної частоти в радіоканалі або при використанні багатопроменевої антени за рахунок передачі незалежних інформаційних потоків, що різняться просторовими параметрами.
Таким чином, у зв’язку з тим, які задіяні фізичні параметри сигналів, за якими відбувається розподіл (ортогоналізація) інформаційних сигналів різних абонентів, методи доступу можна класифікувати на:
- частотний доступ (frequency division — FD). Користувачам виділяються певні ділянки в смузі використовуваних частот;
- часовий доступ (time division — TD). Користувачам виділяються відповідні часові інтервали, періодичні або випадкові;
- кодовий доступ (code division — CD). Виділяються певні елементи набору ортогональних (або майже ортогональних) кодових комбінацій, кожна з яких займає всю виділену смугу частот. У цьому разі абоненти можуть передавати свої сигнали з особливим кодом одночасно в загальній смузі частот, а їх розділення відбувається за формою і змістом коду;
- просторовий доступ (space division — SD), або повторне використання частот. Доступ реалізується за допомогою багатопроменевих антен (БПА), які випромінюють радіосигнали лише в напрямку певного користувача, який подав заявку;
- поляризаційний доступ (polarization division — PD), або повторне поляризаційне використання частот. Для розділення сигналів застосовуються ортогональні поляризації на передачі і на прийомі радіосигналів.
При використанні вказаних методів ресурси каналу можуть закріплюватися фіксовано (FАMA — Fixed Assignment Multiple Access), надаватися на вимогу (DAMA — Demand Assignment Multiple Access). Представлення ресурсу на вимогу DAMA називають динамічним методом доступу. Динамічний метод може бути організований централізовано, що забезпечує безконфліктність одержання ресурсу, або децентралізовано, коли відбувається змагання користувачів за доступ до ресурсу. Безконфліктні методи формують групові сигнали, які в цілому мають подібну сутність з методами ущільнення/розділення сигналів і які були розглянуті в розділі 5. Очевидно, децентралізовані методи пов’язані з необхідністю розв’язання конфліктних ситуацій.
Процес появи вимог користувачів має характер випадкового динамічного потоку заявок, який часто апроксимують законом Пуассона, коли ймовірність появи n-нових заявок упродовж секунд дорівнює
![]() | (6.1.4) |
де λ — параметр інтенсивності потоку.
Слід зазначити, що конфліктна ситуація, що виникає при випадковому динамічному методі доступу, не є антагоністичною. Це дає змогу розв’язати її методами теорії ігор, або методами колективного прийняття рішень, проте ці рішення потребують знання поточної сигнально-завадової ситуації і моніторингу трафіка, що значно ускладнює можливість отримання оптимальних рішень. Тому часто використовують рішення, які є певною мірою універсальними, або такі, що орієнтуються на типову ситуацію. Найпоширенішими є три методи:
- циклічний обхід (raund robin);
- резервування (reservation);
- змагання (contention).
При циклічному обході кожному користувачеві послідовно надається можливість доступу. Цей метод досить ефективний при потоковому трафіку. У разі пульсуючого трафіку, коли окремі користувачі відмовляються від ресурсу, цей метод втрачає свою ефективність.
Технологія резервування полягає в заощадженні, виділенні відповідного ресурсу під майбутній трафік. Час у цій технології розділяється на слоти, кількість яких відповідно до передбачуваного трафіка резервується. Ця технологія також має переваги при потоковому трафіку.
Технологія змагання більш ефективна для пульсуючого трафіка. Для розв’язання конфліктної ситуації в цьому методі реалізуються децентралізовані стратегії. Тут усі станції змагаються за можливість передачі на основі правил, що встановлюються відповідними протоколами.