Grundlagen der Telekommunikation Informationsübertragung II

2 Grundlagen der Vermittlungstechnik Multiplexmechanismen

−

Verbindungskonzepte

−

Vermittlungsprinzipien

Alle Rechte vorbehalten

−

Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze

Grundlagen der Telekommunikation Informationsübertragung II

19

Vermittlung −

Nachrichtenvermittlung: Wegesuche für die Nachrichten durch das Telekommunikationsnetz

−

Vermittlung/Routing, Switching

→ Vermittlungssystem

. . .

Weg N in

Weg 1 out

Vermittlungssystem

. . .

Weg M out

[Sieg] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze


20


Weg 1 in

Multiplexmechanismen

Multiplexen/Demultiplexen ∗ Multiplexer fasst Daten von N Eingängen zu einem Signal zusammen (Multiplexen). ∗ Demultiplexer empfängt die gemultiplexten Datenströme, separiert sie wieder und liefert die einzelnen Daten an N Ausgänge (Demultiplexen). 1 in

1 out

. . .

. . .

1 Pfad

N in

N out

[Kluß] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze



−

1

21


2

−

Zeitmultiplex (TDM = Time Division Multiplex): Die einzelnen N Digitalsignale werden zeitlich verschachtelt und auf 1 physikalischen Kanal weitergeführt. Die Verschachtelung kann auf Bit-, Byte- oder allgemein Block-Ebene stattfinden.

−

Synchroner Zeitmultiplex (STD = Synchronous Time Division) ∗ Einem Eingangsdigitalsignal ist auf dem physikalischen Kanal eine genau definierte Zeitlage (Time Slot) zugeordnet. ∗ Für N Zeitlagen wird 1 Rahmen (Frame) gebildet. Zeitschlitz, Time Slot

N

1

N

2

1

feste Bitrate

Signal Rahmen, Frame

[Haaß; Kühn; Sieg] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze


22


Rahmen wiederholt sich periodisch


3

∗ Z.B. Zeitstufe in Koppelnetz eines 64-kbit/s-Vermittlungssystems (ISDN)

[Haaß; Kühn; Sieg]



23

Multiplexmechanismen −


∗ Z.B. Signalstruktur für PCM-Signal (Puls-Code-Modulation), speziell 2,048-Mbit/sPCM 30-Signal

4

Asynchroner Zeitmultiplex (ATD = Asynchronous Time Division): ∗ Die einzelnen N Eingangsdigitalsignale werden in Blöcke variabler oder fester Länge unterteilt und jeweils mit einem Steuerfeld (Header) versehen. ∗ Diese Blöcke werden auf dem physikalischen Kanal zeitlich verschachtelt. ∗ Block mit variabler Länge = Paket ∗ Block mit fester Länge = Zelle ∗ Jedes Paket bzw. jede Zelle besteht aus einem Kopf (Header) und einem Informationsfeld (Payload) Header

Payload variable Bitrate

Signal

1

1

2

leer

N

∗ Z.B. Signalstruktur für IP-Signal: IP-Paket ∗ Z.B. Signalstruktur für ATM-Signal: ATM-Zelle ∗ 53 Byte ATM-Zelle = 5 Byte Header + 48 Byte Payload [Haaß; Kühn; Sieg] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze


24


Paket bzw. Zelle


5

Raummultiplex (SDM = Space Division Multiplex): ∗ Die einzelnen N Eingangssignale werden zu einem Bündel zusammengefasst und dann wieder in N physikalische Ausgangssignale aufgeteilt. ∗ N physikalische Ein- und Ausgänge 1

N

. . .

. 1 . .

N

i



25



∗ Z.B. Raumstufe in Koppelnetz eines 64-kbit/s-Vermittlungssystems (ISDN)

6

Frequenzmultiplex (FDM = Frequency Division Multiplex): ∗ Die einzelnen N Eingangssignale werden im Frequenzbereich durch Modulation verschachtelt und auf 1 physikalischen Kanal weitergeführt. S(f) 0

Signal

1

2

N

f



26


∗ Z.B. Rundfunk ∗ In Vermittlungstechnik ohne Bedeutung


7

Wellenlängenmultiplex (WDM = Wavelength Division Multiplex): ∗ Die einzelnen N Eingangssignale werden mit N verschiedenen Wellenlängen auf 1 physikalischen Kanal (Lichtwellenleiter) weitergeführt. S(λ) 0

Signal

λ1

λ2

λN

1

2

N

λ



27



→ λ = c / f; c = Lichtgeschwindigkeit, f = Frequenz ∗ WDM ≈ FDM ∗ Z.B. Signalstruktur bei optischer Hochgeschwindigkeitsübertragung mit N Wellenlängen pro Glasfaser ∗ Z.B. Signalstruktur in optischer Vermittlungstechnik

8

Codemultiplex (CDM = Code Division Multiplex bzw. CDMA = Code Division Multiple Access): ∗ Die einzelnen N Eingangsdigitalsignale werden mit N unterschiedlichen, nicht oder nur schwach korrelierten Codeworten codiert und dann auf 1 physikalischen Kanal weitergeführt. ∗ Dabei Nutzung der gleichen Zeit- und Frequenzlage ∗ Codieren bei CDM: Binärdaten

d

0

1

Doppelstrom/NRZ (Non Return to Zero) Codesequenz

t s

0111001

CDM-Signal

d.s t [Lesc]



28


t


9

∗ Bandspreizung infolge CDM D(f) d 1/Td

t Td

f

C(f) c=d.s CDM-Signal

t

f

1/Tc

Tc

[Lesc] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze




∗ Die Auswirkung von CDM ist die Spreizung des Frequenzspektrums (Spread Spectrum-Technik)

29

10

∗ Decodieren/Demultiplexen bei CDM - Prinzip d.s CDM-Signal 1

s

0111001

Codesequenz 2

r

t

1101001 t

t d.s.s

d.s.r t

t Binärdaten

0

1



30


Codesequenz 1

t

d.s CDM-Signal 1


11

∗ Decodieren/Demultiplexen bei CDM – Beispiel, a) Multiplexen

+1

s1

Code sequence für User 1

t -1

s2 +1 Code sequence für User 2

t


-1



31


12

∗ Decodieren/Demultiplexen bei CDM – Beispiel, b) Demultiplexen bei User 2 +1 s1 Code sequence für User 1

t -1

s2 +1 Code sequence für User 2

t


-1



32


13




∗ Vgl. CDM mit Unterhaltung von Personen mit verschiedenen Nationalitäten und Sprachen ∗ Z.B. bei Funkzugang im UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ∗ In Vermittlungstechnik direkt ohne Bedeutung

33

Multiplexverfahren im Überblick


− Multiplexverfahren → Anwendungsbeispiele |− Kanalmultiplex | |− Synchroner Zeitmultiplex → ISDN, PCM | |− Raummultiplex → ISDN, IP, ATM, optische Vermittlungstechnik | |− Wellenlängenmultiplex → optische Übertragung/Vermittlungstechnik | |− Frequenzmultiplex → Rundfunk, ADSL | |− Codemultiplex → UMTS |− Nachrichtenmultiplex |− Asychroner Zeitmultiplex mit variabler Blocklänge → IP |− Asychroner Zeitmultiplex mit fester Blocklänge → ATM



34

Verbindungskonzepte Beispiel für vermittelten Nachrichtenaustausch

∗ Verbindungsaufbau ∗ Nachrichtenaustausch Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt Main ∗ am Verbindungsabbau

Tln = Teilnehmer

[Sieg] Grundlagen der Telekommunikation Informationsübertragung II


−

1

35

Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze

Verbindungskonzepte −

2

Verbindung, allgemein Verbindungsaufbau

Verbindungsabbau Nachrichtenaustausch Verbindung t

[Kühn] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze


36


Zeit

Verbindungskonzepte

3

−

Verbindungsorientierte Kommunikation ∗ Verbindungsaufbau – Nachrichtenaustausch –Verbindungsabbau erfolgen sequenziell ∗ Während des Verbindungsaufbaus wird Zielkommunikationspartner ausgewählt und informiert. Er kann vor dem Nachrichtenaustausch den Verbindungswunsch annehmen oder ablehnen.

−

Verbindung mit physikalisch geschaltetem Kanal ∗ Den Kommunikationspartnern steht für die Zeit nach dem Verbindungsaufbau und vor dem Verbindungsabbau exklusiv ein physikalisch fest geschalteter Kanal für den Nachrichtenaustausch zur Verfügung. Verbindungsaufbau (Auf)

Verbindungsabbau (Ab) Zeit

∗ Z.B. ISDN

t [Kühn: Tane]



37

Verbindungskonzepte −


Nachrichtenaustausch (N)

4

Verbindung mit virtuellem Kanal ∗ Den Kommunikationspartnern steht der Kanal nur bei aktuellem Übermittlungsbedarf für den Nachrichtenaustausch zur Verfügung. ∗ Während der Ruhezeiten kann die Kanalkapazität durch andere Kommunikationspartner genutzt werden. ∗ Nachrichten müssen in Form von Blöcken, z.B. Zellen, übertragen werden (vgl. Asynchroner Zeitmultiplex) Auf

Auf

Auf N

Auf N

Auf N

Ab N Zeit

t

[Kühn: Tane] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze


38


∗ Z.B. ATM ∗ Z.B. TCP (Transmission Control Protocol)

Verbindungskonzepte

Verbindungslose Kommunikation ∗ Nachrichtenaustausch und Verbindungsauf-/abbau finden quasi gleichzeitig statt. ∗ Nachrichten müssen in Form von Blöcken, z.B. Paketen, übertragen werden (vgl. Asynchroner Zeitmultiplex) ∗ Ein solches Paket wird Datagramm genannt. ∗ Gesendete Blöcke enthalten nicht nur Nutzinformation, sondern auch Ursprungsund Zieladresse Auf

Auf N

Auf N

Auf N

Auf N

Datagramm

N Zeit

t

∗ Z.B. IP (u.a. Internet) ∗ Z.B. UDP (User Datagram Protocol) ∗ Vgl. Briefpost [Kühn: Tane] Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze



−

5

39

Verbindungskonzepte im Überblick


− Verbindungskonzepte → Anwendungsbeispiele |− Verbindungsorientierte Kommunikation | |− mit physikalisch geschaltetem Kanal → ISDN, optische Vermittlungstechnik | |− mit virtuellem Kanal → ATM, TCP |− Verbindungslose Kommunikation |− mit Datagrammen → IP, UDP



40

1

−

Leitungs- bzw. Durchschaltevermittlung (Circuit Switching) ∗ Verbindungsorientierte Kommunikation mit physikalisch fest geschaltetem Kanal ∗ Durchschaltung des Kanals in der Vermittlungsstelle im synchronen Zeitund/oder Raummultiplex ∗ Laufzeit und Bandbreite für Nutzinformation zumindest während der Verbindung konstant ∗ Z.B. ISDN

−

Paket- bzw. Speichervermittlung (Packet Switching bzw. Store and Forward Switching) ∗ Nachrichten werden in Form von Blöcken mit Header für Adress- und Steuerinformation sowie Payload für Nutzinformation übertragen. ∗ Blöcke müssen normalerweise in den Vermittlungssystemen zwischengespeichert werden. ∗ Blöcke mit variabler (Pakete, z.B. IP) oder fester Länge (Zellen, z.B. ATM) ∗ Laufzeit und Bandbreite für Nutzinformation variiert ∗ Vorteile sind die optimierte Ausnutzung der Übertragungskapazitäten durch unterschiedliche Sender und die Flexibilität bez. verschiedener Dienste mit unterschiedlichem Bandbreitenbedarf. [Haaß; Kühn; Sieg] Grundlagen der Telekommunikation Informationsübertragung II

41


2

−

Paketvermittlung Variante 1: mit verbindungsorientierter Kommunikation und virtuellem Kanal ∗ Die Verbindung erhält einen virtuellen Kanal, nicht einen physikalisch fest durchgeschalteten Kanal. ∗ Beim Verbindungsaufbau können Ressourcen für virtuellen Kanal, z.B. Bandbreite, angefordert und reserviert werden. ∗ Während einer Verbindung nehmen die Blöcke, z.B. Zellen, immer den selben Weg durchs Netz. ∗ Z.B. ATM mit ATM-Vermittlungssystemen

−

Paketvermittlung Variante 2: mit verbindungsloser Kommunikation ∗ Theoretisch kann jeder Block, z.B. Paket, einen anderen Weg durchs Netz nehmen. ∗ Z.B. IP-Netz (u.a. Internet) mit IP-Routern



42






3 Tln = Teilnehmer VSt = Vermittlungsstelle TE = Terminal Equipment s = Signal

Leitungsvermittlung VSt

Kanal für s Tln A

VSt

Tln B

Übertragungsweg

TE

TE

VSt = Koppelpunkt

Paketvermittlung

H = Header Pk = Payload zum Zeitpunkt k

Tln A

TE

P4

Ggf.

H

P3 H

Übertragungsweg

P3

H

P2

VSt/Router

P1 H

H

VSt/Router Prof. Dr.-Ing. U. Trick FH Frankfurt am Main Forschungsgruppe und Labor für Telekommunikationsnetze

Tln B

TE

= Speicher, Queues/Warteschlangen



VSt/Router

43

Vermittlungsprinzipien im Überblick


− Vermittlungsprinzipien → Anwendungsbeispiele |− Leitungsvermittlung (Circuit Switching) → ISDN, optische Vermittlungstechnik |− Paketvermittlung |− mit verbindungsorientierter Kommunikation (Virtual Circuit Packet Switching) → ATM |− mit verbindungsloser Kommunikation (Datagram Packet Switching) → IP



44

Grundlagen der Vermittlungstechnik

1

Vermittlungstechnik 64kbit/s

IP

ATM

Optisch

Multiplexverfahren

Verbindungskonzept


Vermittlungsprinzip



45

Grundlagen der Vermittlungstechnik

2

Vermittlungstechnik 64kbit/s

IP

-

Synchroner Zeitmultiplex

-

-

Raummultiplex

-

Verbindungskonzept

-

Verbindungsorientiert, physikalisch geschaltet

-

Vermittlungsprinzip

-

Leitungsvermittlung (Circuit Switching)

Asynchroner Zeitmultiplex mit variabler Blocklänge Raummultiplex

-

Verbindungslos, Datagramme

-

Paketvermittlung (Datagram Packet Switching)

-

-

Asynchroner Zeitmultiplex mit fester Blocklänge Raummultiplex

Optisch -

Wellenlängenmultiplex

-

Raummultiplex

Verbindungsorientiert, virtuell

-

Verbindungsorientiert, physikalisch geschaltet

Paketvermittlung (Virtual Circuit Packet Switching)

-

Leitungsvermittlung (Circuit Switching) Alle Rechte vorbehalten

Multiplexverfahren

ATM



46

Grundlagen der Telekommunikation Informationsübertragung II

Recommend Documents