Denbora-zatiketa bidezko multiplexazio

1922. urteko telex multiplexadorea

Hasiera batean denbora-zatiketa bidezko multiplexazio garatu egin zen telegrafia aplikazioetarako, transmisio lerro bakar batetik transmisio bat baino gehiago aldi berean bideratu ahal izateko. 1870. hamarkadan Émile Baudotek Hughes telegrafo makinentzat denbora-zatiketa bidezko multiplexazio sistema bat garatu egin zuen.

1994. urtean, Britania Handiko armadak Wireless Set No. 10 telefonoa erabili zuen mikrouhinen bidez 50 miliatara 10 telefono dei multiplexatzeko. Era horretan, landa-armadako komandanteak gai ziren Ingalaterrako langileekin komunikatzeko Mantxako kanala erabiliz.[1]

1953. urtean, RCA Communication enpresak 24 kanaleko TDM sistema bat jarri zuen merkataritza operazio batean. Komunikazio hauek audioa bidaltzeko ziren. Sistema horren transmisorea New Yorkeko Broad Streeten zegoen eta hartzailea, ordea, Riverheaden zegoen, Long Island, New York. Sistema honen komunikazio mikrouhinetan oinarrituta zegoen Long Islanden zehar. TDM sistema esperimentala RCA Laborategiek garatu zuten 1950 eta 1953 artean.[2]

1962. urtean, Bell Labs-eko ingeniariek D1 kanaleko lehenengo bankua garatu egin zuten. Banku horretan 24 ahots-dei digitalizatu zituzten Bell bulego nagusiaren etengailu analogikoen artean. Horretarako lau hariko kobrezko enbor bat erabili zuten. Bankuko kanal bakoitzak 1.544 Mbit/s -ko seinale digital bat mozten zuen 8,000 trama desberdinetan. Trama bakoitzaren tamaina 24 byte-ekoa izanda. Byte bakoitzak 64 kbits/s-ko bit-abiadura konstantearekin kodetutako telefono-dei bakar bat adierazten zuen. Bankuko kanalek tramaren bit finko bat erabiltzen zuten jakiteko deia nori zegokion.[3]

Denbora-zatiketa bidezko multiplexazioa, bereziki, seinale digitaletan erabiltzen da, baina seinale analogikoak multiplexatzeko erabil daiteke ere. Multiplexazio mota honetan, bi seinale analogiko edo bit-fluxu transmititu egiten dira komunikazio kanal bakarra erabiliz, baina kanala fisikoki txandakatzen dute.[4] Denboraren domeinua zatitu egiten da luzera finkoko tarte desberdinetan. Denbora domeinu osoan zehar tarte hauek errepika daitezke, izan ere, denbora-tarte bakarra dago azpi-kanal bakoitzerako. Lehenengo azpi-kanalaren bytea edo datu-blokea lehenengo denbora-tartean transmitituko da. Ondoren, bigarren azpi-kanalaren bytea edo datu-blokea transmitituko da. Prozesu hau azpi-kanal bakoitzarekin egingo da eta azkenengo azpi-kanalera heltzean, berriz, lehenengoak izango du aukera bere informazioa transmititzeko. Beraz, begizta bat sortzen da mekanismo hau erabiliz. TDM trama bakoitza azpi-kanal bakoitzaren slotak eta sinkronizazio kanalak osatzen dute, batzuetan erroreak zuzentzeko kanal bat egon daiteke ere.

• Hierarkia digital plesinkronoan (PDH). PCM sistema deritze ere. Sistema horretan kobrezko 4 hariko kable baten bitartez (T-eramailea edo E-eramailea) transmisio digitaleko zenbait deietarako erabiltzen da edo zuntzezko kablearen bidez zirkuitu digital bat bideratuz.
• Hierarkia digital sinkronoak (SDH)/sare optiko sinkronikoak (SONET) datuak transmititzeko estandarra aldatu du PDH estandarra ordezkatuz.
• Oinarrizko Tarifaren Interfazea eta Lehen Mailako Tasaren Interfazea Zerbitzu Integratuen Sare Digitalerako (ISDN).
• RIFF (WAV) audio-estandarrak ezker eta eskuin estereo seinaleak tartekatzen ditu lagin bakoitzeko.

TDM multiplexazio sistemak aplikazio gehiago izan ahal ditu denbora-zatiketa bidezko multiplexazio sarbidea (TDMA) sistema inplementatuz. TDMA sistema batean lotura fisiko bakar batera hainbat estazio desberdin konekta daitezke, esate baterako maiztasun-kanal berdina partekatuz:

• GSM sistema telefonikoa.

• Datu taktikoen estekak: 16. esteka eta 22. esteka.

Zirkuituen kommutazio-sareetan, adibidez telefono-sare publiko kommutatuan (PSTN), gomendagarria da dei multzo bat transmisio media bakar batetik transmititzea. Era horretan, deiak transmititzeko erabiltzen den medioaren banda zabaleraren erabilera eraginkorragoa izango da.[5] Denbora-zatiketa bidezko multiplexazio sistema batek, TDM sistema batek, telefono-kommutadoreak transmititzeko eta jasotzeko aukera ematen du, transmisio-korronte baten barruan kanalak sortzeko. DS0 ahots-seinale estandarrak 64 kbit/s-ko bit-abiadura bermatzen du.[5][6] TDM sistema batean zirkuitu batek banda-zabalera handiago batekin funtzionatzen du. Hori dela eta, banda-zabalera denbora tarte desberdinetan zatituko da. Tarte bakoitza ahots-seinale bati esleituko zaio eta trama guztiek multiplexatuz aukera izango dute transmisio lerrotik transmititu ahal izateko. Sistema horretan n ahots-seinale baldin badaude, sistemaren banda zabalera n*64 kbit/s-ekoa izango da.[5]

TDM sistema batean ahots-seinale bakoitzak duen denbora slotari kanal deritzo. Europako sisteman TDM trama estandar batek 30 ahots-kanal ditu. Bestalde, Amerikako sisteman, T1 sisteman, 24 ahots-kanal. Dena den, sisteman bietan estandarrak zenbait bit gehigarri ditu seinaleztapenerako eta sinkronizaziorako.[5]

24 edo 30 ahots-kanal multiplexatzen baldin badira, goi-mailako multiplexazioa deritzo. Goi-mailako multiplexazioa TDM sare estandar baten ahots-kanalak multiplexatuz lortzen da. Esate baterako, Europako 120 kanaleko TDM trama bat lortzeko 30 kanaleko 4 estandar multiplexatu behar dira. Goi-mailako multiplexazio bakoitzean, beheragoko hurreneko lau TDM trama konbinatzen dira, n* 64 kbit/s-ko banda-zabalerarekin multiplexak sortuz, non n = 120, 480, 1920, etab.[5]

Hiru TDM sinkrono mota daude: T1, SONET/SDH eta ISDN.[7]

Hierarkia digital plesinkronoa (PDH) goi-mailako tramak multiplexatzeko estandar bezala garatu egin zen. PDH kanal gehiago sortu zituen Europako 30 kanaleko TDM trama estandarra multiplexatuz. Konponbide hau denbora baten erabili izan zen, baina PDHk berezko hainbat eragozpen izan zituen. Horren ondorioz, Hierarkia Digital Sinkronoa (SDH) garatu zen. SDHren garapena burutzeko kontuan izan zituzten baldintzak hurrengoak dira:[5][6]

• Sinkronoa izatea – Sistemako erloju guztiak erreferentziako erloju batekin sinkronizatuta egon behar dira.
• Konexiora oinarrituta izatea – SDHk trafikoa bideratu behar du amaierako trukaketatik amaierako trukaketara (End Exchange to End Exchange) ibilbidean gauzatzen diren trukaketaz arduratu gabe non banda-zabalera erreserba daiteke denbora-tarte zehatz batean maila zehatz batentzako.
• Edozein tamainako trama baten edozein tamainako SDH trama bat ezabatzeko edo txertatzeko aukera izatea.
• Erroreak egotekotan hauek konpontzeko fidagarritasun maila altua bermatzea.
• Datu tramak abiadura altu batekin multiplexatzeko aukera izatea. Soilik teknologia motak mugatuko du abiadura hori.
• Bit-abiadura errore gutxi izatea.

SDH transmisio protokolo nagusia bihurtu da PSTN sare gehienetan. Protokolo hau 1.544 Mbit/s-eko abiadura izateko eta goi-mailako multiplexazio erabiltzeko garatu egin zen. Era horretan, SDH trama handiagoak sortu ahal ziren STM (ingeles, Synchronous Transport Modules). STM-1 trama batean bit-fluxu txikiagoak multiplexatzen dira trama hau sortu ahal izateko. STM-1 trama batek 155.55 Mbit/s-eko abiadura izan dezake. Era berean, SDH protokoloko trama batek beste protokolo desberdin baten tramak multiplexa dezake, esate baterako Ethernet, PPP edo ATM protokoloko tramak.[5][6]

SDH transmisio-protokolotzat hartzen den bitartean (OSI arkitektura ereduko 1. geruza), kommutazio-funtzio batzuk ere betetzen ditu.[5] SDH sare baten funtzio nagusiak hurrengoak dira:

• SDH konexio gurutzatua – SDH konexio gurutzatua denbora-espazio-denbora SDH etengailu baten bertsioa da. Sarrerako edozein kanaleko edozein sarrera irteerako edozein kanaleko edozein irteerarekin konektatzen da. SDH konexio gurutzatua trantsizio-trukaketan erabiltzen da, non sarrera-irteera guztiak beste trukaketa gailuetara konektatu dauden.[5]
• Gehitu eta jaregin SDH multiplexorea – Gehitu eta jaregin SDH multiplexorea (ADM) 1.544 Mb-ra multiplexatutako edozein trama gehi edo ezaba dezake. ADMek zehazten duen geruzatik behera SDH erabil daiteke. ADM SDHek SDH konexio gurutzatu baten ataza ere egin dezakete, eta harpidedunen kanalak PSTN sare zentralera konektatuta dauden azken trukeetan erabiltzen dira.[5]

SDH sarearen funtzioak abiadura handiko zuntz batera konektatuta daude. Zuntz optikoaren funtzionamendua argi-pultsuetan oinarritzen da. Hau da, zuntzak argi-pultsu bakoitzeko datuak transmititzeko gai da, hori dela eta datu transmisio abiadura oso azkarra da. Gaur egun erabiltzen diren zuntz optikoek uhin-luzeraren zatiketa bidezko multiplexazioa (WDM multiplexazioa) erabiltzen dute. Multiplexazio mota honetan seinaleak uhin-luzera ezberdinetara transmititzen dira transmisiorako kanal gehigarriak sortuz. Ezaugarri honen ondorioz, loturaren abiadura eta kapazitatea handitu egiten da. Gainera, kostu unitarioak eta kostu totalak murriztu egiten dira.[5][6]

Denbora-zatiketa bidezko multiplexazio estatistikoa (STDM) TDMren bertsio aurreratu bat da.Bertsio berri honetan terminalaren helbidea eta datuak elkarrekin transmititzen dira bideraketa hobetzeko asmoz. STDMk aukera ematen du banda-zabalera lerro bakar batean zatitzeko. Gaur egun, unibertsitate eta korporazio ugarik TDM mota hau erabiltzen dute banda-zabalera banatzeko.

Sare batera sartzeko lerroak 10 Mbit-eko abiadura eskaintzen baldin badu, STDMk 56k-ko 178 terminal desberdin eskaintzeko aukera ematen du, hots, 178 * 56k = 9.96 Mb da. Dena den, erabilera ohikoagoa da banda-zabalera bakarrik ematea soilik beharrezkoa denean. STDMk ez du denbora tarte bat gordetzen terminal bakoitzarentzat, terminal batek informazioa bidali edo jaso nahi duenean tarte bat eskatzeko aukera izango du.

Jatorrizko forman, TDM kanal kopuru finko batekin erabiltzen da eta kanal bakoitzak banda-zabalera finko bat izango du. Banda-zabaleraren erreserbak multiplexazio estatistikoaren denbora-zatiketaren araberako multiplexazioa eta denbora-zatiketaren araberako multiplexazio estatistikoa bereizten ditu. Esan bezala, TDMaren jatorrizko ereduan, denbora tarteak orden finko batean esleitzen zaizkie kanalei eta denbora tarte hauek denboran zehar errepikatzen dira, pakete bidez programatu beharrean.

TDMA dinamikoan, programazio-algoritmoaren arabera, dinamikoki denbora tramen kopuru aldakor bat gordetzen da koadro bakoitzean bit-tasa aldakorren datu-fluxuetara, datu-fluxu bakoitzaren trafiko-eskariaren arabera.[8] TDMA dinamikoa erabiltzen da:

• HIPERLAN/2
• Transferentzia sinkrono dinamikoa
• IEEE 802.16

• FDM
• Duplex
• Uhin-luzeraren zatiketa bidezko multiplexazio

• Redes de computadoras Kuroseren liburua