Multiplexage. Equipements. Caractéristiques d un multiplexeur

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1 Multiplexage Principe :Traiter le signal pour concentrer des fux d origines diverses sous forme d un signal composite unique => signal multiplex Equipements rôle du multiplexeur : regrouper les infos en provenance de voies basse vitesse (VBV) sur un unique circuit à plus fort débit (VHV) rôle du démultiplexeur : accepter les informations multiplexées, séparer les informations appartenant aux différentes communications et les délivrer sur les bonnes lignes de sortie Caractéristiques d un multiplexeur Les principaux critères d évaluation des performances d un multiplexeur sont : -son effcacité, -son aptitude à mélanger les messages de données de type différent (codes, débits, modes de transmission synchrone/asynchrone,...), -le transfert de voies, -la transmission des signalisations dans la bande ou hors bande (par canal sémaphore). 1

2 Multiplexage en fréquence Multiplexage temporel synchrone Principe :Découper la bande passante d un canal en plusieurs sous-bandesappelées canaux.chaque sous-bande est affectée à une voie de transmission Multiplexage temporel asynchrone (ou statistique) Pour prévenir les interférences entre les canaux, présence de bandes de garde non utilisées pour la transmission isolant les canaux les uns des autres Effcacité Dans le cas du réseau téléphonique, une voie utilise une bande de 4000 Hz (en réalité3000 Hz et deux espacesinterbandede 500 Hz). L effcacité du multiplexage fréquentiel est défnie comme le rapport de la somme des sousbandes sur la bande totale du support Elle est assez faible, de l ordre de 25% L'UITa normaliséla répartition des fréquences: 12 voies téléphoniques forment un groupeprimairegp ou groupe de base (bande de 48 khz utiliséentre 60 et 108 khz), La hiérarchiede multiplexage consiste ensuite àregrouper 5 GP pour former un groupe secondairegs (60 voies), dans la bande khz puis 5 GS pour former un groupe tertiaire(300 voies), bande khz, puis 3 GT (900 voies) pour former un groupe quaternaire khz 2

3 l'allocationdu canal de fréquences. Ceci est important dans le cas d'applications àforte contrainte temporelle (comme le téléphone). inconvénient : la réservation d'un canal n'implique pas son utilisation permanente. nécessitéde l'espace interbandepour remédier aux problèmes de recouvremententre canaux. Tout cela entraîne un gaspillage de la bande passante. Le FDMest étroitement associéaux transmissions analogiques. Dans le cadre des réseaux defbres optiques, une autre technique de multiplexage apparentéest utilisé: le Multiplexage enlonguerd'ondeou WDM(WavelengthDivisionMultiplexing). Multiplexage temporel synchrone ou TDM (Time DivisionMultiplexing) Principe :Des bits ou (des octets) sont prélevés successivement sur les différentes voies reliées au multiplexeur pour construire un train de bits (ou d octets) qui constituera le signal composite. Le train de bits est appelé cycle, trame multiplexée ou encore multiplex. Chaque intervalle de temps ( IT) est affecté à une voie. => Partage de temps d utilisation du support en IT, la totalité de la BP est allouée à une voie pendant cet IT Contenu d un IT (ou slot) soit un caractère, le multiplexage est alors dit orientécaractère. On l'utilise pour des VBV asynchrones oùl'unitéde données est le caractère. Le caractère est transférédans le multiplex débarrasséde ses bitsstartet stop, soit un bit, le multiplexage est dit orientébit. Il est utilisépour des voies basse vitesse synchrones. Une trame synchrone émise sur la VHV a généralement une longueur quelconque L invariable dans le temps, connue des deux extrémités. Fréquence du cycle: Le multiplexage est dit synchrone car la fréquence du cycle est synchronisée avec la fréquence des VBV (dépend du débit) de manière àrendre transparent le transfert sur la VHV. Fréquence du cycle est un multiple de la fréquence VBV. 3

4 l arrivée de nouvelles données) L'ensemble desitsréservés par une source de trame en trame est appeléun canal( ITsàune position fxe => identifcation par position) Deux problèmes se posent: Comment assurer la synchronisationentre équipements? Comment transmettre la signalisation? La réponse au premier problème consiste à réserver des bits pourla synchronisation: soit 1 élément de synchronisation au début de chaque trame, soitun bit au début de chaque trame dont la valeur sera alternée ( ). La transmission de la signalisationpeut être effectuée soit en affectant un canal temporel (Signalisation Hors Bande des utilisateurs), soit en utilisant des bits des différents canaux temporels des utilisateurs (Signalisation Dans la Bande). Plusieurs techniques de multiplexage temporel ont fait l'objet de normalisation par l'uit. Dans la plupart des pays, hormis l'amérique du Nord et le Japon, un multiplex à2mbps(2048 Kbit/s) de voies téléphoniques MIC à64 kbit/s a étéconsidéréet connue sous la norme de G.732. Le canal est nommécanal E1. G.732défnit une trame de 32ITsde 8 bitsqui se reproduit toutes les 125 µs. DeuxITssont réservés pour la signalisation. L'IT 0 des trames contient un élément de synchronisationappeléaussi verrouillage de trame. L'IT 16 contient la signalisation(signalisation hors bande réservéaux utilisateurs). Ainsi, en réalité, il n'y a que 30 voies d'utilisateursmultiplexées. D'autres techniques utilisent la signalisation dans la bande: Chaque IT contient 7 bits d'information + 1 bit indiquant le type d'information (données utilisateur ou signalisation). Ou bien ( norme G733du canal T1du multiplex à1,544 Mbit/s de 24 voies): chaque IT d'une voie contient 8 bits de données durant 5 trames et 7 bits de données et 1 bit de signalisation dans la trame qui suit (cette signalisation dans la bandeest appelée aussi signalisation par vol de bit). Au début de chaque trame, un bit est utilisépour la synchronisation. 4

5 tour multiplexés selon une hiérarchie appelée hiérarchie numériqueplésiochroneou PDH (PlesiochronousDigitalHierarchy). Comme pour lesmultiplexsprimaires, il existe des différences dans lesmultiplexsde niveaux supérieurs entre l'europe, lesetats-unis et le Japon. En Europe, chaque multiplex combine les trames issus des 4 systèmes (appelés affuents) de l'ordre inférieur: E1 (2,048 Mbps), E2=4*E1 (8,448Mbps), E3=4*E2 (34,368Mbps) et E4=4*E3 (139,264Mbps). AuxEtatsUnis: T1 (1,544Mbps), T2=4*T1 (6,312Mbps) et T3=7*T2 (44,736Mbps). Au Japon: T1 (1,544Mbps), T2=4*T1 (6,312Mbps), T3=5*T2 (32,064Mbps) et T4=3*T3 (97,728Mbps). Il faut remarquer que le débit d'un multiplex est supérieur à la somme des débits demultiplexsde niveau inférieur. Cela est du au fait que des bits de bourrage (appelés bits de justifcation positive) sont rajoutés pour pallier aux différences de rythme des affuents. Cela permet de rendre synchronesles voiesplésiochrones. 5

6 Inconvénient : avantage: disponibilitéde la ressource de transport dès qu'elle a étéaffectée. Lorsqu'il faut extraire un canal de 2Mbpsd'un multiplex à140mbps, trois opérations de démultiplexage sont nécessaires qui entraînent une perte d'effcacité. Inconvénient: si utilisation non permanente de cette ressource, il y a gaspillagecar elle ne peut être utilisée par un autre canal. Ces techniques sont bien adaptés aux applications àforte contrainte temporelletelle que la téléphonie (RNIS), et mal adaptés aux applications informatiques. Le TDMest bien adaptéaux réseaux numériques Effcacité L'effcacitéed'un multiplexeur temporel est donnée par e = ( i=1 )/D VHV N = nombre de voies basse vitesse, = débit de la voie en caractères par seconde, = nombre de bits dans un caractère de la voie i. débit de la voie haute vitesse VHV L'effcacitéest, en principe, inférieure à1, car la somme des débits est inférieure au D VHV. L'effcacitéest supérieure àcelle du multiplexage en fréquence. Elle peut atteindre N C i N i : 0,8 dans le cas du multiplexeur par caractère, 0,9 dans le cas du multiplexeur par bit. Principe : Multiplexage temporel statistique Le prélèvement sur les différentes voies reliées au multiplexeur n est plus cyclique mais est effectué dynamiquement en permanence selon l activité réelle sur chacune d elle Récupérer la bande passante des voies inactives (mais obligation de transmettre l adresse de la voie émettrice) C i N i D = C i 6

7 le débit (Dvhv) est inférieur à la somme des débits des voies reliées au multiplexeur ( Di), il y a sur-allocation (overbooking) le rapport Di /Dvhvest couramment de 4 à 5 => très utilisé pour les lignes spécialisées permanentes Inconvénient : Le multiplexage temporel asynchroneenvoyant les données sur le support sans affectation préalable d'its, chaque trame doit contenir l'adresse du destinataire ou un numéro de canal logique auquel il appartient => overhead le même support sont mis dans une fle d'attente. Un processeur de sortie contrôle l'accès et émet les différentes données dans l'ordre de la fle. Dans ce cas, il y a une très bonne utilisationde la ressource mais du fait de la non réservation de la bande passante pour la transmission, un temps d'attentevient se rajouter au temps de propagation; il n'est pas constant et dépend du trafc dans le réseau. Les applications àforte contrainte temporelles'accomodentmal de cette variation du temps Performances On considère les paramètres suivants : N = nombre de sources en entrée = d : débit de chaque source i D = débit effectif de la VHV = pourcentage de temps en moyenne pendant lequel chaque source transmet, 0<<1 k = D/(N.d) = rapport de la capacitéde la ligne sur l'entrée totale maximale. Le paramètre k est un indicateur de la compression accomplie par le multiplexeur. ex : k = 0,25 => 4 fois plus de lignes traitées que dans le multiplexage synchrone. Si k <, les entrées dépassent la capacitédu multiplexeur. On peut modéliser un multiplexeur statistique comme une fle d'attente dans laquelle arriveraient de multiples sources. Les inter-arrivées suivent une distribution de Poisson de taux. Le temps de transmission d un bit S est constant S = 1 / D, et la moyenne des arrivées est =.N.d.. On défnit le paramètre, taux d'utilisation de la VHV, comme =.S. On d défnit le paramètre q (le nombre moyen d'unités de données dans la fle). q est une mesure i de l'espacebufferutilisédans le multiplexeur. Résultat : q = ²/2(1- + ) 7