مالتی پلکسینگ چیست؟

مالتی پلکسینگ تکنیکی است که برای ترکیب و ارسال جریان های چندگانه داده از طریق یک رسانه استفاده می شود. روند ترکیب جریان داده ها به عنوان مالتی پلکسینگ و سخت افزار مورد استفاده برای مالتی پلکسینگ به عنوان مالتی پلکسر شناخته می شود.

مالتی پلکسینگ با استفاده از دستگاهی به نام مالتی پلکسر (MUX) که n خط ورودی را برای تولید یک خط خروجی منفرد ترکیب می کند، حاصل می شود. مالتی پلکسینگ از چندین خط به یک، یعنی n خط ورودی و یک خط خروجی پیروی می کند.

چرا مالتی پلکسینگ؟

• از رسانه انتقال برای ارسال سیگنال از فرستنده به گیرنده استفاده می شود. رسانه می تواند هر بار فقط یک سیگنال داشته باشد.
• اگر چندین سیگنال برای به اشتراک گذاری یک رسانه وجود داشته باشد، باید محیط را به گونه ای تقسیم کرد که به هر سیگنال بخشی از پهنای باند موجود داده شود. به عنوان مثال: اگر 10 سیگنال وجود داشته باشد و پهنای باند متوسط ​​100 واحد باشد، 10 واحد با هر سیگنال به اشتراک گذاشته می شود.
• وقتی چندین سیگنال در محیط مشترک به اشتراک گذاشته می شوند، احتمال برخورد وجود دارد. برای جلوگیری از چنین برخوردی از مفهوم مالتی پلکسینگ استفاده می شود.
• خدمات انتقال بسیار گران است.

تاریخچه مالتی پلکسینگ

• تکنیک مالتی پلکسینگ به طور گسترده ای در ارتباطات از راه دور استفاده می شود که در آن چندین تماس تلفنی از طریق یک سیم انجام می شود.
• مالتی پلکسینگ از اوایل دهه 1870 در تلگرافی آغاز شد و اکنون به طور گسترده ای در ارتباطات استفاده می شود.
• جورج اوون اسكوئر در سال 1910 مالتی پلكسی حامل تلفن را توسعه داد.

مفهوم مالتی پلکسینگ

• خطوط ورودی «n» از طریق یک مالتی پلکسر منتقل می شوند و مالتی پلکسر سیگنال ها را برای تشکیل سیگنال ترکیبی ترکیب می کند.
• سیگنال کامپوزیت از طریق Demultiplexer منتقل می شود و demultiplexer یک سیگنال را به سیگنال های جدا می کند و آنها را به مقصد مربوطه منتقل می کند.

مزایای مالتی پلکسینگ:

• بیش از یک سیگنال می تواند از طریق یک رسانه واحد ارسال شود.
• از پهنای باند یک رسانه می توان به طور موثر استفاده کرد.

تکنیک های مالتی پلکسینگ

تکنیک های مالتی پلکسینگ را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس (FDM)

• این یک تکنیک آنالوگ است.
• Multiplexing Division Frequency یک تکنیک است که در آن پهنای باند موجود یک رسانه انتقال منفرد به چندین کانال تقسیم می شود.

  

• در نمودار بالا، یک محیط انتقال واحد به چندین کانال فرکانسی تقسیم می شود و هر کانال فرکانس به دستگاه های مختلف داده می شود. دستگاه 1 دارای یک کانال فرکانس از 1 تا 5 است.
• سیگنال های ورودی با استفاده از تکنیک های مدولاسیون به باند فرکانسی ترجمه می شوند و آنها توسط یک مالتی پلکسر ترکیب شده و سیگنال کامپوزیتی را تشکیل می دهند.
• هدف اصلی FDM تقسیم پهنای باند موجود به کانال های فرکانسی مختلف و تخصیص آنها به دستگاه های مختلف است.
• با استفاده از روش مدولاسیون، سیگنال های ورودی به باندهای فرکانسی منتقل می شوند و سپس با هم ترکیب می شوند و سیگنال کامپوزیتی را
• تشکیل می دهند.
• حامل هایی که برای تعدیل سیگنال ها استفاده می شوند به عنوان حامل های فرعی شناخته می شوند. آنها به صورت f1،f2…fn نشان داده می شوند.
• FDM عمدتا در پخش های رادیویی و شبکه های تلویزیونی استفاده می شود.

مزایای FDM:

• FDM برای سیگنال های آنالوگ استفاده می شود.
• فرآیند FDM مدولاسیون بسیار ساده و آسان است.
• تعداد زیادی سیگنال از طریق FDM به طور همزمان ارسال می شود.
• به هیچگونه هماهنگی بین فرستنده و گیرنده نیاز ندارد.

معایب FDM:

• تکنیک FDM فقط در مواقعی که به کانال های با سرعت کم نیاز باشد استفاده می شود.
• از مشکل کراس کلاک رنج می برد.
• تعداد زیادی تعدیل کننده مورد نیاز است.
• این به یک کانال پهنای باند بالا نیاز دارد.

برنامه های FDM:

• FDM معمولاً در شبکه های تلویزیونی مورد استفاده قرار می گیرد.
• در پخش FM و AM استفاده می شود. هر ایستگاه رادیویی FM فرکانس های مختلفی دارد و آنها برای ایجاد سیگنال ترکیبی چندگانه می شوند. سیگنال چندگانه در هوا منتقل می شود.

مالتی پلکسینگ تقسیم طول موج (WDM)

• مالتی پلکسینگ با طول موج همان FDM است با این تفاوت که سیگنال های نوری از طریق کابل فیبر نوری منتقل می شوند.
• WDM در فیبر نوری برای افزایش ظرفیت یک فیبر استفاده می شود.
• برای استفاده از قابلیت سرعت بالای داده کابل فیبر نوری استفاده می شود.
• این یک روش مالتی پلکسینگ آنالوگ است.
• سیگنال های نوری از منبع مختلف با هم ترکیب می شوند و یک باند وسیع تری از نور را با کمک مالتی پلکسر تشکیل می دهند.
• در انتهای دریافت، دستگاه مالتی پلکسر سیگنال ها را برای انتقال آنها به مقصد مربوطه جدا می کند.
• با استفاده از منشور می توان به مالتی پلکسینگ و چند کاره سازی دست یافت.
• منشور می تواند با ترکیب سیگنال های مختلف نوری و تشکیل سیگنال کامپوزیت، نقش مولتی پلکسر را ایفا کند و سیگنال کامپوزیت از طریق کابل فیبر نوری منتقل می شود.
• منشور همچنین یک عمل معکوس انجام می دهد، به عنوان مثال، چند برابر سازی سیگنال.

مالتی پلکسینگ تقسیم زمان

• این یک تکنیک دیجیتالی است.
• در تکنیک Multiplexing Division Frequency، همه سیگنال ها در یک زمان با فرکانس متفاوت کار می کنند، اما در صورت استفاده از تکنیک Multiplexing Time Division، همه سیگنال ها در یک فرکانس با زمان متفاوت کار می کنند.
• در تکنیک Time Division Multiplexing، کل زمان موجود در کانال بین کاربران مختلف توزیع می شود. بنابراین، به هر کاربر با فاصله زمانی متفاوتی اختصاص داده می شود که به عنوان یک اسلات زمان شناخته می شود و در آن داده ها توسط فرستنده ارسال می شوند.
• یک کاربر کنترل کانال را برای مدت زمان مشخصی در دست می گیرد.
• در تکنیک Multiplexing Time Division، داده ها به طور همزمان منتقل نمی شوند بلکه داده ها یک به یک منتقل می شوند.
• در TDM سیگنال به صورت فریم منتقل می شود. فریم ها شامل چرخه ای از اسلات های زمانی هستند که در آن هر فریم شامل یک یا چند اسلات اختصاص یافته به هر کاربر است.
• می توان از آن برای سیگنال های دیجیتال و آنالوگ چندگانه استفاده کرد اما عمدتا برای سیگنال های دیجیتال چندگانه استفاده می شود.

دو نوع TDM وجود دارد:

• TDM همزمان
• TDM ناهمزمان

TDM همزمان

• Synchronous TDM روشی است که در آن شکاف زمانی برای هر دستگاه از قبل تعیین می شود.
• در Synchronous TDM، به هر دستگاهی صرف نظر از اینکه دستگاه حاوی داده است یا نه، اسلات زمانی اختصاص داده می شود.
• اگر دستگاه هیچ داده ای نداشته باشد، شکاف خالی خواهد ماند.
• در Synchronous TDM، سیگنال ها به صورت فریم ارسال می شوند. اسلات های زمانی به صورت فریم مرتب می شوند. اگر دستگاهی اطلاعات مربوط به یک شیار زمانی خاص را نداشته باشد، شکاف خالی منتقل می شود.
• محبوب ترین Synchronous TDM چندگانه سازی T-1، مالتی پلکسینگ ISDN و مالتی پلکسینگ SONET است.
• اگر n دستگاه وجود داشته باشد، n اسلات وجود دارد.

مفهوم Synchronous TDM

در شکل بالا، روش Synchronous TDM پیاده سازی شده است. هر دستگاه با مقداری اسلات اختصاص می یابد. اسلات های زمانی صرف نظر از اینکه فرستنده داده ای برای ارسال دارد یا خیر ، منتقل می شود.

معایب Synchronous TDM:

• از ظرفیت کانال بطور کامل استفاده نمی شود زیرا شکاف های خالی نیز منتقل می شوند که فاقد داده هستند. در شکل بالا، فریم اول کاملا پر شده است، اما در دو فریم آخر، برخی اسلات ها خالی است. بنابراین، می توان گفت که از ظرفیت کانال به طور کارآمد استفاده نمی شود.
• سرعت محیط انتقال باید بیشتر از سرعت کل خطوط ورودی باشد. یک روش جایگزین برای TDM همزمان، چندگانه سازی تقسیم زمان ناهمزمان است.

TDM ناهمزمان

• یک TDM ناهمزمان به عنوان TDM آماری نیز شناخته می شود.
• TDM ناهمزمان تکنیکی است که در آن شکاف های زمانی مانند مورد Synchronous TDM ثابت نیستند. اسلات های زمانی فقط به دستگاه هایی اختصاص داده می شوند که داده ها را برای ارسال دارند. بنابراین، می توان گفت که مولتیکسور Asynchronous Time Division فقط داده ها را از ایستگاه های کاری فعال منتقل می کند.
• یک تکنیک ناهمزمان TDM بطور پویا شکاف های زمانی را به دستگاه ها اختصاص می دهد.
• در Asynchronous TDM، سرعت کل خطوط ورودی می تواند بیشتر از ظرفیت کانال باشد.
• Multiplexor Asynchronous Time Division جریان های داده ورودی را می پذیرد و یک کادر ایجاد می کند که فقط شامل داده های بدون شکاف خالی است.
• در Asynchronous TDM، هر شکاف حاوی یک قسمت آدرس است که منبع داده را مشخص می کند.

• تفاوت بین Asynchronous TDM و Synchronous TDM در این است که بسیاری از اسلات ها در Synchronous TDM استفاده نشده اند، اما در Asynchronous TDM، اسلات ها کاملاً استفاده می شوند. این امر منجر به کاهش زمان انتقال و استفاده بهینه از ظرفیت کانال می شود.
• در Synchronous TDM، اگر n دستگاه ارسال کننده وجود داشته باشد، n جایگاه زمانی وجود دارد. در Asynchronous TDM، اگر n دستگاه ارسال کننده وجود داشته باشد، m اسلات های زمانی وجود دارد که m کمتر از n است (m <n).
• تعداد اسلات های یک فریم به تجزیه و تحلیل آماری تعداد خطوط ورودی بستگی دارد.

مفهوم ناهمزمان TDM

در نمودار بالا، 4 دستگاه وجود دارد، اما فقط دو دستگاه داده ها را ارسال می كنند، یعنی A و C. بنابراین، داده های A و C فقط از طریق خط انتقال منتقل می شوند.

قاب نمودار فوق را می توان به صورت زیر نشان داد:

شکل بالا نشان می دهد که قسمت داده حاوی آدرس تعیین کننده منبع داده است.