Téléinformatique

Téléinformatique
Antoine Gallais, Maître de Conférences
Université Louis Pasteur, Département Informatique
Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT
[email protected]
http://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais
Ce cours est construit sur la base de plusieurs supports pédagogiques parmi lesquels les cours de
Jean-Jacques Pansiot, Gilles Grimaud, Nathalie Mitton, Nadia Bel Hadj Aissa. L’usage de ce support ne peut être qu’académique.
Rappels sur l’organisation (1)
http://clarinet.u-strasbg.fr/~montavont/web/ens/index.php?n=Main.LPARS
Pour l’instant: 39 heures
⇒
Une heure sera récupérée …
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Rappels sur l’organisation (2)
Contacts, forums etc.
Y aller…
Répondre aux mails…
Pas de stage pas de licence
Feuilles d’émargement
http://clarinet.u-strasbg.fr/~montavont/web/ens/index.php?n=Main.LPARS
1 par jour
Collecte hebdomadaire à remettre au secrétariat
Si oubli alors suppression de la subvention de la région à l’entreprise
partenaire…
Si signature manquante alors que présent, dommage…
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1
Rappel: Transmettre les données
En parallèle ou en série
En parallèle
Envois simultanés sur des supports distincts
Utilisé sur de courtes distances
Problèmes de synchronisation
En série
Envois successifs sur un même support
2 façons d’émettre en série
Synchrone ou asynchrone
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Rappel: Transmission en série
De façon synchrone
Synchronisation
Chaque
temps
Emetteur/récepteur
1er bit est envoyé au début d’un intervalle de
Temps
De façon asynchrone
Aucune
relation émetteur/récepteur pré-établie
encadré par bits Start/Stop
Caractère
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La synchronisation bit
Sérialiser l’information à l’émission
La désérialiser à la réception
Echantillonner le signal reçu :
à la bonne fréquence (1/∆)
à la bonne phase (ex : au milieu de ∆)
Maintenir la synchronisation bit
Soit en permanence : transmission synchrone
Soit rétablie pour chaque caractère : transmission asynchrone
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2
Transmissions sur un réseau
Ensemble de points
reliés
par des lignes de communication
Liaisons point à point
Bande de base ou large bande
Synchronisation
…
En réalité
Le
cœur du réseau
partage?
Quel
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Multiplexage
Multiplexeur
Equipement permettant d’utiliser une Voie Haute Vitesse (VHV) pour
écouler le trafic en provenance de plusieurs Voies Basse Vitesse
(VBV)
Efficacité d’un multiplexeur
e = Σ di / D
di : débit utile de la ième voie basse vitesse
D : débit maximum sur la voie haute vitesse
e < 1 : cas du multiplexage statique
e ≥ 1 : cas du multiplexage statistique
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Multiplexage
Partage des medias de communication
Multiplexage fréquentiel
Chaque utilisateur « possède » une partie de la bande passante
MRF ou FDM
Multiplexage temporel
Pendant un laps de temps fixe, chaque utilisateur possède la totalité
de la bande passante
MRT ou TDM
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3
Exemples de multiplexage
Multiplexage par répartition de fréquences
Radiodiffusion
Bande passante de 87 MHz à 108 MHz
Une sous-plage de fréquences pour station de radio
Multiplexage à répartition dans le temps
2
sous-canaux logiques pour une seule station de radio
cyclique entre canaux dédiés à la
musique/pub
Alternance
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Multiplexage fréquentiel (1)
Principe: bande passante divisée en sous-bandes (canaux)
Signaux de chaque VBV -> signaux sinusoïdaux
Aussi appelé multiplexage spatial
Transmission sur la VHV
transposition de fréquence : une porteuse fi pour chaque voie basse vitesse i
ex: en modulation de fréquence : 0, 1 codés par fi + ∆ f, fi - ∆ f
Exemple du réseau téléphonique analogique :
bande passante des VBV :
la bande passante de la VHV est découpée en canaux de 4000Hz
4000 Hz = 3100 Hz + 2* 450 Hz (espaces inter-bande)
groupe primaire = 12 canaux entre 60 kHz et 108 kHz
groupe secondaire = 5 groupes primaires 312-552 kHz 60 voies
groupe tertiaire = 5 groupes secondaires, 300 voies
groupe quaternaire = 3 gr. Tertiaires, 900 voies
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Multiplexage fréquentiel (2)
ADSL
Téléphonie
analogique + canaux numériques
GSM
Plusieurs
canaux (ou fréquences) par cellule
Fréquences différentes cellules adjacentes
BP d’un canal ~200 kHz
124 canaux montants entre 890 - 915 MHz (idem descendant)
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4
Multiplexage fréquentiel (3)
Arrivée de la fibre optique
Multiplexage fréquentiel avec de très hautes fréquences: WDM …
Mais toujours quelques éléments de cuivre dans le système
⇒ Multiplexage fréquentiel sur supports de cuivre ou sur micro-ondes
Emploi de circuits analogiques
⇒
Opérations difficiles à confier à un ordinateur
TDM : Utilisation de signaux numériques
⇒
Problème : Boucles locales produisent signaux analogiques Transformation de signaux analogiques en signaux numériques
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Retour sur la numérisation
Numériser des signaux analogiques
Échantillonner
le signal
Prendre des « morceaux » représentatifs
Quantifier
Attribuer à chaque morceau une valeur proportionnelle à
l’amplitude du signal correspondant
Coder
Représenter l’échantillon sous forme d’une suite binaire
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Echantillonnage
Observation régulière du signal
Comment définir la fréquence d’observation?
Dépend de la fréquence
Ex:
fréquence élevée => observation intensive
fréquence basse => périodes d’observation plus espacées
Rappel: Nyquist et Shannon
Si fréquence d’échantillonnage trop faible alors perte d’informations
Si fréquence d’échantillonnage trop élevée alors aucun gain
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Exemple d’échantillonnage
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Quantification
Convertisseur Analogique-Numérique (CAN)
Approximation d’un signal continu
Adaptation de l’échelle de quantification à la dynamique du signal.
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Multiplexage temporel
TDM applicable pour des infos numériques
Numérisation des signaux produits par les boucles locales
Signaux combinés en sortie sur une seule artère numérique
réalisée au centre de rattachement local
Codec
⇒
⇒
⇒
En sortie: une succession de blocs de 8 bits
Pour chaque signal entrant, 8000 échantillons / seconde (cf. Nyquist: OK pour BP de 4 kHz)
125 µs / échantillon
Modulation par Impulsion et Codage (MIC) ou Pulse Code Modulation (PCM)
Au cœur des réseaux téléphoniques
Aucun consensus trouvé à l’UIT (Union internationale des télécommunications)
Différents types de multiplexage temporel:
⇒
Utilisation de différentes techniques incompatibles (cf. normes G.733 et G.732)
Multiplexage temporel statique
Multiplexage temporel statistique
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Multiplexage temporel statique (1)
Temps découpé en tranches fixes (IT)
Allouées cycliquement à chaque voie basse
Multiplexage temporel par caractère ou par bit
Multiplexage temporel par caractère
Envois réguliers de trames de longueur L sur la Voie Haute Vitesse (VHV)
Soit D le débit, alors envoi de D/L trames par seconde
Chaque trame est composée d’IT de λi bits, avec Σ λi = L
Succession des IT de n°i des différentes trames circuit de données (ou
canal n°i)
associé à la voie i, de débit binaire λi * D/L b/s (nombre de bits * débit)
ex : si D = 4800 b/s et di = 80 b/s alors λi * D / L ≥ 80 ssi λi / L ≥80 / 4800 (= 1 / 60)
si nombre de voies basse vitesse n = 60 => e = 1
en supposant λi = 1 quelque soit i
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Multiplexage temporel statique (2)
Partie de la bande passante réservée à la signalisation
Signalisation hors bande :
un ou plusieurs IT sont réservés à la signalisation
Signalisation dans la bande :
Allocation des IT, synchronisation , …
un ou plusieurs bits de signalisation sont ajoutés aux IT
ex : λi = 8 + 1 ce bit peut être un flag indiquant s’il s ’agit d’un caractère de donnée ou
de signalisation
Verrouillage de la trame :
permet de délimiter le début de la trame (caractère de synchronisation)
le multiplexeur récepteur vérifie qu’entre deux caractères de verrouillage il y a une
trame de longueur L
prise de synchronisation entre les multiplexeurs
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Multiplexage temporel statistique
(1)
Multiplexage temporel par bit
IT = 1 bit
ex : une trame de longueur 16 bits transmet 16 IT
ITs alloués dynamiquement aux voies qui en ont besoin
☺
⇒
1 IT de verrouillage
14 IT de données (14 VBV)
1 IT de signalisation (hors bande)
Si di = 1200 b/s alors D = 16 * 1200 = 19 200 b/s
gain d’efficacité
un codage particulier doit permettre d’identifier les voies
2 méthodes pour l’allocation dynamique d’IT
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Multiplexage temporel statistique
(2)
Méthode 1
le contenu de chaque voie active est précédé d’un entête
aucune place n’est allouée aux voies inactives
codage des données transparent
Méthode 2 :
une place est attribuée à toutes les voies basse vitesse, actives ou non
un mot très court sépare les emplacements de deux voies successives
si une voie n°i est inactive, on n’intercale que le séparateur
L’ensemble des caractères de données et de signalisation et le séparateur
sont précodés dans un alphabet de longueur variable (code de Huffman)
n°de la voie concernée
nombre de caractères transférés pour cette voie
Symboles + fréquents ont les codes + courts
Efficacité > 1 :
Σ di moyen < DHV < Σ di max
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Multiplexage temporel statistique
(3)
Si tous les canaux entrants deviennent actifs
simultanément
Débit global impossible à écouler
Le multiplexeur doit :
⇒
⇒
stocker une partie de l’information pour la retransmettre plus tard
mémoire tampon
bloquer le trafic sur une ou plusieurs voies entrantes
contrôle de flux (ex : protocole XON / XOFF)
Risque de perte si débordement mémoire tampon
Conclusion :
☺
le MT statistique offre de meilleures performances
Il introduit un retard de transmission plus important et variable et des
risques de pertes
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Bilan sur le multiplexage
Multiplexage fréquentiel
⇒
Aucun retard de transmission
Transparent aux codes
Permet le transport de flux hétérogènes
Vidéo analogique, données
Multiplexage temporel
Retard systématique de la transmission
Statique
Statistique
Par bit: retard très faible
Par caractère: transmission plus rapide des infos de signalisation (dans la bande)
Bonne efficacité: autour de 90%
Retard variable, pertes éventuelles en cas de débordement de mémoire
Très bonne efficacité
Multiplexage mixte
Employé dans l’infrastructure GSM, câble…
1er niveau fréquentiel et 2ème niveau temporel
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La norme G.733 ou technique T1
Etats-Unis et Japon: 24 voies téléphoniques multiplexées
Pour chaque voie, un échantillon toutes les 125 µs:
⇒
7 bits pour les informations vocales et 1 bit dit de « contrôle de voie »
7 x 8000 = 56000 bits/s pour les données, et 8000 bits/s pour la signalisation
Toutes les 125 µs: une trame de 24x8=192 bits de données
⇒
+1 bit de délimitation (bit de verrouillage de trame): 193 bits
Débit = 1,544 Mbit/s (signalisation incluse)
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La norme G.732 ou technique T2
Europe et pays autres que Amérique du nord et Japon
32 échantillons de 8 bits (soit 256 bits)
30 voies téléphoniques
2 pour la signalisation
IT 1 à 15 et 17 à 31
IT 0 et IT 16 pour la signalisation
Synchronisation ou vérrouillage de trame: IT 0 des trames impaires
Trames paires: IT 0 utilisé pour alarmes
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Antoine Gallais, Maître de Conférences
Université Louis Pasteur, Département Informatique
Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT
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http://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais
Ce cours est construit sur la base de plusieurs supports pédagogiques parmi lesquels les cours de
Jean-Jacques Pansiot, Gilles Grimaud, Nathalie Mitton, Nadia Bel Hadj Aissa. L’usage de ce support ne peut être qu’académique.
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