Наиболее сложной задачей является совмещение в одних и тех же каналах связи и в одном и том же коммуникационном оборудовании компьютерного и мультимедийного трафика, к которому относится трафик, создаваемый при передаче речевого сигнала и изображения в цифровом виде. Для пояснения этой задачи кратко рассмотрим технологию синхронного режима передачи данных - Synchronous Transfer Mode, STM - которая уже давно применяется для передачи речевого сигнала в цифровом виде.Эта технология, которую также называют технологией временного мультиплексирования - Time Division Multiplexing, TDM - появилась в начале 60-х годов. Она основана на дискретном во времени кодировании речевого сигнала. Данные передаются отдельными пакетами фиксированных размеров, чаще всего по 8 бит. Каждый такой пакет представляет один оцифрованный отсчет амплитуды речевого сигнала. Отсчеты производятся с частотой 8КГц, следовательно пакеты по цифровым сетям также должны передаваться с этой частотой, чтобы на приемном конце обратное преобразование данных из цифровой формы в аналоговую (то есть в звуки речевого сигнала) произошло без искажений.
Любая рассинхронизация голосовых пакетов ведет к ухудшению качества звука, например, задержка даже в 5 миллисекунд приводит к появлению эхо на линии связи. В связи с этим требование обеспечения синхронности трафика является одним из основных в цифровых телефонных сетях. Синхронность следования пакетов в технологии STM является основой и для коммутации этих пакетов в коммутаторах цифровых АТС, что и послужило поводом для использования слова "синхронный" в ее названии. Как и в аналоговой телефонии, сети STM представляет собой сети с коммутацией соединений, то есть такие сети, в которых прежде, чем начнется передача данных, должно быть установлено соединение между конечными абонентами, которое разрывается после окончания сеанса связи. Таким образом взаимодействующие узлы захватывают и удерживают канал, пока не сочтут необходимым рассоединиться, независимо от того, передают они данные или "молчат". Однако в технологии STM это скорее "виртуальный" канал, а не физический, как в аналоговых телефонных сетях, так как непосредственного физического соединения при установлении STM-соединения не происходит.Коммутация осуществляется цифровыми коммутаторами, передающим пакеты каждого канала между собой с промежуточной буферизацией, в результате которой и происходит смена принадлежности пакета какому-то конкретному каналу: в буфер пакеты записываются в порядке поступленияПроцесс коммутации по технологии STM показан на рисунке 2. Сеть состоит из каналов конечных абонентов (от 1 до N на рисунке), мультиплексоров, объединяющий синхронный трафик различных каналов конечных абонентов в высокоскоростной тракт, коммутаторов, выполняющих передачу пакетов с канала на канал, и демультиплексоров, распределяющих общий трафик высокоскоростного тракта между низкоскоростными каналами конечных абонентов. Все устройства этой сети работают циклически, разделяя время цикла работы T, общее для всех устройств сети, на определенное количество временных интервалов. В течение одного канального интервала обслуживается один канал конечного абонента, то есть общее время работы любого устройства STM-сети разделяется между конечными абонентами, поэтому STM-технология и имеет второе название - технология разделения времени, TDM.
Мультиплексор TDM во время каждого канального интервала принимает пакет от одного низкоскоростного входного канала, и передает его на выход общего высокоскоростного канала. За цикл своей работы T он проделывает эту операцию со всеми N входными каналами, так что на выходе создается последовательность из N пакетов входных каналов - цикл передачи или уплотненный пакет. Номер пакета в цикле соответствует номеру входного канала, то есть является адресом абонента. После этого мультиплексор начинает новый цикл работы, опять обходя все входные каналы, начиная с первого. В результате на выходе появляется следующий цикл передачи. Скорость выходного канала должна быть по крайней мере в N раз выше скорости каждого входного канала, чтобы интервал времени между пактами одного входного канала в последовательных циклах был равен интервалу следования этих пакетов во входном канале. Другими словами, при образовании уплотненного канала синхронизм пакетов, который существовал во входных каналах, не должен нарушаться. Далее пакеты уплотненного канала поступают в TDM-коммутатор. На рисунке не показан этап установления соединения, то есть процедура, во время которой коммутатор узнает, что он должен обеспечить коммутацию определенного входного канала с определенным выходным каналом. Предполагается, что этот этап уже выполнен и коммутатор уже имеет информацию о коммутации каналов. Для выполнения операции коммутации пакеты одной входной обоймы записываются в буферную память коммутатора в том порядке, в котором они пришли от мультиплексора. Принадлежность пакета определенному абоненту определяется просто - о ней говорит порядковый номер пакета в обойме, так как мультиплексор создавал ее именно таким образом. После записи в память всех пакетов обоймы, коммутатор начинает их извлекать оттуда и передавать в виде обоймы на выходной канал. Однако извлечение пакетов из памяти производится коммутатором не в том порядке, в котором они были туда записаны, а таким образом, чтобы пакет приобрел в выходной обойме тот порядковый номер, который соответствует выходному каналу, определенному заданной операцией коммутации. (Заметим, что номер пакета в самом пакете не содержится, он подсчитывается только мультиплексорами, коммутаторами и демультиплексорами). Скорость работы коммутатора должна быть достаточной для того, чтобы временные интервалы между пакетами конечных абонентов не изменились.
Рис. 2. Принцип коммутации каналов по STM-технологии
Демультиплексор просто распределяет в течение каждого своего цикла работы пакеты обоймы по выходным каналам - первый пакет обоймы на первый выходной канал и т. д. В результате в технологии STM каждый входной и выходной канал ассоциируется с фиксированным номером канального интервала или нескольких интервалов в конкретной обойме. Однажды захваченный интервал остается в распоряжении соединения "входной канал - выходной канал" в течение всего времени существования этого соединения, даже если трафик является пульсирующим и не всегда требует захваченного количества канальных интервалов. Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом необходимости. При этом интенсивность посылки пакетов в сеть и их размер могут изменяться в больших пределах - например, загрузка большого файла документа с удаленного сервера вызывает интенсивный поток пакетов максимально возможных размеров, после чего обычно следует большая пауза, когда пользователь изучает на экране его содержание. Сложность совмещения компьютерного и мультимедийного трафика хорошо видна на следующем рисунке.
Рис.3.
Два типа трафика
Эта задача очень похожа на проблему выполнения нескольких процессов в мультипрограммной операционной системе, причем синхронный трафик является аналогом процессов реального времени. В операционных системах минимальное время реакции системы для процессов реального времени обеспечивается за счет присвоения им высших приоритетов и дисциплины вытесняющей многозадачности, когда выполнение низкоприоритетного процесса мгновенно прерывается при появлении готового к выполнению высокоприоритетного процесса. При совмещении трафиков приоритеты применить можно, но только относительные, так как прерывание передачи пакета, а затем восстановление этой передачи с прерванного места при распределенном характере вычислительной сети - сама по себе очень сложная задача. Как компьютерные сети, так и цифровые телефонные сети предоставляют некоторые возможности для передачи через них "чужеродного" трафика. Цифровые сети при этом заранее выделяют фиксированное число канальных интервалов для компьютерного трафика, тем самым предоставляя сервис, аналогичный выделенным линиям, имеющим фиксированную пропускную способность. Это дорогой сервис, так как для хорошей передачи пульсаций трафика нужно купить такое число интервалов, которое соответствовало бы трафику максимальной интенсивности. В периоды затишья на выходе компьютерной сети эти оплаченные канальные интервалы используются вхолостую.
