Моноканальная сеть

Моноканальная сеть – это локальная сеть, ядром которой является моноканал.

Моноканал в соответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем выполняет в сети роль физических средств соединения. Блоки доступа и абонентские звенья обеспечивают включение в сеть абонентских систем. В последних физический уровень и канальный уровень определяются характеристиками моноканала. Более высокие уровни от этих характеристик не зависят.

Выбор физических средств моноканала зависит от предъявляемых к ним требований, среди которых, в первую очередь — скорость передачи сигналов, надежность работы, стоимость средств.

Рис. 1. Структура магистрального моноканала

В зависимости от способа передачи сигналов по моноканалам, последние делятся на два вида: физические и частотные. Физическим назовем канал, через который возможна одновременная передача только одного сигнала. В частотном канале за счет создания частотных полос одновременно передается группа сигналов (по каждой полосе по сигналу).

На рис. 1 изображен физический моноканал. Он строится на основе коаксиального либо оптического кабеля, скрученной пары проводов, плоского кабеля, через который одновременно направляется только один сигнал. Последний использует физическую среду полностью.

Частотный моноканал, напротив, занимает только одну полосу, в используемой физической среде. Так, на рис. 2 показана группа частотных каналов, построенных на основе широкополосного коаксиального кабеля. Для упрощения рисунка здесь изображены лишь две используемые полосы: а, б. В действительности же в кабеле создается значительное число частотных полос, на основе которых строится большое число частотных моноканалов.

На основе двух частотных моноканалов, показанных на рис. 2 образованы две не связанные друг с другом информационные сети. Первая из них охватывает абоненты A₁ - M₁, а вторая - А₂ - М₂.

Частотные моноканалы чаще всего создаются на основе коаксиальных кабелей. В этих случаях общий канал кроме собственного кабеля имеет значительное число вспомогательных технических устройств: усилителей, разветвителей и т. д.

Рис. 2. Частотный моноканал

Так как они пока являются однонаправленными, это создает определенные трудности: сигналы по общему каналу передаются только в одну сторону. Вследствие этого приходится принимать специальные меры.

Первая из них заключается в том, что общий канал (рис. 2) прокладывается так, чтобы он дважды проходил мимо всех абонентских систем. Далее происходит следующее. В первой сети (полоса а, стрелки) общий канал (в верхней его части) вначале собирает информацию, передаваемую абонентами A₁ - M₁. Затем в нижней части канала осуществляется раздача полученной информации абонентам A₁ - M₁. Аналогично этому абоненты А₂ - М₂ передают информацию через моноканал, созданный на основе частотной полосы б.

Вторая специальная мера заключается в добавлении к общему каналу
компонента, именуемого головным преобразователем (рис. 3). Его задачей
является передача сигналов из одного частотного канала в другой. Появление в
моноканале головного преобразователя, естественно, усложняет его структуру.
Однако в этом случае общий канал не должен, как в схеме на рис. 2 дважды
проходить мимо всех абонентских систем. Это позволяет вдвое сократить длину дорогостоящего кабеля.

Вместе с тем, в схеме, показанной на рис. 3 каждый частотный моноканал использует уже не одну, как на рис. 2 две частотные полосы. По одной из них (например, а) информация собирается со всех абонентских систем. По второй частотной полосе (например, б) информация раздается всем абонентским сис­темам сети. Головной преобразователь осуществляет преобразование частот, обеспечивающее соединение пар частотных; полос, например полос а, б на рис. 3.

Рис. 3. Моноканал с преобразованием частоты

В коммуникационных подсетях все шире начинают применяться оптические моноканалы. Это связано с тем, что оптическое волокно по сравнению с металлом имеет ряд важных преимуществ. К ним, прежде всего, следует отнести высокую защищенность от электромагнитных помех, малую массу и отсутствие все более дефицитной меди. Кроме того, если затухание сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, составляет 50—200 дБ/км, то в качественном оптическом волокне оно равно всего 2—5 дБ/км. Это позволяет резко повысить частоту передаваемых в моноканале сигналов и увеличить длину кабеля без повторителей и усилителей. Современные оптические кабели обеспечивают передачу данных со скоростями, превышающими 500 Мбит/с, при расстоянии между повторителями до 5 км.

Невосприимчивость к электромагнитным помехам позволяет прокладывать оптические кабели в цехах и даже возле высоковольтных электрических линий передач. На оптическое волокно не действуют даже грозовые разряды. Так как волокно не заземляется, то в нем не могут возникнуть паразитные контуры.

Масса оптического кабеля резко отличается от массы коаксиального. Так, при замене коаксиального кабеля в подсети Ethernet массой 68 кг, оказалось, что масса оптического кабеля всего 2,3—4,5 кг.

Случайный разрыв оптического кабеля, в отличие от коаксиального, не приводит к появлению искр и поэтому имеет высокую противопожарную безопасность. Важна еще одна особенность. Скорость передачи по оптическому каналу лимитируется не волокном, а электронными устройствами, передающими и принимающими световые сигналы. Поэтому часто повышение скорости в оптическом канале может быть осуществлено лишь при замене излучателей и приемников света. В противоположность этому, для повышения скорости передачи данных в коаксиальном кабеле нужно полностью заменить весь кабель.

Следует также иметь в виду, что оптическое волокно имеет сердцевину и покрытие. Энергия светового сигнала распространяется главным образом внутри сердцевины и очень мало выходит в материал покрытия. В большинстве случаев сердцевина и ее покрытие образуют неразделимую структуру, поэтому покрытие не может быть снято с сердцевины для того, чтобы получить доступ к сигналу.

Благодаря этому оптический канал хорошо защищен от несанкционированного доступа и подслушивания, а точнее говоря - подсматривание информации в оптическом канале является очень сложной проблемой.

Однако при создании оптического моноканала возникают и определенные трудности. Главная из них заключается в том, что изготовление оптического канала с большим числом ответвлений сегодня еще является сложной задачей. Кроме того, свет по оптическому волокну передается пока только в одном направлении. Это требует создания особой структуры моноканала.

Моноканал, в котором сигналы по оптическим волокнам передаются только в одном направлении, показан на рис. 4. Моноканал имеет форму звезды, исходящей из специального устройства, именуемого смесителем (СМ) сигналов. К нему от каждого блока доступа (БД) подходит два оптических волокна. Каждое из них передает сигналы в одном направлении. Задачей смесителя является передача пришедшего по одному из волокон сигнала параллельно всем волокнам, направленным к абонентским системам сети.

В большом оптическом моноканале используется группа активных смесителей, располагаемых в несколько ярусов.

Рис. 4. Оптический моноканал со смесителем сигналов

В трехъярусном моноканале (рис. 5) к каждому смесителю подходит по 16 пар оптических волокон. Поэтому на первом ярусе располагается один смеситель, на втором - 16, а на третьем ярусе находится уже до 256 смесителей. Это позволяет охватывать подобной коммуникационной сетью большую территорию (десятки километров) и подключать к моноканалу до 4096 абонентских систем.

Рис. 5. Трехъярусный моноканал

В оптическом моноканале с зеркальным отражателем (рис. 6) общий канал дважды проходит мимо всех абонентских систем. В каждой точке подключения абонентской системы в оптическое волокно встраивается зеркало. Благодаря ему при приеме информации световой сигнал, отражаясь от общего канала, попадает к блоку доступа (БД), а от него – к абонентской системе.

Рис. 6. Оптический моноканал с зеркальным отражателем

Большое число абонентских систем, включаемых в моноканальную сеть, все возрастающие объемы информации требуют увеличения скоростей передачи блоков данных. Эта задача может быть решена созданием многоканальных моноканалов.

Первый способ повышения скорости передачи данных заключается в создании не одного, а нескольких общих каналов. Так, на рис. 7 показан моноканал, содержащий три общих канала (1, 2, 3). Однако следует отметить, что несмотря на наличие нескольких каналов, здесь не возникает, как в узловой подсети, проблема маршрутизации информации. В рассматриваемом моноканале выбирается не маршрут передачи, а номер общего канала. И несмотря на наличие нескольких каналов осуществляется, как обычно, селекция (выбор по адресам назначения) принимаемых блоков информации.

Рис. 7. Трехканальный моноканал

Второй способ повышения скорости передачи информации заключается в создании иерархии моноканалов. Сущность этого способа иллюстрируется схемой, показанной на рис. 8. В сети функционирует 18 абонентских систем (А - Т). Однако они подключены не к одному, а к шести моноканалам (1—6).

Рис. 8. Иерархия моноканалов

В рассматриваемой сети в большинстве случаев взаимодействующие системы передают данные соответственно через свои моноканалы 1, 2, 4, 5, 6. Что касается моноканала 3, то он используется только тогда, когда необходимо взаимодействие систем, подключенных к разным моноканалам.

В результате использования иерархии моноканалов можно резко повысить скорость передачи информации.