نظام مضاعفة تقسيم الوقت الإحصائي في الاتصالات STDM

يتشارك تعدد الإرسال الإحصائي بالتقسيم الزمني “STDM” في اتصال مثل “TDM” ولكن مثل “TDM” لا يتم تخصيص الفواصل الزمنية لأي قناة، وفي حالة “TDM” تُوزَّع الفواصل الزمنية على القنوات وتُحجز حتى في حالة عدم وجود بيانات لإرسالها، وهذا التخصيص هو مجرد إهدار لعرض النطاق الترددي وتعدد الإرسال الإحصائي لتقسيم الوقت يتغلب على عدم كفاءة “TDM” القياسي.

ما هو نظام STDM

تعدد الإرسال الإحصائي بالتقسيم الزمني “STDM”: هو شكل من أشكال مشاركة ارتباط الاتصال وهو مطابق تقريباً لتخصيص النطاق الترددي الديناميكي “DBA”، كما يتم تقسيم قناة الاتصال إلى نطاق عشوائي من تدفقات البيانات ذات معدل البت المتغير أو القنوات الرقمية، وتم تصميم تقاسم الوصلة من أجل متطلبات الحركة الآنية لتدفقات البيانات التي يتم إرسالها عبر كل قناة.

• “STDM” هي اختصار لـ “Statistical-Time-Division-Multiplexing”.

• “DBA” هي اختصار لـ “Dynamic-Bandwidth-Allocation”.

• “TDM” هي اختصار لـ “Time-Division-Multiplexing”.

أساسيات نظام STDM

حقق تعدد الإرسال الإحصائي بالتقسيم الزمني ذلك باستخدام أجهزة ذكية قادرة على تحديد متى تكون المحطة الطرفية في وضع الخمول، وهذا النوع من تعدد الإرسال هو بديل لإنشاء تقاسم الوصلة الثابتة وكما هو الحال في تعدد الإرسال بتقسيم الوقت القياسي “TDM”، وتعدد الإرسال بتقسيم التردد “FDM” وعند الاستعمال المناسب يمكن أن يقدم “STDM” تحسيناً في استخدام الارتباط، ويُشار إليه باسم كسب مضاعف الإرسال الإحصائي ويتم تسهيل “STDM” عن طريق الاتصال بأسلوب الحزم أو الاتصال بالحزم.

“STDM” أكثر كفاءة من “TDM” القياسي وفيه يتم تخصيص فترات زمنية للقنوات حتى في حالة عدم وجود بيانات لإرسالها، وهذا يؤدي إلى عرض النطاق الترددي الضائع وتم تطوير “STDM” في الأصل لمعالجة عدم الكفاءة هذا، حيث يحدث تخصيص الوقت للخطوط فقط عندما يكون مطلوباً بالفعل ويتم تحقيق ذلك من خلال الأجهزة الذكية المثالية لتحديد محطة خاملة.

“STDM” هو نفسه “TDM” باستثناء أنّه يتم تخصيص فتحة لكل إشارة بناءً على الأولوية والطلب، كما يشير هذا إلى أنّ “STDM” هي خدمة “عند الطلب” مقابل خدمة ثابتة، ويتم تنفيذ “TDM” القياسي ومختلف بدالات الدوائر الأخرى في الطبقة المادية في نموذج “OSI” و”TCP / IP“، بينما يتم تنفيذ “STDM” في طبقة ارتباط البيانات وما فوقها.

• “FDM” هي اختصار لـ “Frequency-division-multiplexing”.

• “TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol/Internet-Protocol”.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open-Systems-Interconnection”.

سيناريوهات نظام STDM

• تيار النقل “MPEG” المستخدم لنقل التلفاز الرقمي، ويتم استخدام “STDM” للسماح ببث تدفقات بيانات وصوت وفيديو متعددة لمعدلات بيانات مختلفة عبر قناة محدودة النطاق الترددي.

• بروتوكولات “TCP” و”UDP“، حيث يتم مضاعفة تدفقات البيانات من عمليات التطبيق المختلفة معاً.

• بروتوكولات تبديل حزم ترحيل الإطار وبروتوكولات “X.25” التي تحتوي فيها الحزم على أطوال مختلفة.

• بروتوكول تبديل الحزمة لوضع النقل غير المتزامن، حيث تحتفظ الحزم بطول ثابت.

ملاحظة:“TCP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol” و”UDP” هي اختصار لـ “User-datagram-protocol”.

تطور نظام STDM

• تم تطوير “STDM” خصيصاً للتغلب على عدم كفاءة “TDM”.

• يستخدم طول الفتحة الزمنية المتغير مما يسمح للقنوات باستخدام أي مساحة فتحة حرة لإرسال المعلومات الخاصة بهم.

• يستخدم ذاكرة عازلة لتخزين البيانات مؤقتاً خلال فترات ذروة حركة المرور.

• يتطلب “STDM” أن يحمل كل إرسال معلومات التعريف أو معرف القناة.

• تعدد الإرسال الإحصائي بالتقسيم الزمني هو بشكل أساسي نفس أسلوب “TDM” فيما عدا أنّه يتم تخصيص فجوة لكل إشارة بناءً على الأولوية والطلب.

• يتم تنفيذ “TDM” القياسي والعديد من تقنيات تبديل الدوائر الأخرى في الطبقة المادية في نموذج “OSI” و”TCP / IP”، ولكن يتم تنفيذ تعدد الإرسال الإحصائي بتقسيم الوقت في طبقة ارتباط البيانات وما فوقها.

• يتم استخدام “STDM” لنقل العديد من تيار البيانات والصوت والفيديو بمعدلات بيانات متنوعة ليتم بثها عبر قناة محدودة النطاق الترددي.

• “STDM” هو مثال على بروتوكول تبديل حزم وضع النقل غير المتزامن.

• في وضع النقل غير المتزامن يتم تصنيف التدفقات المفردة في مقاطع زمنية متغيرة ويتم إرسالها لاحقاً باستخدام إجراء تعدد الإرسال غير المتزامن بتقسيم الوقت.

• لا يوجد تحديد لترتيب إرسال البتات في هذا الوضع.

• تحمل كل فترة زمنية معلومات القناة لفصل الحزمة في إجراء مزيل تعدد الإرسال.

مبدأ عمل نظام STDM

في حالة “TDM” يتم توزيع الفواصل الزمنية على القنوات حتى لو لم يكن لديها معلومات لإرسالها، وهذا مجرد إهدار لعرض النطاق الترددي، وللتغلب على عدم كفاءة “TDM” القياسي تم تطوير تقنية تُعرف باسم “STDM”، حيث يتم تخصيص الوقت للخطوط فقط عندما يكون ذلك مطلوباً ويتم تحقيق ذلك باستخدام أجهزة ذكية قادرة على تحديد عندما تكون المحطة الطرفية في وضع الخمول.

ونظراً لأنّ الجهاز الذكي يعوض إحصائياً عن وقت الخمول العادي يمكن توصيل المزيد من الخطوط بوسيط الإرسال، وخلال فترة ذروة حركة المرور تقوم ذاكرة التخزين المؤقت بتخزين البيانات مؤقتاً بحيث يمكن استخدام وقت الخط عالي السرعة بشكل فعال مع القنوات النشطة وهي تعتمد منهجية، حيث يكون لكل إرسال معلومات تعريف معرف قناة.

ويؤدي هذا إلى زيادة النفقات العامة والتي تتم معالجتها عن طريق تجميع عدد من الأحرف لكل قناة معاُ للإرسال، ويشار إليه باسم “TDM” الذكي وفي هذه الحالة تكون سعة معدل البيانات أقل بكثير من مجموع السعة المتصلة لكل قناة، لأنّها تستخدم وقت الخمول بشكل فعال للغاية وإنّه رقمي فقط ويتطلب تأطيراً أكثر تعقيداً للبيانات.

يستخدم على نطاق واسع للاتصالات عن بعد مع محطات متعددة، والخدمات الإضافية مثل ضغط البيانات وأولوية الخط وخطوط السرعة المختلطة ومشاركة منافذ المضيف، ويتوفر التحكم في منفذ الشبكة والكشف التلقائي للسرعة وما إلى ذلك باستخدام تقنيات “STDM”، وكان هناك طلب قوي على إنشاء تقنية شبكة فردية قادرة على دعم أنواع مختلفة من أنواع البيانات في وقت واحد.

كما تستخدم شبكة تبديل الحزم ميزة تعدد الإرسال الإحصائي لضمان استخدام موارد الاتصال بكفاءة لذلك أصبحت شبكات تبديل الحزم شائعة بشكل متزايد، وبسبب قدرتها على التعامل مع الخدمات المتكاملة مثل الصوت والفيديو والبيانات، وقد أدى ذلك إلى ازدحام كبير في الشبكة وخسائر في الحزم بسبب تأخيرات المخزن المؤقت.

تم تطوير تقنية تعدد الإرسال لزيادة استخدام القناة، وأسلوب تعدد الإرسال الشائع هو تعدد الإرسال بالتقسيم الزمني المتزامن، حيث يُمنح كل طرف مدة زمنية ثابتة لإرسال الرسائل أو إرسالها وعند انقضاء هذا الوقت تصبح القناة متاحة للمستخدم التالي، ومن خلال عملية متزامنة جيدة التصميم يمكن التنبؤ بوصول البيانات وكذلك توزيعها على خطوط الإدخال أو الإخراج.

ومع ذلك في تعدد الإرسال بتقسيم زمني متزامن لا يتم استخدام معظم الفترات الزمنية في إطار ما لذلك فهو غير فعال في استخدام القناة، وعلى سبيل المثال في الحالة التي ترتبط فيها أطراف الكمبيوتر ببعضها البعض باستخدام منفذ كمبيوتر مشترك، حتى عندما تعمل جميع المحطات الطرفية لا يوجد نقل بيانات في معظم الأوقات في أي محطة طرفية معينة، كما يتم تعيين جزء كامل من النطاق الترددي بشكل دائم ولكن يتم استخدامه فقط لجزء من الوقت.

تُظهر البيانات التي تم الحصول عليها من العديد من الممثلين الذين يشغلون أنظمة مشاركة الوقت أنّه أثناء مكالمة متوسطة يكون “95%” من قناة المستخدم إلى الكمبيوتر، و”65%” من قناة الكمبيوتر إلى المستخدم في وضع الخمول، وكما يمكن للمستخدمين الآخرين الاستفادة من فترات الخمول بشكل أكثر كفاءة، ويشار إلى عملية دمج مسارين أو أكثر من مسارات الاتصالات في مسار واحد باسم تعدد الإرسال.