#07 FDM ve duplex, istatistiksel çoğullama/kuyruk, inverse multiplexing, ITU DWDM ızgarası ve ideal hız hesabı

Aşağıda defterde yazılan bütün satırlar ve bunlara eşlik eden sesli anlatımın tam metni bulunur.

1. 1. FDM, filtre, guard band ve duplex ayrımını kur

   

   Önceki derste Zaman Bölmeli Çoğullamayı, yani TDM'yi işledik; kanallar zamanda sıra alarak hattı paylaşıyordu.

   Şimdi diğer temel yaklaşıma bakalım: Frekans Bölmeli Çoğullama, yani FDM.

   FDM'de her sinyal farklı bir taşıyıcı frekansına modüle edilir.

   Tüm modüle edilmiş sinyaller birleştirilir ve aynı ortam üzerinden eş zamanlı olarak iletilir.

   Komşu kanallar arasında girişimi önlemek için koruma bantları adı verilen kullanılmayan frekans boşlukları bırakılır.

   Alıcı tarafta bant geçiren filtreler bireysel sinyalleri ayırır ve her biri orijinal veriyi geri kazanmak için demodüle edilir.

   6 MHz kanal aralığı tarihsel Sistem M/N analog TV örneğidir; TV sistemleri ve guard-band/yan-bant yerleşimi standarda göre değişir.

   Bazı modemler tam dupleks için ses bandında FDD kullanır; yankı giderme, TDD veya ayrı yollar da mümkündür ve sabit alt bantlar evrensel değildir.

   TDM zamanı dilimlere bölerken, FDM frekansı bantlara böler.

   Her ikisi de günümüzde hâlâ yaygın olarak kullanılmaktadır.

   Sesli anlatım metni

   Önceki derste Zaman Bölmeli Çoğullamayı, yani TDM'yi işledik; kanallar zamanda sıra alarak hattı paylaşıyordu. Şimdi diğer temel yaklaşıma bakalım: Frekans Bölmeli Çoğullama, yani FDM. FDM'de her sinyal farklı bir taşıyıcı frekansına modüle edilir. Tüm modüle edilmiş sinyaller birleştirilir ve aynı ortam üzerinden eş zamanlı olarak iletilir. Komşu kanallar arasında girişimi önlemek için koruma bantları adı verilen kullanılmayan frekans boşlukları bırakılır. Alıcı tarafta bant geçiren filtreler bireysel sinyalleri ayırır ve her biri orijinal veriyi geri kazanmak için demodüle edilir. Klasik bir örnek analog televizyon yayıncılığıdır; her TV kanalı koruma bantlarıyla ayrılmış 6 megahertz'lik bir bant kaplar. FDM aynı zamanda tam dupleks modemlerin telefon hattında nasıl çalıştığının da temelidir: 300 ile 3400 hertz arası ses bandı ileri ve geri kanallara bölünür. TDM zamanı dilimlere bölerken, FDM frekansı bantlara böler. Her ikisi de günümüzde hâlâ yaygın olarak kullanılmaktadır.

2. 2. İstatistiksel çoğullamayı kuyruk ve QoS ile kapsamlandır

   

   Standart TDM'nin bir sınırlaması vardır: bir terminal boştaysa zaman dilimi israf olur.

   İstatistiksel Zaman Bölmeli Çoğullama, yani STDM, zaman dilimlerini yalnızca göndereceği verisi olan terminallere dinamik olarak atayarak bunu çözer.

   İstatistiksel çoğullamanın kazancı terminal etkinliği, burst dağılımı, gecikme/kayıp hedefi ve ek yüke bağlıdır; 2–5× evrensel bir oran değildir.

   STDM mevcut zaman dilimlerinden daha fazla terminale sahip olabilir.

   Tüm dilimler dolduğunda fazla veri bir tampona gider.

   Tampon dolarsa veri kaybedilebilir, bu yüzden trafik analizi şarttır.

   IP, Frame Relay ve ATM istatistiksel kapasite paylaşımı kullanabilir; bunları tek bir STDM çerçeveleme standardının doğrudan türevi saymak doğru değildir.

   İki çoğullayıcı türü daha bahsetmeye değer.

   Yoğunlaştırıcı birçok hattı ortak kapasitede toplar; 'akıllı çoğullayıcı' ile birebir evrensel eşanlamlı kabul edilmez.

   Ters çoğullayıcılar ise tam tersini yapar: tek bir yüksek hızlı veri akışını birden fazla düşük hızlı hatta böler ve uzak uçta yeniden birleştirir.

   Inverse multiplexing sürekli veya geçici toplu kapasite sağlayabilir; sıra, bağlar arası skew, arıza ve yeniden birleştirme ek yükü yönetilmelidir.

   Sesli anlatım metni

   Standart TDM'nin bir sınırlaması vardır: bir terminal boştaysa zaman dilimi israf olur. İstatistiksel Zaman Bölmeli Çoğullama, yani STDM, zaman dilimlerini yalnızca göndereceği verisi olan terminallere dinamik olarak atayarak bunu çözer. Bu, bant genişliği kullanımını çok daha verimli hale getirir; STDM normal TDM'den 2 ila 5 kat daha fazla trafik taşıyabilir. STDM mevcut zaman dilimlerinden daha fazla terminale sahip olabilir. Tüm dilimler dolduğunda fazla veri bir tampona gider. Tampon dolarsa veri kaybedilebilir, bu yüzden trafik analizi şarttır. STDM, IP, Frame Relay ve ATM gibi modern paket anahtarlama teknolojilerinin temelini oluşturur. İki çoğullayıcı türü daha bahsetmeye değer. Akıllı çoğullayıcılar, diğer adıyla yoğunlaştırıcılar, birçok düşük hızlı hattı tek bir yüksek hızlı bağlantıda birleştirir. Ters çoğullayıcılar ise tam tersini yapar: tek bir yüksek hızlı veri akışını birden fazla düşük hızlı hatta böler ve uzak uçta yeniden birleştirir. Bu, yüksek bant genişliğine yalnızca ara sıra ihtiyaç duyan video konferans gibi uygulamalar için kullanışlıdır.

3. 3. WDM/DWDM optik frekans ızgarasını kur

   

   Dalga Boyu Bölmeli Çoğullama, yani WDM, çoğullamayı optik alana taşır.

   WDM, tek fiberde farklı optik taşıyıcı frekansları/dalga boyları kullanır; dalga boyu frekansın tersidir ve WDM optik bir FDM türü olarak görülebilir.

   DWDM ızgarası frekansla tanımlanır; 1550 nm yakınında 50/100 GHz yaklaşık 0,4/0,8 nm'dir, ancak nm aralığı spektrum boyunca sabit değildir.

   Kanal sayısı kullanılan spektral bant, grid, slot genişliği, modülasyon ve hat tasarımına bağlıdır; 160+ olası bir yapılandırmadır, evrensel tipik değer değildir.

   2,5 ve 10 Gbit/s tarihsel kanal hızı örnekleridir; modern optik kanallar modülasyon/FEC/baud'a göre 100, 400, 800 Gbit/s ve başka hızlar taşıyabilir.

   Her biri saniyede 10 gigabit olan 160 kanal ile tek bir fiber saniyede 1.6 terabit taşıyabilir.

   ITU-T G.694.1 DWDM ızgarası 193,1 THz referansında 12,5/25/50/100 GHz ve daha geniş sabit aralıkları, ayrıca esnek grid'i destekler; C bandı sınıflandırması yaklaşık 1530–1565 nm'dir.

   EDFA, kendi kazanç bandındaki birden çok optik kanalı tek tek elektrik dönüşümü yapmadan güçlendirebilir; 'tüm dalga boyları' evrensel değildir.

   DWDM uzun mesafe ve denizaltı optik omurgalarda temel teknolojidir; trafik payı topoloji, işletmeci ve ölçüte göre değişir.

   Sesli anlatım metni

   Dalga Boyu Bölmeli Çoğullama, yani WDM, çoğullamayı optik alana taşır. Zamanı veya frekansı bölmek yerine, WDM tek bir optik fiber üzerine birden fazla sinyal koyar; her biri kendi ayrı ışık dalga boyunda taşınır. Yoğun WDM, yani DWDM, dalga boylarını çok yakın aralıklarla yerleştirir; 1550 nanometre yakınında 0.4 veya 0.8 nanometre aralıklarla. Modern DWDM sistemleri tek bir fiber üzerine 160 veya daha fazla dalga boyu çoğullayabilir. Her dalga boyu genellikle saniyede 2.5 veya 10 gigabit hızında bir TDM sinyali taşır. Her biri saniyede 10 gigabit olan 160 kanal ile tek bir fiber saniyede 1.6 terabit taşıyabilir. ITU, yani Uluslararası Telekomünikasyon Birliği, 100 gigahertz aralıklı standart bir frekans ızgarası belirlemiştir; 1530 ile 1570 nanometre arasındaki C bandı merkezlidir. Kritik bir bileşen EDFA'dır, yani Erbiyum Katkılı Fiber Güçlendirici; tüm dalga boylarını elektrik sinyaline dönüştürmeden eş zamanlı olarak güçlendirir. DWDM bugünün internetinin omurgasıdır; kıtalararası ve uzun mesafe veri trafiğinin büyük çoğunluğunu taşır.

4. 4. Brüt hız ve ideal indirme hesabını denetle

   

   Şimdi DWDM'nin gücünü gösteren bir örnek çözelim.

   10 milyon kitap içeren dijital bir kütüphane düşünün.

   40.000 byte/kitap yalnız bu oyuncak hesabın varsayımıdır; gerçek e-kitap boyutu biçim, görsel ve içeriğe göre değişir.

   Toplam veri 10 milyon çarpı 320000 bit, yani 3.2 terabit'tir.

   Bu kütüphanenin tamamını indirmek ne kadar sürer?

   Saniyede 56 kilobit hızındaki çevirmeli modem ile süre yaklaşık 57 milyon saniye, yani yaklaşık 1.81 yıl olur.

   Saniyede 52 megabit hızındaki VDSL bağlantısı ile yaklaşık 61500 saniye, yani kabaca 17 saat sürer.

   100×10 Gbit/s=1 Tbit/s brüt optik toplam hızdır; FEC, hat kodlama, koruma, protokol ve paylaşım sonrası net uçtan uca verim daha düşük olabilir.

   3,2 Tbit/1 Tbit/s=3,2 s yalnız ideal serileştirme süresidir; rota, sunucu, depolama, protokol ve paylaşım kısıtları hariçtir.

   Bu, yaklaşık 2 yıl ile 3 saniye arasındaki farktır; DWDM'nin modern omurga ağları için neden vazgeçilmez olduğunu gösterir.

   Sesli anlatım metni

   Şimdi DWDM'nin gücünü gösteren bir örnek çözelim. 10 milyon kitap içeren dijital bir kütüphane düşünün. Her kitabın yaklaşık 40000 bayt, yani 320000 bit olduğunu varsayalım. Toplam veri 10 milyon çarpı 320000 bit, yani 3.2 terabit'tir. Bu kütüphanenin tamamını indirmek ne kadar sürer? Saniyede 56 kilobit hızındaki çevirmeli modem ile süre yaklaşık 57 milyon saniye, yani yaklaşık 1.81 yıl olur. Saniyede 52 megabit hızındaki VDSL bağlantısı ile yaklaşık 61500 saniye, yani kabaca 17 saat sürer. Ancak her biri saniyede 10 gigabit olan 100 kanallı bir DWDM sistemi ile toplam verim saniyede 1 terabit'tir. İndirme süresi 3.2 terabit bölü saniyede 1 terabit, yani sadece 3.2 saniye olur. Bu, yaklaşık 2 yıl ile 3 saniye arasındaki farktır; DWDM'nin modern omurga ağları için neden vazgeçilmez olduğunu gösterir.

5. 5. FDM, STDM, WDM ve gerçek verim ayrımını toparla

   

   Özetleyelim.

   FDM, yani Frekans Bölmeli Çoğullama, her sinyale farklı bir taşıyıcı frekansı atar; koruma bantları girişimi önler.

   İstatistiksel çoğullama etkin akışlara dinamik kapasite atar; kazancı trafik/QoS modeline bağlıdır ve paket ağlarında tek bir 2–5× garantisi yoktur.

   Akıllı çoğullayıcılar birçok düşük hızlı hattı tek yüksek hızlı bağlantıda birleştirir.

   Ters çoğullayıcılar yüksek hızlı akışı birden fazla düşük hızlı hatta böler.

   WDM/DWDM kanal sayısı ve kanal hızı sistem tasarımına bağlıdır; EDFA yalnız kazanç bandındaki optik kanalları elektrik dönüşümü olmadan güçlendirir.

   DWDM bugünün internetinin omurga teknolojisidir.

   Bir sonraki derste kablolu iletim ortamlarını keşfedeceğiz: bükümlü çift kablolar, DSL teknolojileri ve koaksiyel kablo.

   Sesli anlatım metni

   Özetleyelim. FDM, yani Frekans Bölmeli Çoğullama, her sinyale farklı bir taşıyıcı frekansı atar; koruma bantları girişimi önler. STDM, yani İstatistiksel Zaman Bölmeli Çoğullama, dilimleri dinamik olarak atar; normal TDM'nin 2 ila 5 katı verimlilik sağlar ve IP ile paket anahtarlamanın temelini oluşturur. Akıllı çoğullayıcılar birçok düşük hızlı hattı tek yüksek hızlı bağlantıda birleştirir. Ters çoğullayıcılar yüksek hızlı akışı birden fazla düşük hızlı hatta böler. WDM ve DWDM tek bir fiber üzerine 160 üzeri dalga boyu çoğullar; her kanal saniyede gigabit'ler taşır ve EDFA ile elektrik dönüşümü olmadan güçlendirilir. DWDM bugünün internetinin omurga teknolojisidir. Bir sonraki derste kablolu iletim ortamlarını keşfedeceğiz: bükümlü çift kablolar, DSL teknolojileri ve koaksiyel kablo.

Kaynak video: Haberleşme Temelleri #07 FDM, İstatistiksel MUX ve WDM/DWDM (6:08)