MODUL 5 MULTIPLEXING TIME DIVISION MULTIPLEXING (TDM) Dalam Frekuensi Division Multiplexing, semua sinyal beroperasi pada waktu yang sama dengan frekuensi yang berbeda, tetapi dalam Time Division Multiplexing semua sinyal beroperasi dengan frekuensi yang sama pada waktu yang berbeda. Ini adalah dasar sistem transmisi band, di mana semua sumber data sample komutator elektronik secara berurutan dan menggabungkan untuk membentuk band sinyal komposit dasar, yang bergerak melalui media dan sedangkan demultiplexed ke sinyal pesan independen sesuai dengan komutator yang sesuai pada sisi penerima. Data masuk dari masingmasing sumber buffered secara singkat. Setiap buffer biasanya satu bit atau satu karakter panjangnya. The buffer di-scan secara berurutan untuk membentuk aliran data komposit. Operasi scan cukup cepat sehingga setiap buffer dikosongkan sebelum lebih banyak data yang akan tiba. Komposit data rate setidak harus sama dengan jumlah data yang masing-masing tingkat. Sinyal komposit dapat ditularkan secara langsung atau melalui modem. Multiplexing operasi yang ditunjukkan pada Gambar dibawah ini. Gambar: Pengoperasian Time Division Multiplexing Seperti ditunjukkan dalam Gambar diatas sinyal komposit memiliki beberapa ruang mati antara sampel pulsa, yang sangat penting untuk mencegah pembicaraan lintas
interchannel. Seiring dengan sampel pulsa, satu pulsa sinkronisasi dikirim dalam setiap siklus. Data pulsa ini bersama dengan informasi kontrol membentuk sebuah frame/bingkai. Masing-masing frame/bingkai ini berisi slot waktu siklus di dalam setiap bingkai, satu atau lebih slot didedikasikan untuk masing-masing sumber data. Bandwidth maksimum (data rate) dari suatu sistem TDM harus setidaknya sama dengan laju data dari sumber. Synchronous TDM disebut synchronous terutama karena setiap slot waktu ditempatkan sumber yang tetap. Slot waktu ditransmisikan terlepas dari apakah sumber-sumber tersebut mempunyai data untuk dikirim atau tidak. Oleh karena itu, demi kesederhanaan pelaksanaan, kapasitas saluran jadi terbuang. Meskipun demikian tetap digunakan TDM, karena perangkat dapat menangani sumber data yang berbeda-beda. Hal ini dilakukan dengan memberikan sedikit slot per siklus perangkat input yang lebih lambat dibandingkan dengan perangkat yang lebih cepat. Untuk operasi multiplexing dan demultiplexing synchronous TDM dapat dilihat pada Gambar dibawah ini Gambar : Multiplexing dan Demultiplexing Synchoronous TDM
Salah satu kelemahan dari pendekatan TDM, seperti yang dibahas sebelumnya, adalah bahwa banyak dari slot waktu dalam frame yang sia-sia. Hal Itu terjadi karena, jika terminal tertentu tidak memiliki data untuk mengirimkannya pada waktu tertentu, slot waktu yang kosong akan tetap ditrasnmisikan. Alternatif yang efisien TDM sinkron ini adalah statistik TDM, juga dikenal sebagai asynchronous TDM atau Intelligent TDM. Ini secara dinamis mengalokasikan slot waktu pada permintaan untuk memisahkan saluran input, sehingga akan menghemat kapasitas saluran. Seperti dengan Synchronous TDM, multiplexer statistik juga memiliki banyak I / O baris dengan penyangga yang terkait untuk masing-masingnya. Selama waktu input, multiplekser scan input buffer, mengumpulkan data sampai frame penuh dan mengirim frame. Pada sisi penerima, demultiplexer menerima frame dan mendistribusikan data tsb ke buffer yang tepat. Perbedaan antara TDM sinkron dan asinkron TDM diilustrasikan dengan bantuan Gambar dibawah ini. Bisa dicatat bahwa banyak slot tetap tidak dapat di utilisasi dalam kasus TDM sinkron, tetapi dpt dimanfaatkan sepenuhnya oleh slot menuju waktu yang lebih sedikit dan untuk mentransmisikan pemanfaatan bandwidth dari media. Dalam kasus TDM statistik, data di setiap slot harus memiliki alamat, yang mengidentifikasi sumber data. Karena data yang tiba dari dan didistribusikan ke garis I / O tak terduga, informasi alamat yang diperlukan untuk menjamin pengiriman tepat seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah. Ini mengarah kelebihan per slot. Pengalamatan relatif dapat digunakan untuk mengurangi overhead Synchronous versus asynchronous TDM
Address overhead in asynchronous TDM Hal praktis ini sering dipakai untuk menggabungkan satu set aliran low bit-rate, yang masing-masing pra-bit rate nya ditetapkan sebagai laju, ke dalam aliran bit berkecepatan tinggi yang dapat diteruskan melalui satu saluran. Teknik ini disebut time division multiplexing (TDM) dan memiliki banyak aplikasi, termasuk sistem telepon wireline dan beberapa sistem telepon selular. Alasan utama untuk menggunakan TDM adalah untuk memanfaatkan jalur transmisi yang ada. Akan sangat mahal jika masingmasing aliran low bit-rate diberi saluran fisik yang mahal (misalnya, seluruh garis serat optik) yang dipampang dengan jarak yang jauh. Perhatikan, misalnya saluran transmisi yang mampu membawa 192 kbit / detik dari Chicago ke New York. Anggaplah bahwa tiga sumber, semuanya berlokasi di Chicago, masing-masing memiliki 64 kbit / detik data yang mereka ingin menyampaikan kepada pengguna individu di New York. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 1, saluran high-bitrate dapat dibagi menjadi serangkaian slot waktu, dan dapat slot waktu bergantian digunakan oleh tiga sumber. Tiga sumber tersebut mampu mentransmisikan semua data tunggal mereka, bersama didalam satu saluran. Jelas, di ujung saluran lain (dalam kasus ini, di New York), proses tersebut harus dibalik (yaitu, sistem harus membagi 192 kbit / detik aliran data multiplexing kembali ke asli tiga 64 kbit / detik aliran data, yang kemudian diberikan kepada tiga pengguna yang berbeda). Proses kebalikan ini disebut demultiplexing.
Gambar 1 Time division multiplexing. Memilih ukuran yang sesuai untuk slot waktu melibatkan antara trade-off dengan efisiensi dan penundaan. Jika slot waktu terlalu kecil maka multiplekser harus cukup cepat dan cukup kuat untuk terus-menerus berpindah antara sumber (dan demultiplexer harus cukup cepat dan cukup kuat untuk terus-menerus berpindah antara pengguna). Jika slot waktu lebih besar dari satu bit, data dari setiap sumber harus disimpan (buffered) sedangkan sumber-sumber lain menggunakan saluran. Penyimpanan ini akan menghasilkan keterlambatan. Jika slot waktu terlalu besar, maka keterlambatan yang signifikan akan dipertemukan antara tiap sumber dan user-nya. Beberapa aplikasinya, seperti telekonferensi dan videoconference, dan tidak bisa mentolerir penundaan waktu. Seperti yang ditunjukkan pada contoh, sumber-sumber multiplexing yang mungkin memiliki tingkat bit yang berbeda. Ketika ini terjadi, masing-masing sumber diberikan sejumlah slot waktu dalam porsi untuk mentransmisikan. Contoh 1 Sistem T1 untuk Wire Line Telephone Networks Sistem yang T1 digunakan untuk wireline layanan jarak jauh di Amerika Utara dan merupakan contoh yang sangat baik dari TDM. Pidato dari percakapan telepon adalah sampel dalam tiap 125 msec sekali, dan setiap sampel diubah menjadi 8 bit data digital. Dengan menggunakan teknik ini, dibutuhkan kecepatan transmisi 64.000 bits / sec untuk menyampaikan pidato. Sebuah garis T1 pada dasarnya adalah saluran transmisi yang mampu pada kecepatan 1.544 Mbit / sec. Kecepatan transmisi ini adalah lebih tinggi
daripada satu kebutuhan percakapan telepon, sehingga TDM digunakan untuk memenuhi sebuah T1 line yang membawa 24 sinyal pidato berbeda antara, dua telepon yang berbeda substasiun (disebut kantor pusat) dalam kota. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2, yang mana bit aliran 1.544 Mbit / detik dibagi menjadi 193-bit frame. Durasi setiap frame adalah sesuai dengan periode antara contoh dalam pidato tersebut. Setiap frame dibagi menjadi 24 slot, yang masing-masing lebar delapan bit (sesuai dengan jumlah bit yang diperlukan untuk mendigitalkan sample pidato). Satu tambahan bit di akhir frame digunakan untuk signaling. Delapan bit data yang sesuai dengan contoh pidato ditempatkan ke salah satu dari 24 slot dalam frame tsb. Untuk jarak yang lebih jauh (katakanlah, antara dua kota besar) digunakan saluran dengan kapasitas yang lebih tinggi dan multipel line T1 sebagai time division multiplexing ke saluran-saluran baru. Sebuah saluran T3 misalnya, memiliki kecepatan transmisi 44.736 Mbit / detik dan menggunakan TDM untuk membawa 28 T1 baris (total 672 sinyal pidato yang berbeda) ditambah jalur signal. Gambar 2 Time Division Multiplexing dalam T1 line. Contoh 2 TDM dengan sumber data rate berbeda Perhatikan kasus aliran tiga bit dengan laju masing-masing 8 kbit / sec, 16 kbit / detik, dan 24 kbit / detik. Kami ingin menggabungkan aliran ini menjadi satu aliran
berkecepatan tinggi menggunakan TDM. Dalam kasus ini kecepatan tinggi aliran harus memiliki kecepatan transmisi 48 kbit / detik, yang merupakan jumlah dari bit rates dari tiga sumber. Untuk menentukan jumlah slot waktu yang akan ditugaskan untuk setiap sumber dalam proses multiplexing, kita harus mengurangi tingkat rasio, 8:16:24, ke bentuk terendah, yang dalam hal ini adalah 1:2:3. Jumlah dari penurunan rasio adalah 6, yang kemudian akan mewakili panjang minimum dari siklus berulang dalam proses multiplexing. Solusinya adalah sekarang mudah diperoleh: Dalam setiap siklus dari enam slot waktu, kita memberikan satu slot untuk Sumber A (8 kbit / detik), dua slot untuk Sumber B (16 kbit / detik), dan tiga slot untuk Sumber: C (24 kb / detik). Gambar 3 menggambarkan tugas ini, menggunakan "a" untuk menunjukkan data dari Sumber A, "b" untuk menunjukkan data dari Sumber B, dan "c" untuk menunjukkan data dari Sumber C. Gambar 3 Multiplexing line input dengan kecepatan transmisi yang berbeda Contoh 3 Sistem TDM yang lebih kompleks Mempertimbangkan sebuah sistem dengan empat sumber bit rendah 10 kbit / detik 15 kbit / detik, 20 kbit / detik, dan 30 kbit / detik. Tentukan tugas slot ketika aliran data digabungkan dengan menggunakan TDM Solusi Rasio rate 10:15:20:30 disesuaikan menjadi 2:3:4:6. Panjang siklus tersebut 2 + 3 + 4 + 6 = 15 slot. Dalam setiap siklus dari 15 slot, kami menugaskan dua slot untuk 10 kb / detik, tiga slot untuk 15 kbit / detik, empat slot untuk 20 kbit / detik, dan enam slot untuk 30 kbit / detik. Sejauh ini kita telah menganggap bentuk TDM didasarkan pada slot yang tetap dan bertugas untuk masing-masing dari aliran data bit tingkat rendah. Dengan kata lain, setiap aliran memiliki posisi slot yang telah ditetapkan dalam aliran gabungan, dan
penerima harus menyadari bahwasannya masing-masing slot memiliki aliran input. Kedua transmisi berakhir, pemancar dan penerima, harus sempurna disinkronisasi ke slot periode. Untuk alasan ini, teknik ini biasa disebut synchronous TDM. Ada versi lain yang penting dari TDM, biasanya disebut sebagai Statistik TDM. Statistik TDM berguna untuk aplikasi di mana aliran bit rendah memiliki tingkat kecepatan yang berbeda-beda pada waktunya. Sebagai contoh, aliran bit-rendah untuk satu terminal dalam jaringan komputer dapat berfluktuasi antara 2 kbit / detik dan 50 kbit / detik selama sesi sambungan aktif (misalnya, kami telah melihat semua variabel kecepatan selama koneksi internet). Jika kita menetapkan aliran dengan slot yang cukup untuk tingkat puncak (yaitu, untuk 50 kbit / detik), maka kita akan menyia-nyiakan slot ketika tingkat turun jauh di bawah nilai puncak. Limbah ini bisa sangat signifikan jika sistem memiliki banyak variabel kecepatan aliran bit rendah. TDM statistik bekerja dengan menghitung rata-rata kecepatan transmisi dari aliran yang akan digabungkan, dan kemudian menggunakan jalur multiplexing berkecepatan tinggi dengan tingkat transmisi yang sama dengan (atau sedikit lebih besar daripada) rata-rata aliran statistik gabungan. Sejak nilai transmisi dari tiap-tiap sumber adalah variatif, kita tidak lagi menetapkan jumlah slot waktu yang tetap untuk masing-masing aliran data. Sebaliknya, kami secara dinamis menetapkan jumlah yang sesuai slot untuk mengakomodasi kecepatan transmisi saat ini dari masing-masing aliran. Karena tingkat gabungan semua aliran juga akan berfluktuasi dalam waktu antara dua nilai yang ekstrim, kita perlu buffer output dari aliran bit rendah ketika tingkat gabungan melebihi tingkat transmisi berkecepatan tinggi. Dengan statistic TDM, kita tidak lagi mengandalkan slot waktu disinkronkan dengan penempatan tetap dari tiap aliran input, seperti yang kita lakukan dengan sinkron TDM. Jadi bagaimana demultiplexer statistik TDM tahu yang mana bit yang diterima dengan aliran data? Sebelum transmisi, kami membagi masing-masing aliran bit yang datang dari sumber ke dalam blok ukuran tetap. Kami kemudian tambahkan sekelompok kecil bit yang disebut sebuah header ke setiap blok, dengan header yang berisi alamat sumber dan pengguna yang dimaksudkan untuk blok. Blok dan header kemudian ditransmisikan bersama-sama melintasi saluran. Dikombinasikan, blok dan header yang disebut paket.
Sebenarnya, header mungkin berisi informasi selain sumber dan alamat pengguna, seperti bit tambahan untuk DNS error atau tambahan untuk link bit kontrol (digunakan, misalnya, untuk menunjukkan posisi tertentu dalam suatu urutan blok blok berasal dari pengguna yang sama, atau untuk menunjukkan tingkat prioritas untuk pesan tertentu). Bit tambahan juga dapat ditambahkan ke awal dan akhir dari suatu blok untuk sinkronisasi; pola tertentu bit, yang disebut start-flag, dapat digunakan di header untuk menandai awal dari sebuah blok, dan satu lagi pola bit tertentu, yang disebut end-flag, dapat digunakan untuk menyimpulkan blok. Setiap blok ditularkan di saluran dengan demikian berisi informasi kelompok bit yang diinginkan pengguna, ditambah bit tambahan yang diperlukan oleh sistem untuk memastikan transmisi. Bit tambahan ini, sementara yang diperlukan untuk sistem operasi, mengurangi laju transmisi efektif pada saluran. Angka 7-5 dan 7-6 menyajikan teknik TDM statistik dan struktur paket yang khas. Gambar 4 Statistik TDM. Gambar 5 Struktur dari tipe paket Statistik TDM.