• Multiplexing und Multiple‐Access

Grundlagen der Rechnernetze

Medienzugriffskontrolle

Übersicht

• Multiplexing und Multiple‐Access

• Dynamische Kanalzuweisung

• Multiple‐Access‐Protokolle

• Spread‐Spectrum

• Orthogonal‐Frequency‐Division‐Multiplexing

Multiplexing und Multiple‐Access

Motivation

Multiple‐Access‐Kanal

Generelles Problem in diesem Vorlesungskapitel

Unkontrollierter Medienzugriff führt zu  Nachrichtenkollisionen

Mögliche Lösung: Multiplexing

Kapazität C bps

N Subkanäle mit Kapazität jeweils C/N bps

Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012

Wie erreicht man eigentlich Multiplexing eines Kanals? ...

Multiplexer Demultiplexer

Frequency‐Division‐Multiplexing (FDM)

To Z To Z

(in frequency 1) (in frequency 2)

Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012, Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, 4th Edition, 2003

FDM‐Implementation

Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

FDM‐Implementation

Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

Time‐ und Space‐Division‐Multiplexing

To Z To Z

Time‐Division‐Multiplexing (TDM)

Space‐Division‐Multiplexing (SDM)

To Z To Z

Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012

TDM‐Implementation

Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

TDM‐Implementation

Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

Code‐Division‐Multiplexing (CDM)

r

r

s

s

Zeit

Bandbr eit e

Zeit

Bandbr eit e Zeit

Bandbr eit e

Multiplexing und Multiple‐Access

• Auf der Physikalischen Schicht

– Multiplexing um eine Leitung für mehrere  Übertragungen zugleich zu verwenden

– Beispiele: Kabel‐TV, Telefon

• Auf der Verbindungsschicht

– Multiplexing um konkurrenten Zugriff auf ein geteiltes  Medium zu kontrollieren

– Man spricht dann von Multiple‐Access

– Also: FDMA, TDMA, CDMA, SDMA

Statisches Multiplexing

• Auf der Physikalischen Schicht

– Medium wird in N Kanäle mit gleicher Bandbreite  unterteilt

– Man spricht auch von statischem Multiplexing

• Multiplexing auf der Verbindungsschicht?

• Möglichkeit 1: Jedem Kommunikationspaar wird  einer der N Kanäle der der physikalischen Schicht  zugeordnet

• Sinnvoll wenn 

 Kanal fasst die Datenrate der Quelle 

 Datenrate der Quelle sättigt immer den Kanal

Problem Traffic‐Bursts

• Datenverkehr mit Bursts bedeutet: große 

Differenz zwischen Spitzen‐ und Durchschnittsrate

• Eine Hausnummer in Computer‐Netzen: Spitzen‐

versus Durchschnittsrate = 1000 : 1

Time

Sour ce   da ta   ra te

Mean rate

Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012

Statisches Multiplexing und Traffic‐Bursts

• Statisch aufgeteilte Ressourcen müssen entweder:

Sour ce   da ta   ra te Time

Mean rate Required rate

 Groß genug sein, um auch die  Spitzendatenrate unmittelbar  bedienen zu können

! Ressourcenverschwendung, da die  Linkkapazität im Mittel  nicht 

ausgeschöpft wird

 für den mittleren Fall 

dimensioniert sein, aber wir  benötigen dann einen Puffer

! Was ist der Delay bis ein Paket  übertragen werden kann?

Queues Packets

New packets

MUX

Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012

Delay‐Rechnung

Betrachte:

• Kanal mit Kapazität C bps

• Exponential verteilte Paket‐Ankunftsrate von   Pakete/Sekunde

• Exponential verteilte Paketlängen mit mittlerer Paketlänge von  1/ Bits/Frame

Was ist die mittlere Wartezeit T eines Pakets bei idealem  Kanalzugriff mit einer zentralen globalen Warteschlange?

Was ist die mittlere Wartezeit T _FDM von statischem FDM (andere 

Multiplexing‐Verfahren analog)?