مالتی پلکسینگ چیست؟

مالتی پلکسینگ (multiplexing) یک روش در شبکه‌های کامپیوتری است که با استفاده از آن می‌توان جریان‌های مختلف آنالوگ و دیجیتالی را به طور همزمان بر روی یک لینک مشترک پردازش کرد. در واقع با استفاده از تکنیک مالتی پلکسینگ می‌توان رسانه‌های دارای ظرفیت بالا را به چندین رسانه با ظرفیت پایین تقسیم کرد، سپس آن‌ها را میان جریان‌های داده مختلف به اشتراک گذاشت. در این مقاله قصد داریم برخی از مهم‌ترین مسائل را درباره مالتی پلکسینگ بررسی کنیم. اگر قصد دارید اطلاعات خود را درباره مالتی پلکسینگ افزایش دهید با ما همراه باشید.

مالتی پلکسینگ در شبکه‌های کامپیوتری به چه معنا است؟

در طی پروسه مالتی پلکسینگ، چند سیگنال یا جریان اطلاعاتی به صورت هم زمان بر روی یک مسیر مشترک متمرکز می‌شوند. هنگامی که سیگنال به مقصد خود می‌رسد فرآیندی به نام دی مولتی پلکس یا دموکسینگ، سیگنال‌های جداگانه را بازیابی می‌کند و آن‌ها را به خطوط جداگانه ارسال می‌کند.

در انواع شبکه‌های کامپیوتری با استفاده از مالتی پلکسینگ چندین سیگنال در یک سیگنال ترکیبی از طریق یک رسانه مشترک استفاده می‌شود. برای این کار می‌توان از کابل فیبر نوری و یا موج رادیویی استفاده کرد. در زمانی که سیگنال‌های ترکیبی به مقصد می‌رسند از حالت مولتی پلکسینگ خارج می‌شوند و سیگنال‌های اولیه دوباره از یکدیگر جدا می‌شوند و بازیابی و پردازش می‌شوند.

تاریخچه مالتی پلکسینگ چیست؟

مالتی پلکسینگ اولین بار در اوایل سال ۱۸۷۰ به عنوان یک پشتیبان برای تلگراف مورد استفاده قرار گرفت. پس از آن به طور روز افزونی بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار گرفت و از آن در ازتباطات استفاده شد.

چرا به مالتی پلکسینگ احتیاج داریم؟

به طور استاندارد در رسانه‌های انتقال، یک سیگنال از فرستنده به گیرنده منتقل می‌شود. رسانه در هر بار انتقال می‌تواند فقط یک گیرنده داشته باشد، اما چرا به مالتی پلکسینگ احتیاج داریم؟ در زیر این مسأله را توضیح داده‌ایم. در بسیاری از موارد برای به اشتراک‌گذاری یک رسانه سیگنال‌های مختلفی وجود دارد. در این شرایط نیاز پیدا می‌کنیم که پهنای باند را تقسیم کنیم و بر هر یک از این سیگنال‌ها فضایی را اختصاص دهیم تا بتوانند منتقل شوند.

در این جا است که اهمیت مالتی پلکسینگ مشخص می‌شود. برای درک بهتر این موضوع تصور کنید که یک پهنای باند لازم است که به طور همزمان ۱۰ سیگنال را منتقل کند. اگر فرض کنیم این باند دارای پهنای ۱۰۰ واحد است مالتی پلکسینگ باعث می‌شود که بر هرکدام از سیگنال‌ها یک پهنای باند ۱۰ واحدی اختصاص داده شود. حال ممکن است این پرسش برای شما پیش بیاید که چرا نمی‌توان سیگنال‌ها را به طور مشترک منتقل کرد و چرا به مالتی پلکسینگ نیاز داریم؟

اگر چندین سیگنال مختلف را در یک محیط واحد و مشترک منتقل کنیم احتمال زیادی وجود دارد که سیگنال‌ها به یکدیگر برخورد کنند. برای جلوگیری از این مسأله از مالتی پلکسینگ استفاده می‌کنیم.

مقاله پیشنهادی: FPGA چیست؟

مالتی پلکسینگ در چه مواردی استفاده می‌شود؟

مالتی پلکسینگ در موارد بسیار زیادی کاربرد دارد. در بسیاری از صنایع برای آسان‌تر شدن ارتباطات آنالوگ و دیجیتال از مالتی پلکسینگ استفاده می‌شود. دو مورد بسیار مهم از مواردی که سازمان‌ها در آن‌ها از مالتی پلکسینگ استفاده می‌کنند، شامل موارد زیر هستند:

1. بسیاری از سازمان‌ها از طریق مالتی پلکسینگ بین دستگاه‌های شبکه ارتباط برقرار می‌کنند. این مسأله این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به ارتباط مستقیم و اختصاصی بین دو دستگاه افراد بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
2. بسیاری از سازمان‌ها از مالتی پلکسینگ برای استفاده بهینه و به صرفه‌تر از منابع کم یاب و گران قیمت استفاده می‌کنند. برای مثال می‌توان از مالتی پلکسینگ استفاده کرد تا سیگنال‌های متعدد را از طریق یک اتصال ماهواره‌ای و یا کابل مسی یا فیبر نوری در بین مناطق بزرگ شهری استفاده کرد.

انواع مالتی پلکسینگ کدام‌ها هستند؟

شبکه‌های کامپیوتری از انواع مختلفی از مالتی پلکسینگ‌ها استفاده می‌کنند. به طور کلی انواع مختلف مالتی پلکسینگ‌ها به شیوه بسیار مشابهی عمل می‌کنند. در اولین قدم سیگنال‌های منفرد به یک مالتی پلکسر وارد می‌شوند و به عنوان یک سیگنال ترکیبی با یکدیگر ادغام می‌شوند. سپس سیگنال ادغام شده توسط یک رسانه مشترک منتقل می‌شود و هنگامی که سیگنال ادغامی ساخته شده به مقصد می‌رسد توسط یک دی مالتی پلکسر به سیگنال‌های اولیه تفکیک می‌شود.

در نهایت سیگنال‌های جدا شده برای انجام عملیات‌های مورد نیاز به خطوط جداگانه فرستاده می‌شوند. به طور کلی سازمان‌ها می‌توانند انواع مختلفی از مالتی پلکسینگ‌ها را بر اساس نیاز‌های خود انتخاب می‌کنند. این که سازمان‌ها از کدام نوع مالتی پلکسینگ استفاده کنند به طور مستقیمی به این بستگی دارد که از سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال استفاده می‌کنند، همچنین به این نیز بستگی دارد که سازمان‌های مورد نظر از کابل کواکسیال، کابل فیبر نوری یا ارتباطات رادیویی استفاده کنند.

اصلی‌ترین تکنیک‌های مالتی پلکسینگ کدام‌اند؟

برخی از مهم‌ترین، اصلی‌ترین و رایج‌ترین تکنیک‌های مالتی پلکسینگ شامل موارد زیر هستند.

مالتی پلکس به روش تقسیم فرکانس (FDM):

در هر راه ارتباطی پهنای باند به پهنا‌های مختلفی با فر کانس‌های مختلف تقسیم می‌شود. در این پهنا‌ها فرکانس‌های زیاد و متفاوتی به موازات یکدیگر حمل می‌شوند. از مالتی پلکسینگ به روش تقسیم فرکانس استفاده‌های زیادی می‌شود. انتقال‌های رادیویی آنالوگ معمولاً از این روش استفاده می‌کنند تا سیگنال‌های چند‌گانه را در امواج رادیویی انتقال دهند.

تلویزیون کابلی آنالوگ همچنین از FDM استفاده می‌کند و چندین کانال را به سیم‌های کابل کواکسیال ارسال می‌کند. یکی از شاخه‌های FDM، مالتی پلکسینگ با تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) است که فرکانس‌های سیگنال را به هم نزدیک‌تر می‌کند، در حالی که آن‌ها را قادر می‌سازد با هم همپوشانی داشته باشند و همچنان جدا بمانند.

از مزایای این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. برای سیگنال‌های آنالوگ از آن استفاده می‌شود.
2. فرآیند FDM مدولاسیون بسیار ساده و آسان است.
3. از طریق این روش می‌توان تعداد زیادی از سیگنال‌ها را به طور همزمان ارسال کرد.
4. این نوع از مالتی پلکسینگ به هیچ نوع هماهنگی خاصی بین فرستنده و گیرنده نیاز ندارد.

همچنین این تکنیک دارای معایبی نیز هست که برخی از مهم‌ترین آن‌ها شامل موارد زیر هستند.

1. از این نوع از مالتی پلکسینگ فقط در مواقعی می‌توان استفاده کرد که به کانال‌هایی با سرعت کم نیاز است.
2. این روش به تعداد نسبتاً زیادی از تعدیل‌کننده‌ها نیاز دارد.
3. برای استفاده از این نوع از مالتی پلکسینگ به یک باند با پهنای نسبتاً بالا نیاز است.

مالتی پلکسینگ با تقسیم طول موج (WDM):

این روش مشابه روش مالتی پلکسینگ به روش تقسیم فرکانس است، با این تفاوت که در این روش، از طول موج‌های مختلف برای انتقال امواج استفاده می‌شود. در این روش زمانی که چندین کانال ارتباطی یکپارچه می‌شوند، بر روی امواج نوری دارای طول موج‌های مختلف انتقال پیدا می‌کنند.

مالتی پلکسینگ بر اساس طول موج به دو نوع درشت و متراکم تقسیم می‌شود. در نوع درشت، کانال‌های کمتر و در نوع متراکم کانال‌های بیشتری به طور همزمان بر روی رسانه قرار می‌گیرند. این روش در بسیاری از سیستم‌های مخابراتی و کامپیوتری، رایج‌تر از روش مالتی پلکسینگ با استفاده از روش تقسیم فرکانس است، زیرا این سیستم‌ها از سیستم‌های لیزری برای ارسال سیگنال‌های نوری با استفاده از کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌کنند.

مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی (TDM):

همان طور که از نام این نوع از مالتی پلکسینگ مشخص است، این نوع از مالتی پلکسینگ بر خلاف مالتی پلکسینگ، بر اساس روش تقسیم فرکانس و روش تقسیم طول موج از زمان برای مالتی پلکسینگ و پروسه آن استفاده می‌کند. در این روش سیگنال‌های دیجیتال متعدد در بازه‌های زمانی که متناوب هستند در یک کانال منتقل می‌شوند.

این نوع از مالتی پلکسینگ نیز کاربرد‌های خاص خود را دارد. از این نوع مالتی پلکسینگ در تلفن‌های دیجیتال به طور ویژه‌ای استفاده می‌شود. در واقع با استفاده از مالتی پلکسینگ در تلفن‌های دیجیتال می‌توان چندین مکالمه را به یک رسانه مشترک منتقل کرد.
جالب است بدانید که مالتی پلکسینگ به روش تقسیم زمانی می‌تواند به صورت همزمان یا غیر همزمان اتفاق بیافتد.

مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی همزمان:

در روش مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی همزمان، شکاف زمانی از قبل برای هر دستگاهی تعیین می‌شود. سپس به هر دستگاهی بدون توجه به این که دستگاه، داده‌ای دارد یا نه یک اسلات زمانی خاص داده می‌شود. البته اگر دستگاه، هیچ داده‌ای نداشته باشد، شکاف خالی خواهد ماند. در این روش سیگنال‌ها به صورت فریم ارسال می‌شوند و اسلات‌های زمانی نیز به صورت فریم مرتب می‌شوند. در نهایت اگر دستگاهی اطلاعات مربوط به شیار زمانی خاص را نداشته باشد شکاف به صورت خالی منتقل می‌شود. مالتی پلکسینگ به روش تقسیم زمانی همزمان دارای معایبی است. برخی از این معایب شامل موارد زیر هستند:

• در این روش شکاف‌های خالی که فاقد داده هستند نیز منتقل می‌شود. این مسأله باعث کاهش کارایی ظرفیت کانال می‌شود.
• در این نوع از مالتی پلکسینگ لازم است که سرعت محیط انتقال بیشتر از سرعت کل خطوط ورودی باشد.

مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی ناهمزمان

این نوع از مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی را تحت عنوان مالتی پلکسینگ آماری نیز می‌شناسند. فرق اصلی این روش با روش مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی ناهمزمان در این است که برخلاف روش قبلی، شکاف‌های زمانی ثابت نیستند. در واقع اسلات‌های زمانی فقط به دستگاه‌هایی اختصاص داده می‌شود که دارای داده و اطلاعات هستند.

مقاله پیشنهادی: میکروکنترلر چیست؟

چندگانه تقسیم کد (CDM):

این روش از مالتی پلکسینگ همان طور که از نام آن مشخص است سیگنال‌های متفاوت را بر اساس کددهی از هم مجزا می‌کند. در حقیقت یک کد پخش‌کننده به هر سیگنال اختصاص داده می‌شود و سیگنال‌ها را از یکدیگر مجزا می‌کند. زمانی که کد پخش‌کننده با سیگنال اصلی ترکیب می‌شود یک جریان جدید از داده‌های کد‌گذاری شده تولید می‌شود و به یک رسانه مشترک ارسال می‌شود.

یکی از ویژگی‌های مهم این نوع از مالتی پلکسینگ این است که می‌تواند سیگنال‌های متعددی را از چندین منبع مختلف پشتیبانی کند. از مالتی پلکسینگ به روش تقسیم کد به طور گسترده‌ای در پخش تلویزیون دیجیتال و رادیو و شبکه‌های تلفن همراه استفاده می‌شود.

مالتی پلکسینگ تقسیم فضا (SDM)

در این نوع از مالتی پلکسینگ، مسیر سیگنال‌های مختلف با استفاده از فیبر‌های نوری یا سیم‌های الکتریکی از یکدیگر جدا می‌شوند. در حقیقت این اجزای جدا‌کننده در یک محیط انتقال مشترک قرار می‌گیرند اما از نظر فیزیکی از هم جدا می‌شوند. از این نوع از مالتی پلکسینگ بیش از همه در سیستم‌های کابلی زیر دریایی برای کمک به افزایش ظرفیت استفاده می‌شود. به علاوه در ازتباطات بی‌سیم نیز از مالتی پلکسینگ تقسیم فضا استفاده می‌شود.

پلاریزاسیون تقسیم چندگانه (PDM)

سیگنال‌های الکترومغناطیسی ورودی به کانال‌های متعامد قطبی می‌شوند که از طریق یک رسانه مشترک منتقل می‌شوند.
کاربرد این نوع از مالتی پلکسینگ بیش از همه در انتقالات رادیویی و ارتباطات فیبر نوری است. به علاوه از این نوع از مالتی پلکسینگ در رساندن سیگنال‌ها به دیش‌های ماهواره‌ای نیز استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری:

مالتی پلکسینگ یکی از روش‌های کارآمدی است که کاربرد‌های بسیاری دارد. استفاده از مالتی پلکسینگ این امکان را به کاربر می‌دهد که چندین سیگنال مختلف را به طور همزمان منتقل کند، بدون این که این سیگنال‌ها با یکدیگر برخورد کنند. مالتی پلکسینگ انواع بسیار متفاوتی دارد که هرکدام از آن‌ها نیز مزایا و معایب مختص به خود را دارند. هر سازمانی با توجه به نیاز خود و ویژگی‌های مد نظر خود می‌تواند نوعی از مالتی پلسینگ را برای رسیدن به اهداف خود و مدیریت بهتر فرآیند‌ها انتخاب کرده و از آن استفاده کند.