Классификация сетей электросвязи (стр. 13 )

Коммутация пакетов - способ коммутации, при котором сообще­ние делится на части определенного формата - пакеты, принимае­мые, накапливаемые и передаваемые как самостоятельные сообще­ния по принципу, принятому для коммутации сообщений.

Каждому пакету присваивается адрес сообщения, а в ряде случа­ев - признак принадлежности определенному сообщению и его по­рядковый номер. Если все пакеты одного сообщения передаются по единому пути (по одному виртуальному каналу), то режим коммута­ции называется виртуальным, если же каждый пакет передается по самостоятельному пути - датаграммным.

Виртуальный канал - это логический канал, проходящий через телекоммуникационную сеть.

Способ коммутации пакетов соответствует механизму динамичес­кого распределения сетевого ресурса или переменной полосе про­пускания, изменяющейся в зависимости от требования абонентов. Однако при этом имеют место случайные задержки информации. Способ КП является наиболее приемлемым для передачи данных, особенно при пачечной структуре нагрузки (трафика. Трафик - совокупность сообщений, передаваемых по сети электросвязи).

Следует отметить, что наряду со случайной задержкой информа­ции применение способа КП связано и с другой проблемой - слож­ностью протоколов.

Одной из разновидностей КП является способ быстрой коммута­ции пакетов (БКП), использующий более простые протоколы. Также, как и при обычной КП, в сети с БКП организуются виртуальные кана­лы, и информация в заголовке пакета определяет, какой из каналов должен быть использован для передачи пакета. Для реализации БКП требуется строить сеть связи на волоконно-оптических линиях свя­зи (ВОЛС), включая и абонентскую сеть, что обеспечивает большие скорости передачи сообщений и малые значения вероятности ошиб­ки. Кроме того, в сетях с БКП проще технически реализовать узлы коммутации по сравнению с сетями с КП.

Ниже рассмотрим подробнее процедуры передачи сообщения между оконечными пунктами отправителя ОПСС0 и получателя ОПССп при применении различных способов коммутации на приме­ре использования фрагмента сети связи, содержащей I последова­тельно соединенных каналами связи центров коммутации ЦК.,, ЦК2, ...,ЦКг(рис. 4.2).

Рис. 4.2. Фрагмент сети связи

4.2 Коммутация каналов.

Сущность способа коммутации каналов (КК) при передаче сообщений заключается в следующем.

Рис. 4.3. Диаграмма, поясняющая сущность способа коммутации каналов

В момент времени t1 (рис. 4.3) от ОПСС отправителя сообщения в центр ком­мутации ЦК1 поступает заявка на соединение с оконечным пунктом сети связи (ОПСС) получателя. В течение времени установления со­единения гус производится установление соединения в ЦК.,, затем передается сигнал С1 в ЦК2, где также устанавливается соединение. Процедура продолжается до тех пор, пока не будут произведены все соединения в центрах коммутации (момент времени t2), и тогда от­правителю посылается сигнал готовности, после получения которо­го от ОПСС отправителя передается сообщение, которое для циф­ровых сетей связи измеряется в L бит. Время передачи сообщения , где- эффективная скорость передачи битов сообщений по цифровому каналу.

На рис. 4.3 через tр обозначено время распространения сигнала на участке между двумя ЦК.

Процесс передачи заканчивается после приема сообщения получателем в момент времени tк. Следует заметить, что в общем случае время установления соединения в центрах коммутации явля­ется величиной случайной для разных центров. Для упрощения оце­нок считаем, что tус является средним временем установления со­единений.

Общее время доведения сообщения в соответствии с показанной на рис. 4.3 временной диаграммой определяется выражением

Следует заметить, что время занятия канала различно. Будем характеризовать эффективность использования участка канала i меж­ду ЦКi и ЦКi+1 коэффициентом эффективности использования учас­тка канала Rиспi, равным отношению времени, в течение которого передаются данные, к общему времени занятия канала. Нетрудно убедиться, что

где: i = (1, 2,(z - 1). Пренебрегая значениями tp, ztp, 2ztp, которые,

как правило, существенно меньше получим:

Из этого выражения следует, что коэффициент использования участка канала Rиспi зависит от времени установления tус различен для разных участков канала i. Наиболее эффективно используется последний участок канала (z - 1). Причиной низкой эффективности первых участков является необходимость создания прямого тракта до начала передачи сообщения. При отсутствии свободного канала на каком-либо участке установленные ранее соединения разруша­ются, а потери времени на подобные не обслуженные вызовы явля­ются основной причиной неэффективного использования пропуск­ной способности каналов в сетях коммутации каналов.

Метод КК широко применяется в телефонных сетях, представля­ющих пользователям диалоговую связь. Частным случаем КК явля­ется кроссовая коммутация, которой соответствуют долговременные соединения в ЦК, позволяющие организовать прямой (некоммути­руемый) канал между ОП.

Цифровые сети КК делятся на синхронные и асинхронные. В син­хронных цифровых сетях КК передающее и коммутационное обору­дование синхронизируются от единого тактового генератора, что позволяет упростить и интегрировать процессы передачи и распре­деления информации в системах с временным уплотнением, но тре­бует создания сложной системы сетевой синхронизации.

В асинхронных цифровых сетях КК передающее и коммутацион­ное оборудование независимо синхронизируются автономными тактовыми генераторами, что обеспечивает определенную гибкость в выборе аппаратуры и согласование с существующими сетями пе­редачи данных (например, телеграфными). Однако при этом появ­ляются трудности, связанные с обеспечением помехоустойчивости передачи.

4.3 Коммутация сообщений.

При использовании этого способа сообщение отправителя передается в ЦК1 где запоминается и пе­редается в следующий ЦК. Процедура повторяется до тех пор, пока сообщение не достигнет ЦКz откуда через канал связи оно поступа­ет в ОПСС получателя (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Диаграмма, поясняющая сущность способа коммутации сообщений: пр - прием, пер - передача, tз - время передачи заголовка

Началом цикла передачи является момент времени t1, начиная с которого аппаратурой ОПСС отправителя производится обработ­ка сообщения (анализ адреса и категории срочности, выбор исходя­щего тракта и т. д.). Время обработки является величиной случайной и зависит от состояния каналов связи, загрузки ОПСС и центров ком­мутации и других факторов. Для получения приближенных оценок этого времени используется среднее время обработки сообщения в ОПСС или центре коммутации tобр. После предоставления исходя­щего тракта передаются заголовок и данные, содержащиеся в сооб­щении. Процесс передачи от ОПСС к ЦК1 заканчивается в момент t1к. При передаче от ЦК1 к ЦК2 и так далее все полностью повторяется. Последний этап содержит передачу сообщения из ЦКz в ОПСС по­лучателя.

Процесс передачи состоит из (z + 1) одинаковых циклов, каждый из которых имеет длительность. Следовательно, общее время доведения сообщения от ОПСС0 до ОПССп :

tдов = [.

Преобразуя это выражение, получим:

Различные участки направления передачи сообщения при этом способе занимаются поочередно лишь на время передачи сообще­ния. Поэтому коэффициент использования каналов одинаков для всех участков и равен:

где- длина заголовка в битах.

Таким образом, характерной особенностью способа коммутации сообщений при полном переприеме сообщений в центрах коммута­ции является поочередное занятие каналов и центров коммутации на маршруте передачи сообщения. Форматы сообщений определя­ются оптимизацией процедур обмена сообщениями между отправи­телями и получателями. Вследствие этого объем сообщений, как правило, не оптимален с точки зрения процедур обмена в сети свя­зи. Полный переприем сообщений, имеющих в большинстве случа­ев длину, во много раз превышающую оптимальную, приводит к дли­тельным задержкам в центрах коммутации и необходимости иметь там запоминающие устройства весьма большой емкости. Эти обсто­ятельства и обусловили широкое применение способа коммутации пакетов.

4.4. Коммутация пакетов.

При этом способе обмен сообщениями между отправителями и получателями

реализуется при использова­нии двух протоколов (правил). Протокол обмена сообщениями явля­ется протоколом высшего уровня и обеспечивает непосредственный обмен сообщениями заданного формата между двумя ОПСС. Про­токолом более низкого уровня является протокол пакетной комму­тации, обеспечивающий доставку пакетов из места разделения со­общений на пакеты в место их формирования. Оптимальный выбор объема пакета позволяет уменьшить емкость запоминающих уст­ройств и время задержки пакетов в центрах коммутации.