Классификация сетей электросвязи (стр. 14 )

Доставка сообщения от отправителя к получателю в сети связи с пакетной коммутацией включает в себя процедуры получения со общения от отправителя, образования пакетов, передачи пакетов по сети связи, формирования сообщения и выдачи его получателю.

Процедура образования пакетов из сообщения и обратная про­цедура формирования сообщения из принимаемых пакетов могут осуществляться либо ОПСС отправителя и получателя сообщений, либо в центрах коммутации, с которыми непосредственно связаны ОПСС отправителя и получателя сообщений.

В первом случае базовая сеть связи реализует лишь протокол пакетной коммутации, а протокол обмена сообщениями осуществ­ляется средствами ОПСС, обмен которых с центрами коммутации также производится пакетами. В частном случае, когда отправитель осуществляет ввод сообщений в форме пакетов, можно обходиться и без автоматизации процедур преобразования сообщений в пакеты.

Во втором случае ОП сети связи выдает в ЦК сообщения, т. е. об­мен между ОПСС и ЦК реализуется по протоколу обмена сообщени­ями, в рамках которого, естественно, может быть применено и раз­биение на пакеты. Затем реализуется процедура передачи пакетов в ЦК получателя, в котором осуществляется сборка сообщения, вы­даваемого в ОПСС получателя.

Использование пакетной коммутации позволяет реализовать раз­личные протоколы управления процессом доставки пакета от отпра­вителя до получателя. Наибольшее распространение получили датаграммный способ и способ с установлением виртуального канала.

При датаграммном способе каждый пакет при перемещении в сети рассматривается как самостоятельный блок, доставляемый получателю (точнее, в элемент сети связи, реализующий процедуру формирования сообщений из принимаемых пакетов) в соответствии с приписанным ему адресом. Процесс передачи пакетов по одному маршруту датаграммным способом показан на рис. 4.5.

Предполагается, что процедуры формирования пакетов (сообще­ний) реализуются в ОПСС. Первый пакет сообщений передается точ­но таким же образом, как и при коммутации сообщений. При пере­даче второго пакета на участке ОПСС0 - ЦК1 направления передачи сообщений одновременно передается пакет на участке ЦК1 - ЦК2. 

С момента передачи пакета с номером z ведется одновременная пе­редача пакетов на всех участках направления передачи сообщений между ОПСС отправителя и ОПСС получателя сообщений. Способ коммутации пакетов приближается по характеристикам к способу коммутации каналов, сохраняя все преимущества коммутации сооб­щений.

Рис. 4.5. Диаграмма, поясняющая сущность датаграммного способа коммутации 3 - заголовок, Д - данные, ц - количество пакетов

Для определения времени доведения сообщения из ц пакетов можно использовать полученное ранее выражение, позволя­ющее определить время передачи первого пакета (tK - t1) и учесть длительность передачи остальных (ц - 1).

Таким образом,

После преобразований получаем

При передаче пакетов одного сообщения по нескольким парал­лельным направлениям передачи сообщений, проходящим через различные центры коммутации сети обмена сообщениями, время доведения может быть уменьшено. Однако при любом числе кана­лов оно не может быть меньше суммы двух первых слагаемых последней фор­мулы. Как и при коммутации сообщений, участки маршрута занимаются лишь на время передачи сообщения и коэффициент их использования равен

где  LП - объем сообщений из формата пакета в битах (Lп = L/ц).

Принципиально пакеты можно формировать из нескольких сооб­щений, что целесообразно при очень малых их длинах.

Датаграммный способ относительно прост в реализации и обес­печивает минимизацию времени доведения сообщения получателю.

К недостаткам этого способа следует отнести:

1.Возможность нарушения порядка прибытия в ОП пользовате­ля пакетов длинного сообщения ввиду независимости их маршрутов в сети, что требует сортировки пакетов в нужной последовательности.

2. Возможность различных задержек пакетов из-за отсутствия предварительного резервирования памяти в ОП пользователя для многопакетных сообщений, что приводит к перегрузке памяти ЦК пользователя.

3. Наличие тупиковых ситуаций снижает степень использования технологических ресурсов. В сети КП с датаграммным режимом та­кие ситуации возникают при условии, что поток поступающих в сеть пакетов превышает допустимый. Перегрузка сети приводит к цирку­ляции датаграмм, которые не могут быть переданы в ОП пользова­теля ввиду отсутствия свободной памяти в ЦК пользователя.

Для исключения указанных недостатков в сети КП применяются различные методы резервирования ресурсов (прежде всего памяти ОП пользователя или ЦК). Так, если датаграммный способ дополнить виртуальным вызовом, когда перед передачей основной информа­ции ОП источника посылает служебный пакет в ОП получателя, зап­рашивающий ресурсы (требуемый объем памяти ОП получателя), на который получает ответный пакет готовности, то это значительно уменьшает вероятность тупиковых ситуаций из-за перегрузки ЦК пользователя. При получении отказа ОП источника не передает со­общения и тем самым не загружает сеть.

Фиксируя дополнительно путь передачи пакетов в маршрутных таблицах тех узлов, через которые прошел служебный пакет вызова, можно значительно уменьшить вероятность нарушения порядка сле­дования пакетов длинного сообщения. Эта разновидность КП назы­вается коммутацией пакетов с установлением виртуального канала. При этом исключается циркуляция пакетов («петли») и появляется возможность контроля перегрузок за счет установления допустимо­го числа виртуальных каналов в сети. Заголовки пакетов (кроме пер­вого) при использовании способа с установлением виртуального ка­нала могут иметь меньший объем, чем при способе датаграмм, так как вместо полного адреса достаточно иметь лишь сведения о при­надлежности к заданному маршруту, т. е. сведения об условном номере виртуального канала.

4.5. Гибридная коммутация.

Сочетание достоинств способов КК и КП обеспечивается в гибридной коммутации, комбинирующей ком­мутацию каналов для сообщений, передаваемых в реальном масш-тбе времени (речь, сигналы телеуправления и телеметрии, факси­мильные сообщения и т. д.), и коммутацию пакетов для данных. Рас­пределение смешанного трафика определяется в этом случае при поступлении вызова ОП источника в сеть, в которой при этом часть пропускной способности магистральных каналов отводится под тра­фик, передаваемый в режиме КК, а другая часть - под трафик, пере­даваемый в режиме КП. Платой за широкие возможности способа ГК является увеличение аппаратно-программных затрат на реализа­цию L. Из рис. 4.6 видно, что для коротких сообщений (L< L3) нет различий между способами полного переприема сообщений (ППС) и коммутации пакетов.

Рис. 4.6. Графики зависимости времени доставки сообщения от его объема (а) и коэффициентов использования каналов от объема сообщений (б)

4.6. Сравнение способов коммутации.

На рис. 4.6, а показан характер зависимостей времени доведения сообщения от его объема.

Для сообщений длиной L1 < L < L2 наименьшее время доведения обеспечивает способ коммутации пакетов, а наибольшее - способ коммутации каналов. При больших длинах сообщений (L < L3) наилучшие результаты по времени доведения можно получить, используя способ коммутации каналов. Конкретные значения L1, L2 и L3 определяются большим числом факторов, задаваемых характеристиками, входящими в качестве аргументов в предыдущие формулы.

На рис. 4.6, б показана зависимость коэффициентов использования каналов для рассмотренных способов коммутации, причем для способа коммутации каналов эти коэффициенты различны для различных участков тракта. На рисунке показаны графики этих коэффициентов для первого (КК1), второго (КК2) и третьего (КК3) участков. Для способа коммутации пакетов коэффициент использования канала не зависит от длины сообщения, так как структура пакета в любых случаях включает одинаковое количество служебных символов в составе заголовка пакета.

Достоинствами способа коммутации сообщений, обусловливающими его широкое применение в перспективных сетях связи, являются:

1. Более эффективное использование пропускной способности каналов связи. В настоящее время при применении способа коммутации каналов пропускная способность может использоваться лишь на 20...30 %, а при применении метода коммутации сообщений - на 80...85 % и более. Это объясняется возможностью поэтапной передачи, не связанной с ожиданием установления соединения по всему тракту и, следовательно, отсутствием потерь времени на не обслуженные вызовы. Кроме того, коммутация сообщений обеспечивает эффективное использование одного канала в интересах различных направлений передачи сообщений. Особенно эффективно это осуществляется при пакетной коммутации. Эффект статистического управления в канале пакетами различных информационных направлений позволяет считать перспективным способ пакетной коммута­ции при передаче речевых и факсимильных сообщений в цифровой форме в цифровых сетях с интеграцией обслуживания.

2. Простота реализации многоадресной и циркулярной передачи сообщений.

3. Возможность более простой, чем при коммутации каналов, реализации приоритетной передачи сообщений высоких категорий срочности. Накопление сообщений в центрах коммутации позволяет организовать на маршрутах «обгон» сообщений низких категорий срочности сообщениями более высоких категорий.

4. Обеспечение обмена сообщениями между отправителями и получателями, использующими разнотипную аппаратуру ввода и вывода сообщений, в частности работающую с различными скоростями передачи сообщений.

5. Возможность передачи сообщений по участкам направлений передачи сообщений, имеющим каналы передачи сообщений с различными скоростями передачи.