какие методы коммутации существуют на сетях связи

Методы коммутации в сетях электросвязи

Классификация сетей электросвязи

Данная классификация основана на следующих признаках:

1. По типу передаваемых сообщений: телефонные сети, телеграфные сети, сети передачи данных, факсимильные сети и передачи газет, сети звукового вещания, цифровые сети интегрального обслуживания.

2. По категории пользователей: сети общего назначения, ведомственные (корпоративные) сети, сети специальных служб.

3. По скорости передачи сообщений: низкоскоростные сети, среднескоростные сети, высокоскоростные сети.

4. По размеру (степени охвата): глобальные сети, региональные (зональные) сети, локальные сети.

5. По способу коммутации: сети с долговременной (кроссовой) коммутацией, сети с оперативной коммутацией ( сети с коммутацией каналов (КК), сети с коммутацией сообщений (КС), сети с коммутацией пакетов (КП) ), сети с гибридной коммутацией (ГК), сети с адаптивной коммутацией (АК).

6. По типам используемых каналов связи: проводные сети, радиосети, волоконно-оптические сети, спутниковые сети.

7. По способу управления сетью: централизованное управление, децентрализованное управление, смешанное управление, статическое управление, квазистатическое управление, динамическое управление.

Система управления сетью предназначена для наиболее эффективного использования сетевых ресурсов в изменяющихся условиях эксплуатации.

По принципу размещения системы управления различают централизованное управление, когда основные функции управления сетью выполняет специально выделенный центр управления. Децентрализованное управление имеет распределенную структуру.

Смешанное (зоновое) управление предлагает централизованное управление внутри определенных зон, а зоны управляются централизованно (возможно и наоборот).

По степени приспособления (адаптации) системы управления к ситуации, сложившейся на сети, различают:

o статическое управление, когда возможные изменения заранее предусмотрены, а если происходят непредусмотренные изменения, то сеть выходит из строя;

o квазистатическое управление, когда система управления может противостоять некоторым нарушениям, не предусмотренным основной программой работы сети;

o динамическое управление, когда система управления обеспечивает эффективную работу сети, отслеживая ее текущее состояние.

Долговременной, или кроссовой, коммутацией называется способ, при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого измеряется часами, сутками и т.д. Каналы связи, участвующие в таких соединениях, называются выделенными.

Более распространенной является оперативная коммутация, когда между двумя точками сети организуется временное соединение.

Известны два основных принципа оперативной коммутации:

· соединение с накоплением информации.

При непосредственном соединении осуществляется физическое соединение входящих в УК каналов с соответствующими адресу исходящими каналами.

При соединении с накоплением сигналы из входящих в УК каналов сначала записываются в запоминающее устройство (ЗУ), а затем поступают в исходящие каналы по мере их освобождения.

Принцип непосредственного соединения реализуется в системе коммутации каналов (КК).

При коммутации каналов сначала организуется сквозной канал между абонентами через УК, а затем происходит передача сообщений. Установленное соединение ликвидируется после соответствующего решения абонентов.

Достоинства коммутации каналов состоят в следующем:

1) после организации соединения абоненты могут вести передачу в любое время, независимо от нагрузки других абонентов;

2) передача осуществляется с фиксированной задержкой, т.е. в реальном масштабе времени (режим диалога).

Недостатки этого способа установления соединений заключаются в плохом использовании ресурсов сети, в частности каналов, если взаимодействующие абоненты недостаточно активны и между передачами получаются длительные паузы. Например, при передаче данных полезная нагрузка составляет единицы процентов от выделенной пропускной способности.

При коммутации с накоплением ОП постоянно связан со своим УК (или несколькими УК) и передает ему сообщения, которые затем через другие УК передаются соответствующим абонентам. Существуют две разновидности систем с накоплением: система коммутации сообщений (КС) и система коммутации пакетов (КП).

Фазы коммутации каналов. Установление соединения путем коммутации каналов проходит следующие фазы:

1. Направление заявки на соединение. Для этого вызывающий абонент с помощью вызывного устройства посылает по абонентской линии в УК заявку на соединение, содержащую условный адрес вызываемого абонента.

3. Передача сообщений между абонентами. Обмен может быть одно- и двусторонним, если коммутируются двусторонние каналы связи.

4. Разрушение соединения. После завершения сеанса передачи и получения от абонента сигнала отбоя аппаратура УК разрушает установленное соединение.

Фазы коммутации сообщений. Для коммутации сообщений характерны следующие фазы установления соединения:

1. Вызывающий абонент передает в УК сообщение вместе с условным адресом вызываемого абонента.

2. В УК сообщение запоминается и по адресу определяется канал передачи.

3. Если канал к соседнему УК свободен, то сообщение немедленно туда передается, где повторяется та же операция.

4. Если канал к соседнему УК занят, то сообщение хранится в памяти УК до освобождения канала.

5. Сообщения устанавливаются в очередь по направлениям передачи с учетом категории срочности.

В настоящее время метод КС применяется редко, в основном на телеграфных сетях общего пользования.

Фазы коммутации пакетов. Для коммутации пакетов присущи следующие фазы установления соединения:

1. Сообщение разбивается на пакеты длиной 1000-2000 единичных элементов. Эта операция осуществляется либо в ОП, либо в ближайшем УК.

2. Если разбиение на пакеты происходит в УК, то дальнейшая передача пакетов осуществляется по мере их формирования, не дожидаясь окончания приема в УК всего сообщения.

3. Если канал к соседнему УК свободен, то пакет немедленно передается на соседний УК, где повторяется та же операция.

4. Если канал к соседнему узлу занят, то пакет небольшое время может храниться в памяти УК до освобождения канала.

5. Пакеты устанавливаются в очередь по направлениям передачи. Длина очереди обычно не превышает 3-4 пакетов. Если длина очереди превышает допустимую, пакеты стираются из памяти УК и их передача должна быть повторена.

Вследствие небольшой длины пакетов (обычно порядка 1000 бит) и применения высокопроизводительных центров коммутации пакетов (ЦКП) принцип КП по сравнению с КС позволяет существенно снизить время доставки сообщения получателю и организовать диалоговый режим передачи. Основной особенностью сетей с КП является высокая степень использования связных ресурсов за счет временного разделения канального и коммутационного оборудования между многими пользователями и высокоскоростной передачи сравнительно коротких пакетов.

Различают два режима передачи и коммутации в сетях КП: виртуальный (КП-В) и датаграммный (КП-Д) режимы.

Виртуальный режим коммутации пакетов. В режиме КП-В перед передачей сообщения между отправителем и получателем организуется виртуальный канал, по которому передаются все пакеты данного сообщения. Термин «виртуальный канал», предложенный Международным союзом электросвязи (МСЭ), означает кажущийся, физически не существующий канал, для определения логического двухточечного соединения между отправителем и получателем сообщения. Принципиальное отличие виртуального канала от физического, устанавливаемого при КК, заключается в том, что он может предоставляться на отдельных участках одновременно многим пользователям. В одном физическом канале может быть организовано до нескольких тысяч виртуальных каналов. Для каждой пары абонентов виртуальный канал сохраняет последовательность передаваемых пакетов так же, как и физический канал при КК. При этом сохраняются преимущества КП в отношении изменения скоростей передачи, чередования пакетов от различных пар абонентов и т. д.

Следовательно, режим КП-В сочетает достоинства методов КП и КК. В режиме КП-В различают временное виртуальное соединение (ВС) и постоянный виртуальный канал (ПВК). В режиме ВС, наиболее распространенном в сетях с КП, виртуальный канал организуется только на время передачи сообщения аналогично процедуре установления соединения в сети с КК.

Постоянный виртуальный канал между двумя абонентами организуется на время, не связанное с длительностью сеанса связи. Этот канал так же, как и выделенные каналы, организуется по согласованию с администрацией сети в тех случаях, когда осуществляется постоянное обращение к этому каналу или передача больших массивов данных. Заранее организованные ПВК упрощают процедуры функционирования сетей.

Режим датаграммной передачи. (data) В этом режиме виртуальное соединение предварительно не устанавливается, и каждый пакет, называемый датаграммой, передается и обрабатывается в сети как самостоятельное сообщение. Каждая датаграмма содержит адрес, что увеличивает объем служебной информации и снижает коэффициент использования каналов. Кроме того, независимая передача пакетов приводит к нарушению порядка их выдачи пользователю. Восстановление правильного порядка следования пакетов связано с усложнением соответствующих процедур передачи. Эти недостатки ограничивают применение режима КП-Д. С другой стороны, преимуществом КП-Д является возможность передачи пакетов одного и того же сообщения одновременно по разным маршрутам. При этом сокращается время доставки сообщения и обеспечивается более высокая надежность доставки в условиях отказов отдельных элементов сети. Кроме того, режим КП-Д обеспечивает более гибкую маршрутизацию пакетов и, как следствие, более эффективное использование сетевых ресурсов. В настоящее время сетевыми протоколами предусматривается использование обоих режимов с некоторым предпочтением КП-В.

У каждого метода коммутации своя область применения. Поэтому используют разные методы коммутации на сетях с разнородными абонентами.

Например, при небольшой средней нагрузке и передаче большими массивами в небольшое число адресов доля потери времени на установление соединения сравнительно невелика. В этом случае предпочтительнее использовать систему с КК. КС эффективнее использовать при передаче многоадресных сообщений, обеспечения приоритетности сообщениям высокой категории срочности при большой загрузке абонентских установок. При передаче коротких сообщений в интерактивном (диалоговом) режиме наиболее целесообразно использовать КП.

Гибридной коммутацией (ГК) называется такой способ, при котором в одном и том же УК часть сообщений обслуживается в режиме КК, а другая часть в режиме КС или КП. При этом усложняется узел коммутации, и сеть становится дороже. Однако сочетание нескольких (обычно двух) видов коммутации в ряде случаев обеспечивает эффективное использование сетевых ресурсов.

Источник

СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ В СЕТЯХ СВЯЗИ

Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 9062 ; Нарушение авторских прав

Классификация способов коммутации

Коммутация — процесс создания последовательного соединения

функциональных единиц, каналов передачи или каналов связи на то время, которое требуется для транспортировки сигналов.

При передаче сообщений используются следующие основные способы коммутации: коммутация каналов (КК), коммутация сообщений (КС), коммутация пакетов (КП), гибридная коммутация (ГК) (рис. 1.19).

Коммутация каналов представляет собой способ коммутации, при котором обеспечивается временное соединение каналов на различных участках сети для образования прямого канала между любой парой абонентских пунктов этой сети.

Коммутация каналов применяется, как правило, на аналоговых или односкоростных цифровых сетях связи. На таких сетях осуществляется статическое распределение сетевого ресурса или применяется фиксированная полоса пропускания, выделенная для передачи информации. При этом задержка сообщений минимальная и определяется только временем установления соединения.

Данный способ считается недостаточно гибким и на его основе практически невозможно построить мульти сервисную цифровую сеть с большим набором скоростей.

В цифровых сетях связи разновидностями классической КК являются способы многоскоростной коммутации каналов (МКК) и быстрой коммутации каналов (БКК).

Способ многоскоростной коммутации каналов является более динамичным по сравнению с обычной коммутацией каналов. При этом способе канал с минимальной скоростью передачи выбирается как базовый путем объединения базовых каналов формируется набор каналов с различными скоростями, кратными базовой. В качестве базовой могут быть выбраны, например, скорости 8 или 64 кбит/с. Затем в зависимости от требований пользователю представляется тот или иной составной канал.

При осуществлении быстрой или многоскоростной коммутации оптимально используются возможности полупроводниковых элементов коммутационного устройства, когда в любой момент времени канал обмена будет представлять собой комбинацию нескольких каналов с базовой скоростью.

Особенностью многоскоростной коммутации является предоставление канала по требованию в паузах речевого сигнала. Динамическое распределение полосы пропускания увеличивает эффективность сети связи, но при перегрузках часть речевых отрезков теряется. Кроме того, при реализации БКК и МКК полоса результирующего канала должна быть кратна полосе базового канала.

Коммутация сообщений — способ коммутации, при котором в каждой системе коммутации производится прием сообщения, его накопление и последующая передача в соответствии с адресом.

При применении способа коммутации сообщений используется накопление сообщения (или его части) в памяти центров коммутации, поэтому сообщение из оконечных пунктов сети связи передается в центр коммутации сообщений (ЦКС), затем в другой центр и т д., пока сообщение не достигнет того, с которым непосредственно связан оконечный пункт сети связи (ОПСС). Подобная поэтапная передача сообщения позволяет получить ряд положительных свойств для сети связи, что приводит к преимущественному использованию способа коммутации сообщений в современных сетях связи. В настоящее время существует несколько вариантов этого способа коммутации. Основными из них являются полный переприем сообщений и коммутация пакетов. В первом случае в центрах коммутации осуществляется переприем полного сообщения, во втором — лишь его части (пакета), что обеспечивает получение ряда преимуществ, которые будут рассмотрены далее.

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 [13].

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 трафика.Трафик — совокупность сообщений, передаваемых по сети электросвязи [14].

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.

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

времени t₁(рис. 1.21) от ОПСС отправителя сообщения в центр коммутации ЦК, поступает заявка на соединение с оконечным пунктом сети связи (ОПСС) получателя. В течение времени установления соединения t_ус, производится установление соединения в ЦК, затем передается сигнал С, в ЦК, где также устанавливается соединение. Процедура продолжается до тех пор, пока не будут произведены все соединения в центрах коммутации (момент времени t_z), 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 t_p = L/R_b, где R_b — эффективная скорость передачи битов сообщений по цифровому каналу.

На рис. 1.21 через t_p обозначено время распространения сигнала на участке между двумя ЦК.

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

Общее время доведения сообщения в соответствии с показанной на рис. 1.21 временной диаграммой определяется выражением

Из этого выражения следует, что коэффициент использования участка канала R_испi. зависит от времени установления t_ус, и различен для разных участков канала. 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 пропуск- ной 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.

Коммутация сообщений. При использовании этого способа сообщение отправителя передается в ЦК,, где запоминается и передается в следующий ЦК. Процедура повторяется до тех пор, пока сообщение не достигнет ЦК„откуда через канал связи оно поступает в ОПСС получателя (рис. 1.22).

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 длительным задержкам в центрах коммутации и необходимости иметь там запоминающие устройства весьма большой емкости. Эти обстоятельства и обусловили широкое применение способа коммутации пакетов.

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.

Доставка сообщения от отправителя к получателю в сети связи с пакетной коммутацией включает в себя процедуры получения сообщения от отправителя, образования пакетов, передачи пакетов посети 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. 1.23.

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 много пакетных 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 техузлов, 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 адрес

а достаточно иметь лишь сведения о принадлежности к заданному маршруту, т.е. сведения об условном номере виртуального канала.

Гибридная коммутация.Сочетание достоинств способов КК и КП обеспечивается в гибридной коммутации, комбинирующей коммутацию каналов для сообщений, передаваемых в реальном масштабе 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 график, 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. 1.24 видно, что для коротких сообщений

Источник