уЧЕБНИК. Конспект лекций СанктПетербург 2005
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
4.1.Телефонная нагрузка Для рационального построения и расчёта коммутационных систем надо знать характеристики потока вызовов, продолжительность занятия соединительных линий и время обслуживания. Все эти характеристики являются случайными величинами, подчиняющиеся законам теории массового обслуживания. Если на коммутационную систему поступает простейший поток вызовов с интенсивностью, например, = μ 600 выз/час, то это лишь означает, что в среднем 2 f и τ T c F f 33 , 0 = t f и τ T c F f 33 , 0 = t 18 за час поступает 600 вызовов. Длительность же обслуживания коммутационной системой поступающих вызовов не зависит от интенсивности потока. Так, если среднее время обслуживания одного вызова h=1/60 час, то для обслуживания 600 вызовов потребуется 600*1/60=10 час суммарного времени при последовательном обслуживании одного вызова за другим, или при h=1/30 час для обслуживания этого же потока потребуется 20 час суммарного времени. Вызовы можно обслуживать не только последовательно один за другим, но и параллельно-одновременно несколькими, например, 10 соединительными линиями. При этом для обслуживания потока = μ 600 выз/час при h=1/60 час потребуется 1 час полного занятия десяти соединительных линий в течение этого часа. Однако из-за случайного скопления того или иного числа вызовов и случайного характера продолжительности занятия линий для качественного обслуживания рассматриваемого потока их потребуется значительно больше. Из рассматриваемого примера следует, что суммарное время обслуживания является немаловажной характеристикой. Суммарное время занятия соединительных путей коммутационной системы за определенный промежуток времени называется телефонной нагрузкой. Различают: поступающую, обслуженную и потерянную телефонные нагрузки. Обслуженной телефонной нагрузкой ) ; ( 2 1 0 t t Υ за промежуток времени [ 2 1 ;t t ) называется суммарное время занятия всех V соединительных путей коммутационной системы за этот промежуток времени. Таким образом, ) ; ( 2 1 0 t t Υ = ∑ = V i i t t y 1 2 1 0 ) ; ( , (4.1) где ) ; ( 2 1 0 t t y i – суммарное время занятия i-го ( V i ≤ ≤ 1 ) соединительного пути коммутационной системы. Поступающей телефонной нагрузкой ) ; ( 2 1 t t Υ за промежуток времени [ 2 1 ;t t ) называется нагрузка, которая была бы обслужена, если бы каждому поступившему вызову был тотчас предоставлен один из соединительных путей коммутационной системы и соединение доведено до конца, т.е. ) ; ( 2 1 t t Υ = ) ; ( 2 1 1 t t y V i i ∑ ∗ = ∗ , (4.2) где ) ; ( 2 1 t t y i ∗ – суммарное время занятия i-го соединительного пути коммутационной системы без отказов. Здесь ∞ = ∗ V , поскольку каждый поступивший вызов должен быть немедленно обслужен. Потерянной телефонной нагрузкой ) ; ( 2 1 t t П Υ за промежуток времени ( 2 1 ;t t ) называется часть поступающей телефонной нагрузки, не обслуженная из-за отсутствия свободных соединительных путей в коммутационной системе, т.е. ) ; ( 2 1 t t П Υ = ) ; ( 2 1 t t Υ - ) ; ( 2 1 0 t t Υ (4.3) 19 Размерность телефонной нагрузки – время. Чтобы подчеркнуть, что величина нагрузки складывается из промежутков времени, соответствующих отдельным занятиям, за единицу измерения телефонной нагрузки принято часо- занятие. Одно часо-занятие – это такая нагрузка, которая может быть обслужена одним соединительным устройством при его непрерывном занятии в течение одного часа. Телефонная нагрузка не является по времени величиной постоянной. Она изменяется по месяцам, дням недели и часам суток. Чтобы коммутационное оборудование оказалось в состоянии обслужить нагрузку, расчёт её объёма следует производить исходя из нагрузки в тот час , когда она является наибольшей. Непрерывный 60-мин. промежуток суток, в течении которого нагрузка максимальна, называется часом наибольшей телефонной нагрузки ЧНН. Математическое ожидание нагрузки в единицу времени (обычно за час) называется интенсивностью нагрузки. Для стационарных потоков интенсивность нагрузки можно определить из выражений ∑ ∞ = ∗ = Υ 1 i i iP h и ∑ ∞ = = Υ 1 0 i i iP h , (4.4) где h- среднее время одного занятия, а i i P P ∗ , - вероятность занятия i соединительных путей в коммутационной системе из общего числа V и * V ( ∗ V = ∞ ) . За единицу измерения интенсивности телефонной нагрузки принят эрланг. 1 эрланг – это такая интенсивность нагрузки, при которой в течение одного часа будет обслужена нагрузка в одно часо-занятие. 1 Эрл = 1 ч-зан/час. В общем случае интенсивность нагрузки, выраженная в эрлангах , равна среднему числу одновременных занятий в течении определенного промежутка времени. 4.2. Качество обслуживания В системах телефонной коммутации могут применяться два типа обслуживания телефонных вызовов- без потерь и с потерями телефонного сообщения. При обслуживании без потерь всем поступившим вызовам немедленно предоставляется требуемое соединение. Реальная коммутационная система по экономическим соображениям в большинстве случаев проектируется в режиме с потерями сообщения и повторными вызовами. Для оценки качества обслуживания телефонных вызовов с повторными вызовами различают следующие характеристики: вероятность потерь первичного вызова p, вероятность повторного вызова n , среднее число попыток Q получения установленного соединения. Характеристики качества обслуживания влияют на пропускную способность коммутационной системы. Под пропускной способностью коммутационной системы понимают интенсивность обслуженной этой системой нагрузки при заданном качестве обслуживания. 20 4.3. Основы построения телефонной сети. Общие сведения Сетью телефонной связи называется совокупность узлов коммутации (телефонных станций), оконечных абонентских устройств и соединяющих их каналов и линий связи. Различают телефонные сети следующих видов: междугородные, зоновые, городские и сельские. Телефонная сеть может быть построена по одному из следующих способов, определяющих связь между ее узлами: “каждая с каждой”, радиальная, радиально-узловая и комбинированная. а) б) в) 21 г) Рис. 4.1. Примеры реализации телефонной сети 5. Принципы построения систем коммутации Сигналы, передаваемые по системам передачи, коммутируются в узлах сети связи в аналоговой или цифровой форме. Коммутация сигналов в аналоговой форме производится широко известными методами – с помощью оборудования декадно-шаговых, координатных или квазиэлектронных АТС. В этом случае в узле связи при передаче сигналов в цифровой форме необходимо осуществлять дополнительные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразования сигналов, что увеличивает мощность шумов в телефонном канале. Коммутация сигналов в цифровой форме не требует осуществления дополнительных цифро-аналоговых и аналогово-цифровых преобразований и может осуществляться с помощью электронного оборудования без применения механических контактов. Поэтому цифровая коммутация практически не ухудшает параметров телефонных каналов и позволяет наиболее полно реализовать преимущества цифровых методов передачи. Рассмотрим основные принципы цифровой коммутации телефонных сигналов и возникающие при этом специфические требования к оборудованию цифровых систем передачи. В технике цифровой коммутации используются два вида коммутационных устройств – с временным и пространственным разделением коммутируемых каналов. При временном разделении одно коммутационное устройство (электронный контакт) последовательно используется для коммутации нескольких каналов. При пространственном разделении коммутационное устройство 22 закрепляется за определенным каналом в течении всего времени соединения. Цифровые сети, в основном, используют принцип временного разделения коммутируемых сигналов. Временное уплотнение коммутирующих устройств резко снижает объем коммутационного оборудования – число электронных контактов может быть уменьшено в 10-20 раз в зависимости от емкости. Кроме того, при временном разделении коммутируемых каналов возможна интеграция оборудования систем передачи и коммутации сигналов. Это достигается путем использования каналообразующего оборудования многоканальных систем передачи с временным разделением каналов ВРК для образования коммутационного поля. Принцип построения коммутационного оборудования с ВРК иллюстрирует структурная схема узла коммутации малой емкости – до 200 коммутируемых каналов. К центру коммутации подключены m входящих и m исходящих соединительных линий (ВСЛ и ИСЛ). Число каналов в каждой линии равно М. При установлении соединения необходимо выделить определенный канал из группового потока входящей линии и подключить его в коммутационном поле к любому свободному каналу исходящей линии соответствующего направления. В блок управления узла коммутации через выделители служебных сигналов (ВСС) поступают сигналы управления и взаимодействия (СУВ), несущие информацию о номере вызываемого абонента, цикловой синхронизации входящего потока (несущие информацию о положении коммутируемого канала в цикле передачи), а также сигналы о состоянии каналов в исходящих соединительных линиях. По принимаемым сигналам формируются импульсные последовательности, управляющие работой узлов коммутационного оборудования. Многоканальный сигнал входящей соединительной линии через соответствующий распределитель записывается в регистры входного запоминающего устройства ВХ ЗУ . Число регистров равно числу каналов, а количество ячеек памяти в каждом регистре равно числу разрядов n в кодовой группе одного канала. Следовательно, для обработки сигнала, поступающего по одной соединительной линии емкость ВХ ЗУ равна числу кодовых символов в цикле ЦСП входящей соединительной линии n Μ . С помощью электронных контактов Э a Κ , замыкаемых импульсными последовательностями с выходов блока управления, сигналы отдельных каналов объединяются в групповой цифровой поток. 23 Рис.5.1. Структурная схема узла коммутации малой емкости Управляющие последовательности ,поступающие на контакты Э a Κ , сфазированы таким образом, чтобы в групповом цифровом потоке в результате поканального объединения сформировалась следующая последовательность кодовых групп:1-ый канал 1-ой системы, 1-ый канал 2-ой системы, …1-ый канал m-ой системы, 2-ой канал 1-ой системы, … М-ый канал m-ой системы. Номера каналов и систем соответствуют исходящим соединительным линиям. С помощью электронных контактов Э б Κ кодовые группы отдельных каналов записываются в регистры запоминающих устройств соответствующих исходящих линий ВЫХ ЗУ Сигналы из регистров ВЫХ ЗУ считываются в исходящую соединительную линию. Оперативная память на входах и выходах коммутационного оборудования ВХ ЗУ и ВЫХ ЗУ повышает доступность каналов, сохраняя информацию входящего канала до момента времени, соответствующего свободному каналу требуемого направления, а также выравнивает временные положения каналов различных входящих линий. В узлах коммутации большой емкости объединение сигналов всех входящих линий в единый групповой поток приводит к чрезвычайно высокой 24 скорости этого потока, которая не может быть обеспечена при реальных скоростях работы коммутационных элементов. Поэтому в таких узлах используется параллельная передача кодовых групп в коммутационном поле, а также его многоступенчатое построение. Рис.5.2. Принцип временной коммутации каналов Многоканальный сигнал каждой из 32 входящих соединительных линий распределяется по регистрам ВХ ЗУ . С помощью восьми (по числу разрядов в кодовой группе) электронных контактов Э a Κ одновременно формируются восемь групповых цифровых потоков, в которых последовательно передаются одноименные кодовые импульсы входящих каналов. Интервал подключения одного входящего канала к групповому тракту – время замыкания Э a Κ - равен длительности канального интервала в цикле передачи входящего 30 кан.потока (4 мкс). Этот интервал делится на 33 временных промежутка. Один из этих промежутков предназначается для операции записи и считывания в ВХ ЗУ , остальные отводятся на передачу сигнала в одном из 32 возможных исходящих направлений через Э б Κ . Число коммутируемых исходящих линий ограничивается скоростью работы ячеек памяти ЗУ. Для реализации поля, обеспечивающего доступ к 32 исходящим линиям (1024 исходящим каналам), частота записи и считывания должна быть равна 8х32х33= 8448 кГц. Сигналы, разделенные во времени при передаче по многоканальным соединительным линиям, перед коммутацией разделяются в пространстве с 25 помощью регистров оперативной памяти. Алгоритм коммутации цифровых каналов при пространственном разделении подобен алгоритму коммутации аналоговых сигналов в системах квазиэлектронных АТС. Скорости работы коммутационных элементов при пространственном разделении коммутируемых сигналов позволяют использовать КМОП-структуры с малой потребляемой мощностью и высокой степенью интеграции. При пространственном разделении возможно совместное управление коммутацией для обоих направлений передачи; через коммутационные поля могут передаваться потоки с различными скоростями. Как при временной, так и при пространственной коммутации цифровых сигналов необходима синхронизация входящих и исходящих цифровых потоков. В системах с пространственной коммутацией синхронизация входящих и исходящих потоков осуществляется в каналообразующем оборудовании систем передачи с помощью устройств синхронного или асинхронного сопряжения. В системах с временным разделением коммутируемых сигналов необходимо, кроме того, обеспечить синхронность тактовых частот входящих цифровых потоков и частоты коммутации сигналов в сетевом узле. При различии частоты следования кодовых групп одного канала во входящем цифровом потоке и частоты коммутации этих кодовых групп возникают искажения коммутируемых сигналов (проскальзывания). Действительно, если частота записи входных сигналов в регистры ВХ ЗУ отличается от частоты считывания этих сигналов, то временной интервал между моментами записи и считывания изменяется: в случае превышения частоты записи интервал между моментами записи и считывания возрастает и наоборот. При этом моменты считывания периодически совмещаются с моментами записи, и считывание кодовых групп происходит с ошибками из-за неопределённости состояния ячеек ЗУ. Такие ошибки отсутствуют, если синхронизировать тактовые частоты задающих генераторов всех коммутационных узлов. Кроме того, в каждом узле коммутации необходимо осуществлять фазирование входящих сигналов для совмещения циклов входящих цифровых потоков, а также подавления временных флуктуаций, возникающих в цифровых трактах входящих соединительных линий. Совмещение циклов осуществляется в коммутационном оборудовании, а подавление флуктуаций при необходимости – в оконечном оборудовании цифровых трактов. 26 Рис.5.3. Относительное расположение моментов считывания и записи Рис.5.4. Структурная схема синхронной сети с единым задающим генератором Существуют три способа синхронизации коммутационных узлов: единым задающим генератором; независимыми стабильными задающими генераторами, управляющими работой коммутационного оборудования; взаимной синхронизацией всех задающих генераторов. В первом случае частота всех коммутационных узлов определяется единым задающим генератором, устанавливаемым в одном из главных узлов сети связи. Генераторы, установленные на других узлах сети, синхронизируются сигналами τ t t ЗАП СЧ f f < ЗАП СЧ f f > Последовательность записи Последовательность считывания ВТЧ ВТЧ ВТЧ Узел коммутации Узел коммутации Узел коммутации Главный узел коммутации Задающий генератор 27 тактовой частоты, выделенными из цифровых потоков, передаваемых из главного узла. Недостатком такого способа синхронизации является нарушение работы всей сети или значительной ее части при повреждении задающего генератора или исходящей соединительной линии главного узла. Этот способ наиболее удобен при построении нескольких сетей с радиальной топологией. При использовании независимых задающих генераторов возникает различие между частотами цифровых потоков, поступающих от других узлов сети, и частотой коммутации кодовых групп в данном коммутационном узле. При этом, как и в асинхронной сети происходит изменение временного интервала между моментами записи и считывания. Чтобы избежать ошибок при возможном совмещении моментов записи и считывания, периодически осуществляется временной сдвиг входящего потока. Если частота повторения кодовых групп входящего потока ниже частоты коммутации, то временной интервал между моментами записи и считывания кодовых групп одного канала уменьшается. Когда величина этого интервала приближается к нулю, осуществляется повторное считывание одной из кодовых групп. Это эквивалентно задержке входного сигнала на период считывания. Если частота повторения кодовых групп входящего потока выше частоты коммутации, то временной интервал между моментами записи и считывания кодовой группы увеличивается. Когда временного интервала приближается к периоду считывания, в ВХ ЗУ не считывается одна из кодовых групп. Это эквивалентно уменьшению задержки входного сигнала на период считывания. В результате некоторые дискретные отсчеты передаваемого аналогового сигнала будут либо потеряны, либо повторены дважды, что приведет к кратковременным деформациям аналогового сигнала. Для телефонных сигналов искажения такого вида мало заметны. При относительном расхождении частот задающих генераторов, равном 8 10 − , потеря или повторение одного отсчета происходит 1 раз в 3,5 часа. Как показывают результаты соответствующих исследований, даже при значительно большем расхождении частот качество передачи телефонных сигналов не ухудшается. Поэтому метод синхронизации с независимыми генераторами используется при цифровой коммутации телефонных сигналов. Потеря или повторная передача кодовых символов более опасна при коммутации дискретной информации, так как при этом изменяется число импульсных позиций в цикле передачи дискретной информации, что в свою очередь, вызывает сбой цикловой синхронизации приемного оборудования. В результате в течение всего времени восстановления синхронизма прием дискретной информации будет осуществляться неверно. При взаимной синхронизации коммутационных узлов формирование сигнала тактовой частоты в каждом узле осуществляется усреднением частот всех входящих потоков и частоты собственного задающего генератора 28 Рис.5.5. Формирование тактовой частоты при взаимной синхронизации Сигналы тактовых частот входящих цифровых потоков, выделенные в оконечном оборудовании линейных трактов, подаются на входы соответствующих фазовых детекторов, где сравниваются с сигналом, поступающим от местного задающего генератора. Разностные сигналы с выходов фазовых детекторов поступают на входы сумматора, на выходе которого вырабатывается сигнал, несущий информацию о средневзвешенном значении расхождения частот входящих цифровых потоков. Сигнал с выхода сумматора определяет частоту работы генератора, управляемого напряжением ГУН. С выхода ГУН сигнал тактовой частоты подается к коммутационному оборудованию, к оборудованию формирования группового цифрового сигнала и к оконечному оборудованию линейных трактов цифровых систем передачи. При таком способе синхронизации существует взаимная зависимость между частотами работы всех коммутационных узлов. Для того чтобы изменение времени распространения сигналов по соединительным линиям не приводило к изменению частоты задающих генераторов, в цепях передачи тактовой частоты устанавливаются устройства компенсации УК. Для предупреждения перестройки частоты всей сети при выходе из строя одного из генераторов, на выходе ФД устанавливается цепь блокировки, отключающая данный детектор от сумматора в том случае, если сигнал на выходе ФД превышает пороговое значение. Последнее выбирается с учетом заданного диапазона частот входящих цифровых потоков. Сеть связи, основанная на взаимной синхронизации генераторного оборудования, представляет собой, по существу, сеть с единым распределенным генератором. Изменение частоты работы генераторного оборудования на одном из узлов вызывает перестройку частоты сети в целом. В этом случае устойчивая работа системы взаимной синхронизации обеспечивается соответствующим выбором постоянных времени регулирования ГУН, достаточно высокой чувствительностью ФД в требуемом диапазоне перестройки частот, ограничением От ВТЧ оборудования входящих линий Су мматор УК УК УК ФД ФД ФД ГУН Структурная схема устройства формирования тактовой частоты при взаимной синхронизации задающих генераторов на сетевом узле К узлу коммутации 29 допустимой величины сигнала на выходе ФД и компенсацией изменения задержки передаваемых сигналов. В цифровой сети связи используются различные способы синхронизации. В пределах одной зоны синхронизация может осуществляться единым задающим генератором; в свою очередь зоны могут синхронизироваться на основе других рассмотренных способов синхронизации. 6. Коммутация пакетов Коммутация пакетов как один из способов переноса информации использовалась и используется в аналоговых сетях телефонной связи. В классическом смысле при оперативной коммутации каналов канал предоставляется пользователю только на время сеанса связи с момента установления соединения до момента завершения работы и разъединения. Режим коммутации каналов в ЦСП базируется на принципе временного разделения каналов (TDM) для транспортирования информации от одного узла к другому. Этот способ также известен как синхронный режим переноса или доставки (STM – Synchronous Transfer Mode). Коммутация пакетов при временном разделении осуществляется коммутатором путем пространственной коммутации; временной коммутации или их комбинацией. Коммутация каналов представляет собой очень негибкую процедуру, так как продолжительность временного интервала однозначно определяет скорость передачи в канале связи. Чтобы устранить этот недостаток был разработан вариант с более широким диапазоном скоростей, получивший название многоскоростной коммутации каналов (MRCS - Multirate Circuit Switching). Системы передачи с многоскоростной коммутацией каналов используют тот же метод временного разделения TDM. Однако, в одном соединении может использоваться n (n>1) основных цифровых каналов. Таким образом, каждое соединение может быть кратным скорости одного канала, и таким образом увеличивается в кратное число раз скорость передачи в канале. В левой части рисунка режимы доставки отличается простотой, лучше приспособлены для обеспечения источников с постоянной скоростью передачи. При движении вправо возрастает гибкость режимов переноса к источникам с изменяющейся скоростью передачи и большой пачечностью. Однако реализация таких режимов переноса характеризуется возрастающей скоростью обработки в узлах коммутации, которая ограничивает реализуемую скорость доставки в линии. 30 Рис.6.1. Режимы переноса информации - от коммутации каналов к коммутации пакетов Системы коммутации, обеспечивающие многоскоростную коммутацию каналов, становятся более сложными, так как все каналы должны быть синхронными. Иначе информация из одного канала может поступать через терминальное устройство в другой канал, что абсолютно недопустимо. Кроме того, при многоскоростной коммутации остается очень низкой эффективность использования каналов при обслуживании источников с изменяющейся скоростью передачи и “взрывным” (пачечным) режимом работы. Выбранная скорость должна быть равной или превышать пиковую скорость передачи источника, хотя средняя скорость может быть очень низкой. Таким образом, основным недостатком многоскоростной коммутации является отсутствие гибкости и низкая эффективность при обслуживании источников с высоким коэффициентом пачечности. С целью повышения эффективности использования сетевых ресурсов для служб с изменяющейся скоростью передачи была разработана концепция быстрой коммутации каналов (FCS – Fast Circuit Switching):Ресурсы в сети с быстрой коммутацией каналов используются только тогда, когда передается информация. Эффективность использования цифровых трактов связи повышается за счет статистического уплотнения. При этом при обслуживании телефонной нагрузки на пучок цифровых каналов 64кбит/с поступает поток заявок не на установление соединения на всю длительность сеанса связи, а только на длительность передачи фрагмента речи. В этом случае при одной и той же вероятности отказа в обслуживании эффективность использования цифрового тракта может быть повышена в 1,8 ÷ 2 раза. Основным недостатком такого режима переноса информации является сложность реализации системы управления, которая должна позволять устанавливать и разъединять сквозные соединения абонент – абонент за очень короткий интервал времени. Коммутация пакетов X. 25. Стандарт МСЭ X. 25 определяет процедуры обмена данными для устройств передачи данных между пользователем и узлом 31 коммутации пакетов. Таким образом, протокол X. 25 является спецификацией сопряжения. Он управляет взаимодействием между оконечным оборудованием данных (DTE – Date Terminal Equipment) и оборудованием передачи данных (DCE – Date Circuit Тerminating Equipment). Сеть ПД Протокол X. 25 организован по трехуровневой архитектуре, соответствующей трем нижним уровням модели ВОС (взаимодействия открытых сетей). Рис.6.2. Концепция Х.25 DCE DCE DCE DTE DTE DTE Сопряжение Х.25. Сопряжение Х.25. Сопряжение Х.25. 32 DTE DCE Процедуры Связь с вышестоящими уровнями уровня пакетов Логические каналы Процедуры уровня кадров Отдельный канал передачи кадров (LAPB) Процедуры Синхронная цепь от одного конца к другому физического уровня Х.21 Рис.6.3. Уровни Х.25 Взаимосвязь между этими тремя уровнями и уровнями модели ВОС (взаимодействия открытых систем) выглядит следующим образом: 33 Начало и конец кадра обозначаются специальной восьмиразрядной синхронизирующей комбинацией символов 01111110, именуемой флагом. Архитектура ВОС Прикладной уровень Уровень представления Уровень сеанса Транспортный уровень Архитектура X.25 Сетевой Уровень уровень пакетов Уровень Уровень канала кадров Физический Физический уровень уровень Рис.6.4. Взаимосвязь Х.25 - ВОС Нижний физический уровень обеспечивает необходимое физическое соединение между DTE и DCE.Оно осуществляется в соответствии с Х.21. Протоколом уровня канала является версия высокоуровневого управления каналом (HDLC – High Level Link Control ), называемая сбалансированной процедурой доступа к каналу (LAPB – Link Access Procedures Balanced). Вследствие низкого качества каналов связи для обеспечения приемлемой прозрачности сквозного соединения в сети потребовалось использование сложных протоколов, осуществляющих разграничение кадров и защиту от ошибок. Блоку уровня канала передачи данных протокола LAPB присвоено специальное название кадр (Frame). Флаг Поле Поле управляющих Информационное Поле проверочных Флаг адреса символов поле символов Рис.6.5.Типовой формат кадра 34 За флагом следует поле адреса и поле управляющих символов. В информационном поле располагаются данные, полученные от сетевого уровня (пакет). Затем в кадре размещается поле проверочных символов, служащих для обнаружения ошибок. Кадры, предназначенные для управления процессом переноса информации, информационного поля не имеют. Для определения границ кадров используется битовое кадрирование, т.е. специальная последовательность битов – флаг, для указания начала и конца кадра. Однако, комбинация 01111110 может встретиться в адресном, управляющем, информационном поле и поле проверочной последовательности. Для того, чтобы предотвратить посылку внутри кадра «флаговой» комбинации, передающая станция помещает 0 после пяти последовательных единиц (вставка битов). Приемник после того, как получит нуль с пятью последовательными единицами, анализирует следующий бит. Если это нуль, то он удаляется. Таким образом, протоколу LAPB безразлично, какие кодовые комбинации следуют в потоке данных. Важно – это поддерживать уникальность флагов и тем самым синхронизацию по кадрам. Поле проверочных символов используется для обнаружения ошибок. Передающая станция осуществляет вычисления над потоком данных, а результат этого вычисления включается в кадр в качестве проверочного поля. Принимающая станция осуществляет аналогичные вычисления и сравнивает полученный результат с проверочным полем. Если имеет место совпадение, то велика вероятность того, что передача прошла без ошибок. Вычисление проверочного поля называется циклическим контролем с избыточным кодом (CRC – Cyclic Redundancy Check), для чего в соответствии с Рек. V.41 используется производящий полином 1 5 12 16 + Χ + Χ + Χ Метод CRC позволяет обнаруживать все возможные ошибки длиной не более 16 разрядов, вызываемые одиночной ошибкой, а также 99,9984% всевозможных более длинных кортежей ошибок. Если выявлена ошибка, то производится исправление по методу возвращения на N шагов назад (Go – Back – N). Стандарт Х.25 ориентирован на предоставление пользователям для обмена данными виртуальных каналов. Виртуальный (или логический) канал является каналом, относительно которого пользователь считает, что он реально (физически) существует, хотя в действительности физическая цепь распределена для многих пользователей. Пропускная способность канала считается достаточной при условии, что ни один из пользователей не замечает ухудшения качества обслуживания при работе по этому каналу других. Одному физическому каналу может быть назначено до 4095 логических каналов. Другой функцией протокола на сетевом уровне является управление потоком с помощью окна с целью защиты от перегрузок. Пакеты Х.25 имеют переменную длину, что требует достаточно сложного алгоритма управления буферным устройством коммутатора. Однако, при скорости в канале, не превышающей 64 кбит/с, переменная длина пакетов не является ограничением для разработки эффективных программных средств управления накопителями. 35 Относительно низкая скорость обработки в узлах коммутации на уровне звена из-за ее сложности является причиной продолжительной задержки. Однако, т.к. сети Х.25 не были предназначены для обеспечения служб, осуществляемых в реальном масштабе времени, то относительно большое время задержки не явилось ограничением на создание таких сетей. Тем не менее, это значительно затрудняет применение метода коммутации пакетов для служб, осуществляемых в реальном масштабе времени. Применение для передачи данных цифровых трактов связи, в особенности, волоконно-оптических, с малым уровнем ошибок, а также необходимость высокоскоростной передачи данных, позволили сократить количество функций, решаемых узлом коммутации, и практически использовать протокол Frame Relay. При протоколе Frame Relay повторная передача кадров с целью устранения ошибок вынесена на границу сети, т.е. осуществляется только между оконечными устройствами пользователей. На уровне звена производится только обнаружение ошибок и стирание кадров, в которых обнаружены ошибки. В настоящее время протокол Frame Relay используется во многих пакетных сетях для обеспечения высокоскоростной передачи данных. Быстрая коммутация пакетов (БКП) является концепцией, основной идеей которой является пакетная коммутация с минимумом функций, выполняемых узлами коммутации на уровне звена с целью повышения уровня прозрачности сети. Такой режим переноса информации называется АТМ ( Asynchronous Transfer Mode) – асинхронный режим доставки. При выборе фиксированной, а не переменной длины пакета для АТМ учитывались следующие основные факторы: - эффективное использование пропускной способности канала связи; - достижение высокой производительности коммутационного оборудования, т.е. компромисс между скоростью и сложностью коммутации; - задержка пакета. Эксперты МСЭ пришли к заключению об использовании пакетов фиксированной длины. Чтобы подчеркнуть фиксированную длину, было одобрено название ячейки (cell). На выбор длины ячейки оказали влияние следующие факторы: - эффективность использования пропускной способности цифровых трактов; -задержка при заполнении пакета информацией пользователя; -задержка в очереди, задержка на депакетизацию и колебание этих задержек (джиттер); -сложность реализации. Был достигнут компромисс между европейскими (32) учеными и учеными США и Японии (64) и длина ячейки была принята в 53 октета (байта). 36 Рис.6.6. Транспортирование информации и формат ячейки при АТМ Сущность режима АТМ состоит в транспортировании всех видов информации пакетами фиксированной длины, когда потоки ячеек от различных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте. Применение коротких пакетов, минимизация функций, выполняемых при коммутации и использование элементной базы на технологиях КМОП и БИКМОП, позволили достичь производительности коммутаторов АТМ 10Гбит/с и более. Основными положительными сторонами метода АТМ являются возможности транспортирования по сети информации любой службы независимо Цифровой тракт связи заголовок Данные пользователя 37 от скорости передачи, требований к временной прозрачности сети и пачечности трафика ячеек. Сети АТМ свободны от недостатков сетей с другими режимами переноса. Именно технология АТМ обеспечивает: - гибкость сети; - эффективность использования сетевых ресурсов; - возможность создания единой универсальной сети для всех ныне существующих служб и служб будущего. Режим АТМ может быть поддержан любой цифровой системой передачи, т.к. определяет протоколы на уровнях выше физического. Все имеющиеся ресурсы сети могут использоваться всеми службами, что дает возможность их оптимального распределения на статистической основе и, следовательно, обеспечивает высокую эффективность использования сетевых ресурсов. Асинхронный метод доставки характерен следующими основными особенностями: - отсутствием защиты от ошибок и управления потоком данных на уровне звена; - ориентацией на соединение; -ограниченным количеством функций, которые несет заголовок пакета; -относительно небольшой длиной ячейки. Высокое качество систем передачи на основе волоконно-оптических цифровых трактов связи и очень малые значения вероятности ошибки на бит позволяют отказаться от обнаружения и исправления ошибок в пакете на звеньевом уровне. Фазе передачи информации в сетях АТМ предшествует фаза установления виртуального соединения, во время которой осуществляется проверка достаточности объема сетевых ресурсов, как для качественного обслуживания уже установленных виртуальных соединений, так и для создаваемого. Если сетевых ресурсов недостаточно, то оконечному устройству отказывается в установлении соединения. После завершения фазы передачи информации виртуальное соединение разрушается, а сетевые ресурсы используются в интересах других соединений. Таким образом, за счет использования режима переноса информации, ориентированного на соединение, и определения размеров очередей, осуществляется контроль за величиной потерь пакетов вследствие переполнения буферных устройств коммутаторов. В сетях АТМ вероятность потери пакета в коммутационном устройстве ограничивается значениями 12 8 10 10 − − ÷ 38 7. Типовые каналы передачи и основные характеристики каналов Телефонная связь обеспечивает непосредственное разговорное общение между двумя соединяемыми абонентами. Рис.7.1. Общая схема междугородного телефонного соединения Собственно междугородний канал включен на схеме между двумя участками сети местной связи, соединяющими абонентов с междугородней телефонной станцией. Крайними звеньями общей цепи телефонной связи являются телефонные аппараты. Электрические характеристики этих аппаратов и местных сетей должны, очевидно, учитываться при определении электрических характеристик каналов. Канал, показанный на рис.7.1, является каналом двухстороннего действия, он обеспечивает передачу телефонных сигналов в обоих направлениях. Без этого нельзя осуществить непрерывность общения разговариваемых абонентов, необходимую для нормального течения разговора. Канал двухстороннего действия представляет собой совокупность двух односторонних каналов. Под этим последним термином понимают четырехполюсник, состоящий из узлов аппаратуры и отрезков линии связи и служащий для передачи сигналов определенного вида связи в одном направлении. Прежде, чем переходить к изучению сложных каналов двухстороннего действия имеет смысл изучить, как более простое, построение односторонних каналов. К электрическим характеристикам каналов дальней связи относятся: остаточное затухание и его стабильность во времени; амплитудно-частотная характеристика остаточного затухания; фазо-частотная характеристика или частотная характеристика группового времени замедления; амплитудная характеристика; коэффициент нелинейных искажений; устойчивость от самовозбуждения; изменение частоты сигнала, передаваемого по каналу; защищенность между направлениями передачи и приема; уровень помех на выходе канала; защищенность от переходных разговоров; влияние электрического эха; величина и продолжительность импульсных помех на выходе канала; МТС МТС ГТС ГТС Аб. линия Соед. линия Соед. линия Аб. линия Участок сети местной связи Участок сети местной связи Канал междугородной связи 39 частость кратковременных изменений и прерываний уровня сигнала. Последние две характеристики, как и вероятность ошибки, используются при оценке качества передачи цифровых сигналов. При нормировании электрических характеристик каналов исходят из обеспечения высокого качества передачи при максимальной дальности связи, осуществляемой как по государственной, так и по международной сетям связи. Поэтому нормы на электрические характеристики каналов для каждой магистрали дальней связи устанавливаются в зависимости от ее протяженности и значимости в общей системе связи. Естественно, что для отдельных участков данной магистрали требования в отношении допустимых искажений и помех в каналах будут тем жестче, чем меньше протяженность рассматриваемых участков. |