Технологии коммутации. 06_Технологии коммутации. Основы технологий коммутацииколбанёв михаил олегович
 Скачать 3.22 Mb.
|
|
ЧЕТЫРЕХЗВЕННАЯ КОМУТАЦИОННАЯ СХЕМА НА 512 ВХОДОВ И ВЫХОДОВ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Если использовать однозвенную схему потребуется 512*512= 2 18 точек коммутации. В четырехзвенной схеме используется 2 10 *8*2=2 14 точек коммутации (меньше в 2 4 =16 раз). 64*8*2=2 10 точек коммутации. Сети временного мультиплексирования можно представить в виде подобных схем. Можно ли каждый вход статистически уплотнить при помощи коммутации пакетов? Если перенос данных между разными цифровыми трактами отсутствует, то коммутацию называют множественный доступ. 41 ПРИНЦИП РЕГИСТРОВО-МАРКЕРНОГО УПРАВЛЕНИЯ (середина XX века) Блок коммутации № 1 Блок коммутации № М АК АК АК АК Блок регистров Маркер М Маркер 1 АЛ 1 АЛ N АЛ 1 АЛ N В координатных сис- темах коммутационное поле состоит из много- звенных блоков комму- тации, имеющих нес- колько входов и выхо- дов и управляемых кол- лективным управляю- щим устройством – маркером. Чем выше скорость работы маркера, тем большей емкости может быть коммутационный блок, которым он управляет. При недостаточной скорости маркера могут возникать задер- жки установления соединений в пределах блока. Элементная база ИспС: пассивные МКС. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 42 КВАЗИЭЛЕКТРОННЫЕ АТС Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Элементная база – это коммутационные приборы, называемые герконовые реле В магнитном поле контакты замыкаются 43 СТРУКТУРА ЦЕНТРА КОММУТАЦИИ С ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (70-е годы XX века) Централизованное коммутационное поле (ЦКП) ЛК ЛК ЛК ЛК СК ПЕРИФЕРИЙНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (ПерОб) ЭУМ1 ЭУМ2 КТС ПО КТС ПО О б о р у д о в ан и е р аз го - в о р н о го т р ак та ( О Р Т ) И сп о л н и те л ьн ая с и ст ем а Централизованная управляющая система (ЦУС) Линейные комплекты Служебные комплекты Элементная база: быстродействующие реле; специализированные ЭВМ. Исполнительная система состоит из ОРТ и ПерОб. ОРТ помимо ЦКП и ЛК содер- жит СК. Это групповое оборудо- вание, которое подключается к ЛК через ЦКП и осуществляет регистрацию адресной информа- ции и передачу зуммерных и других выходных сигналов. ПерОб согласует ИспС и УпрС по энергетическим характерис- тикам. Достоинства: высокое использование управляющих машин; функциональная гибкость; расширение круга услуг, предоставляемых абонентам; снижение эксплуатационных расходов. Недостаток: сложность масштабирования, возможность отказов, ограниченная пропускная способность. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 44 ОСОБЕННОСТИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ Режимы (методы) взаимодействия УМ используются и в современных системах: 1) асинхронный (функции, связанные с обслуживанием заявок, выполняет активная УМ, в то время как другая находится в «горячем» резерве). Этот режим обеспечивает взаимодействие между УМ наиболее простыми аппаратными и программными средствами; 2) синхронный (две ЭУМ параллельно выполняют одни и те же алгоритмы управления, сравнивая результаты в моменты обращения к памяти). В этом случае реализация связана со значительными аппаратурными затратами; 3) режим разделения нагрузки (источники нагрузки делятся на две части, каждую из которых обслуживает своя УМ). В этом случае при отказе одной из ЭУМ может потеряться часть информации. Для устранения такой возможности необходимо организовать сохранение результатов работы одной УМ в памяти другой; 4) режим разделения функций (алгоритмы управления распределяются между УМ). В этом случае необходимо обеспечить интенсивное взаимодействие УМ, поскольку исходными данными для решения задач управления одной УМ являются результаты работы другой. Особенности специализированных электронных управляющих машин (УМ): 1) ограниченное количество функций управления, описываемых определенными алгоритмами при относительной неизменности последних в течение всего периода эксплуатации; 2) необходимость реализации функций управления в реальном масштабе времени; 3) необходимость обмена информацией (взаимодействия) с чрезвычайно большим числом внешних объектов; 4) случайность потоков заявок на обслуживание; 5) выполнение большого числа логических функций; 6) высокие требования к надежности оборудования и программ (для обеспечения надежности имеется две УМ, производительности каждой достаточно для обслуживания всех абонентов). Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 45 АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ Сети связи, использующие аналоговые АТС получили название телефонных сетей общего пользования (ТФОП), англоязычный термин – Public Switched Telephone Network (PSTN). ТФОП используют для передачи: - информации пользователя – канал тональной частоты в спектре 0,3-3,4 КГц; - сигналов сигнализации – посылки постоянного тока или переменного тока в спектре 0,3-3,4 КГц. 1. Исходный аналоговый сигнал перед отправкой в сеть связи всегда преобразуется в цифровой сигнал кратный скорости передачи 64 Кбит/с. 2. Система сигнализации использует технологию общего канала сигнализации (Common Channel Signalling, CCS7), в которой передача сигнальной информации производится пакетами на скорости 64 Кбит/с. 3. Узлы коммутации спроектированы на обслуживание всех видов связи (речь, данные, видео). 4. Управляющая система узла коммутации реализована на основе мощного многопроцессорного комплекса. К началу 80-х годов появились первые образцы цифровых АТС с коммутацией каналов. Принципы установления соединения остались теми же, но появились и существенные отличия. Сети связи, использующие такие узлы коммутации, получили название цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО), англоязычный термин – Integrated Services Digital Network (ISDN). Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 46 Факультатив закончился. 47 НА СОВРЕМЕННЫХ СЕТЯХ НЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ КОММУТАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 48 Все физические цепи уплотнены при помощи технологий частотного (FDM), временного (TDM) и кодового (CDMA) мультиплексирования. К ОММУТИРОВАТЬ НАДО КАНАЛЫ СВЯЗИ , А НЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ ЭТО ОЗНАЧАЕТ, ЧТО ЦЕНТРЫ КОММУТАЦИИ ДОЛЖНЫ ПЕРЕНОСИТЬ ДАННЫЕ ИЗ ОДНОГО КАНАЛА ВХОДЯЩЕЙ УПЛОТНЕННОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ В ДРУГОЙ КАНАЛ ИСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ СВЯЗИ НУЖНОГО НАПРАВЛЕНИЯ. Как коммутировать каналы при частотном мультиплексировании? Как коммутировать каналы при временном мультиплексировании? Как коммутировать каналы при кодовом мультиплексировании? Самые простые технологии коммутации каналов могут быть построены для временного мультиплексирования. Коммутация временных каналов может быть синхронной и асинхронной. В синхронном случае канал-источник данных и канал-приемник данных работают синхронно во время передачи данных. Это коммутация каналов. В асинхронном случае на входе канала-приемника существует буфер, в котором сохраняются данные из каналов-источников данных. СИНХРОННЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ. ВРЕМЕННАЯ КОММУТАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ КАНАЛОВ (СЛОТОВ) При временной коммутации каналов необходимо перенести данные из одного слота (временного положения) в другой. Технологически это можно сделать, задержав данные из временного слота входящей уплотненной линии связи в специальной памяти до момента начала нужного временного слота в исходящей уплотненной линии связи. При цифровой коммутации каналов и режиме синхронной передачи, в отличие от аналоговой, точка коммутации характеризуется не только местом нахождения в пространстве, но и моментом времени, когда осуществляется коммутация. Поэтому в цифровых системах различают временную и пространственную коммутацию. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 49 СИНХРОННЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОММУТАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ КАНАЛОВ (СЛОТОВ) Пространственная коммутация заключается в переносе информации из одного цифрового тракта (входящей уплотненной линии связи) в другой без изменения временного слота. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 50 СИНХРОННЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ КОММУТАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ КАНАЛОВ (СЛОТОВ) На практике применяют многозвенные пространственно-временные блоки коммутации , когда перенос информации проводится одновременно и в другой тракт и в другой слот. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Временная, пространственная и пространственно-временная коммутация каналов могут быть описаны эквивалентным сочетанием коммутаторов, используемых при аналоговой коммутации. 51 Главный недостаток. В результате коммутации каналов ресурсы сети жестко закреп- ляются за одним определенным соединением на все время передачи сообщения. Поэто- му число сообщений, которые сетевой центр принимает для передачи, не может превы- шать количество каналов связи. При таком подходе в интервалы времени, когда переда- ющая система, захватившая канал, не осуществляет передачу данных, возникают паузы в использовании канального ресурса. Это снижает использование полосы пропускания линии связи в целом. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛОГИИ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ На первом этапе используется дисциплина обслуживания с потерями. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Последователь ных 1) получение от пользователя адресной информации, выбор и занятие сетевых ресурсов для создания соединения, 2) информационный обмен между пользователями через созданное соединение, 3) освобождение занятых ресурсов после отбоя вызывающей или вызываемой стороны. Процесс коммутации каналов независимо от элементной базы исполнительной и управляющей систем включает три последовательных этапа: 52 СИНХРОННЫЙ И АСИНХРОННЫЙ РЕЖИМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И ТАК , НА ЦИФРОВЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ ИСПОЛЬЗУЕТ СИНХРОННЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ (СРП) ДАННЫХ . СРП характеризуется: постоянной ско- ростью передачи, циклической структу- рой сигналов и поддержкой постоянного соединения. Трафик сетей с СРП создают услуги реального времени – телефония, звуковое вещание и др. Этот режим дол- жен удовлетворять жестким требованиям к сетевой синхронизации. В режиме СРП работают сети ЦСИО, GSM. Асинхрпонный режим передачи (АРП) характеризуется передачей информацион- ных блоков, имеющих фиксированную структуру и, вообще говоря, переменный размер. Для идентификации блока необходимо формировать его служебные поля. Трафик сетей с АРП может не удовлетворять требованиям реального вре- мени. В режиме АРП работают локальные и глобальные СЕТИ КОММУТАЦИИ СООБЩЕНИЙ И ПАКЕТОВ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Временные интервалы закреплены за данными определенного входного канала Решение о пере- даче того или ин- ого блока дан- ных принимает сеть связи. Блок данных содержит служебные и информационное поля Реализуется статистичес- кое уплотне- ние каналов О чер ед и 53 КОММУТАЦИЯ СООБЩЕНИЙ Коммутация сообщений реализуется в асинхронном режиме в сочетании с дисциплиной обслуживания с ожиданием. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 54 С АМЫЙ ВАЖНЫЙ ПРИЗНАК КОММУТАЦИИ СООБЩЕНИЙ : СООБЩЕНИЕ , ПРЕДАВАЕМОЕ ПО СЕТИ , МОЖЕТ ИМЕТЬ ПРОИЗВОЛЬНУЮ ДЛИНУ . Э ТА ДЛИНА ЗАВИСИТ ОТ СМЫСЛА СООБЩЕНИЯ , А НЕ ОГРАНИЧИВАЕТСЯ , ИСХОДЯ ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СООБРАЖЕНИЙ как будет сформирована группа из нескольких сообщений, совместный размер которых соответствует емкости каналов связи. Передача сообщения, таким образом, осуществляется не в реальном масштабе времени, а по мере поступления других сообщений и освобождения каналов. Технология коммутации сообщений изначально была разработана для почтовых и телеграфных сетей. не предполагает закрепления за пользователем ка- нальных ресурсов, поскольку информационная ем- кость сообщений меньше, чем емкость каналов связи. Пришедшее на центр коммутации сообщение должно сопровождаться адресной информацией и сначала сохраняется в специальной памяти, и лишь затем, после определения направления связи, ставится в очередь на передачу по каналу связи. Как правило, передача осуществляется после того, 12 ноября 1698 года Великий государь Всея Руси Петр Первый издал Указ о создании Сибирского почтового тракта от Москвы до Якутска. Первый почтарь уехал из Москвы по Сибирскому почтовому тракту 8 января 1699 года. Он вез 28 царских указов воеводам, таможенным головам различных городов Урала, Сибири и только 12 частных писем от купцов, в том числе одно письмо в Якутск. В компьютерных сетях в чистом виде этот вид коммутации не применяется. Идею «запомни всё сообщение и только потом отправь» трудно реализовать в реальном масштабе времени при помощи универсальных систем коммутации. В русской литературе ямщик – это одна из самых загадочных профессий. КОММУТАЦИЯ НА СЕТИ ПОЧТОВОЙ СВЯЗИ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Слева показан участок сортировки писем по направлениям связи. Более 95% адресов считываются автоматически. Письма одного направления попадают в общий почтовый мешок. П ОЧТОВАЯ СЕТЬ – ЭТО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ СЛОЖНЫЙ И ОЧЕНЬ ВАЖНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИНФОКОММУНИКАЦИЙ Почтовые транспортные маршруты – это «линии связи» почтовой инфокоммуникационной системы. Почтовые мешки С ОРТИРОВОЧНЫЙ ЦЕНТР ПОЧТОВОЙ СВЯЗИ выполняет функции коммутации сообщений. Здесь сортируется огромная масса почтовых отправлений так, чтобы они дошли до клиента в кратчайшие сроки и по оптимальному маршруту. 55 В результате сортировки почтовые отправления одного направления собираются в стандартную упаковку, пломбируются, регистрируются в базе данных и грузятся в почтовый транспорт. КОММУТАЦИЯ ПАКЕТОВ При коммутации пакетов сообщение, подлежащее передаче: 1) разбивается на части (блоки данных) одинаковой или разной длины; 2) к каждому блоку данных прикрепляется адресная и другая служебная (управляющая) информация, позволяющая установить принадлежность блока к одному и тому же сообщению и место блока внутри разделенного сообщения; 3) передача блоков данных происходит по технологии коммутации сообщений и в общем случае может осуществляться через разные соединения (каналы связи). 4) после поступления блоков данных на приемную сторону сообщение восстанавливает- ся и передается адресату. Блок данных – это часть сообщения, обрабатываемая как единое целое. При передаче блоков данных используется дисциплина обслуживания с ожиданием. Важным достоинством этой технологии является возможность статистического уплотнения каналов связи, при котором пропускная способность каналов распре- деляется между источниками информации в зависимости от их активности. Недостаток – необходимость передавать адресную и другую служебную информацию в каждом блоке данных, загружая каналы связи метаданными, а системы управления центров коммутации – работой по многократному распознаванию одних и тех же адресов получателей при передаче разных пакетов одного сообщения. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 56 Т ЕХНОЛОГИЯ КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ « МОДЕРНИЗИРУЕТ » КОММУТАЦИЮ СООБЩЕНИЙ ТАК , ЧТОБЫ ОБЕСПЕЧИТЬ ДОСТАВКУ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ . Д ЛЯ ЭТОГО ПРИХОДИТСЯ ОТКАЗАТЬСЯ ОТ ДОСТАВКИ СООБЩЕНИЯ « ЦЕЛИКОМ ». МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ БЛОКОВ ДАННЫХ Адрес 0110101010 1001101010 0101010010 1001010011 1101100100 0101001101 001010 … Адрес + др. инф. 0110101010 Адрес + др. инф. 1001101010 Адрес + др. инф. 0101010010 Адрес + др. инф. 1001010011 Адрес + др. инф. 0101001101 Сеть связи 1 2 3 4 5 Разделение сообщения на блоки данных В пакетной сети связи коммутация и передача каждого блока одного и того же сообщения осуществляются независимо друг от друга … Дискретное сообщение, подлежащее передаче адресату делится на блоки: Блок 1 Блок 2 Блок 3 Блок 4 Блок 5 Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 57 ПРИМЕРЫ БЛОКОВ ДАННЫХ Кадр данных Data Frame стандарта IEEE 802.15.4. Формат кадра Ethernet (цифры – размер поля в байтах) Начало кадра Контрольная сумма Синхронизация среды Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 58 Преамбула – применяется для синхронизации передатчика одного устройства с приемником другого и вычисления длительности такта. Пока преамбула принимается, вычисляется среднее значение времени периода сигнала. Преамбула Старт Длина Управление Номер Адрес Данные КС 4 байта 1 байт 1 байт 2 байта 1 байт 4...20 байт N байт 2 байт Поля MAC-подуровня КС – контрольная сумма Флаг (начало кадра, старт) – начало каждого информационного кадра, фиксированный код, который распознается приемником и позволяет ему ориентироваться в непрерывном потоке битов, передаваемого по каналу связи. Служебная информация об управлении кадром Данные № п/п |