Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

– вызывающий абонент Абn передает в узел коммутации подлежащее передаче сообщение вместе с условным адресом абонента Абm;

–в узле КС сообщение запоминается и по его адресу определяется канал, по которому оно должно быть передано;

–если канал к соседнему узлу КС свободен, то сообщение немедленно передается на соседний узел КС, в котором повторяется та же операция;

–если канал к соседнему узлу КС занят, то сообщение хранится

вустройствах памяти вплоть до освобождения канала;

–хранящиеся сообщения устанавливаются в очередь по направлениям передачи с учетом категории срочности.

Такой способ обслуживания, при котором заявка, поступившая в момент отсутствия свободных линий или приборов, ожидает их освобождения, называется обслуживанием с ожиданием.

Метод КС нашел применение на телеграфных сетях общего пользования.

Метод коммутации пакетов (см. рис. 9.15) по своей идеологии совпадает с методом КС и отличается лишь тем, что длинные сообщения передаются не целиком, а разбиваются на относительно короткие части – пакеты. Различают два способа (режима) передачи пакетов: режим виртуальных соединений и датаграммный.

Виртуальные соединения. По сути, это коммутация каналов, но не напрямую, а через память управляющих компьютеров в центрах коммутации с использованием пакетов при передаче сообщений. В виртуальной сети, прежде чем начать передачу пакетов, абонентуполучателю направляется служебный пакет, прокладывающий виртуальное соединение. В каждом узле этот пакет оставляет распоряжение вида: пакеты k-го виртуального соединения, пришедшие из i-го канала, следует направлять в j-й канал. Таким образом, виртуальное (условное) соединение существует только в памяти управляющего компьютера. Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем памяти понадобиться для приема. Если его компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается согласие абонентуотправителю (также в виде специального служебного пакета) на передачу сообщения. Получив подтверждение, абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами. Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению (в каждом узле их ждет инструкция, которая обрабатывается управляющим компьютером) и в том же порядке попадают абонентуполучателю, где, освободившись от концевиков и заголовков, образуют передаваемое сообщение, которое направляется на седьмой уровень. Виртуальное соединение может существовать до тех пор, пока

отправленный одним из абонентов, специальный служебный пакет не сотрет инструкции в узлах. Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации и обладает всеми преимуществами методов коммутации каналов и пакетов.

Датаграммы. Для коротких сообщений более эффективен датаграммный режим, не требующий довольно громоздкой процедуры установления виртуального соединения между абонентами. Термин «датаграмма» применяют для обозначения самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов. Получив датаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла, максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его в своей памяти. Если подтверждение не получено, узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел и т.д., до тех пор пока пакет не будет принят. Все узлы, окружающие данный, ранжируются по близости к адресату. Первый ранг получает ближайший к адресату узел, второй – ближайший из остальных и т.д. Пакет посылается сначала в узел первого ранга, при неудаче – в узел второго ранга и т.д. Описанная процедура известна как алгоритм маршрутизации. Кроме детерминированных алгоритмов маршрутизации, где перспективность узла для передачи датаграммы оценивается с помощью конкретного решающего правила, существуют вероятностные алгоритмы, где узел передачи выбирается случайно. Очевидно, что при такой маршрутизации каждая датаграмма будет идти по случайной траектории, и, следовательно, момент поступления ее к адресату будет случайным. При этом свойствами случайности можно управлять, т.е. добиваться, чтобы среднее время доставки не превышало заданного, а вероятность того, что какая-то датаграмма задержится более наперед заданного числа секунд, была бы достаточно малой. Датаграммный режим используется, в частности, Internet, в протоколах UDP (User Datagram Protocol) и TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Очевидно, что у каждого из рассмотренных методов коммутации имеется своя область применения, обусловленная его особенностями. Отсюда следует целесообразность сочетания разных методов коммутации на сетях, объединяющих большое число абонентов с отличающимися друг от друга величинами нагрузки, характером ее распределения во времени, объемами сообщений, используемой оконечной аппаратурой. На таких сетях при небольшой средней нагрузке и передаче сообщений большими массивами в небольшое число адресов доля потери времени на установление соединения сравнительно невелика и предпочтительнее использовать систему с КК. При передаче же многоадресных сообщений, необходимости обеспечения приоритетности сообщениям высокой категории срочности и при большой загрузке абонентских установок более эффек-

тивно использовать систему с КС. При передаче коротких сообщений в интерактивном (диалоговом) режиме наиболее целесообразно использовать КП.

В заключение заметим, что выбор методов коммутации – достаточно сложная оптимизационная задача. Она решается исходя из требований к транспортной сети, которые в свою очередь определяются особенностями трафика, классом пользователей и показателями качества их обслуживания [15].

9.5. Методы маршрутизации в сетях электросвязи

Основные определения. Маршрут (Route) – список элементов сети связи (УК, линий связи, каналов связи), начинающийся с узла-источника (УИ) и заканчивающийся узлом-получателем (УП).

Пример 9.2.

Маршруты между УК № 1 и УК № 4 на сети, изображенной на

рис. 9.16, будут иметь следующую запись: μ11,4 = {УК № 1, УК № 2, УК № 4}; μ1,42 = {УК № 1, УК № 3, УК № 2, УК № 4}. В данном примере УК № 1 является исходящим, УК № 4 – входящим, а УК № 2, 3 –

транзитными.

Маршрутизация (Routing) – процедура, определяющая оптимальный по заданным параметрам маршрут на сети связи между узлами коммутации.

Для реализации маршрутизации на сети в каждом транзитном УК (УК № j), начиная с УИ, формируется таблица маршрутизации, которая представляет собой матрицу размерностью (S – 1) х Hj

где S – количество УК в сети; Hj – количество исходящих линий связи (ЛС) из j-го УК.

ся администрацией при проектировании или модификации сети связи. Частота коррекции ПРИ зависит от многих факторов:

•использование статических или динамических методов маршрутизации;

•набора статистики (за определенный период времени) о состоянии элементов сети связи (неисправность и перегруженность);

•степени централизации устройств управления сетью связи (централизованные, децентрализованные или комбинированные методы управления);

•возможности администрации влиять на процесс управления сетью связи;

•наличие постоянных (не коммутируемых) соединений между пользователями сети связи.

Сформированные таблицы маршрутизации для каждого УК передаются на второй подуровень.

На втором подуровне решается задача определения и выбора (в каждом транзитном УК, начиная с УИ) исходящих ЛС. Вызывающий пользователь сети инициирует пакет вызова на установление соединения с вызываемым пользователем. Пакет вызова, проходя через узлы коммутации, обращается к таблицам маршрутизации, которые сформированы на третьем подуровне. Затем пакет вызова определяет исходящие ЛС. Таким образом, в каждом транзитном УК, начиная с УИ, формируются таблицы коммутации. В таблице коммутации указываются конкретные исходящие ЛС, участвующие в формировании маршрута между вызывающим и вызываемым пользователями.

Сформированные таблицы коммутации передаются на первый подуровень. В данном подуровне в соответствии с таблицами коммутации происходит передача сообщения по маршруту, сформированному на втором подуровне.

Методы формирования плана распределения информации на сети связи (таблиц маршрутизации). Метод рельефов. Суть данно-

го метода состоит в следующем. Пусть i – произвольный УК сети связи. i-рельефом называется процедура присвоения значения числовой функции каждой ЛС. i-рельеф строится следующим образом. Из i-го УК по всем исходящим ЛС передается число 1. Все УК, в которые поступило число 1, передают по всем исходящим ЛС, кроме тех ЛС, по которым поступила 1, число 2. Далее УК, на которые поступило число 2, передают по ЛС, кроме тех, по которым поступила 2, число 3 и т.д., до тех пор, пока все ЛС не будут пронумерованы. Говорят, что ЛС имеет n высоту, если она обозначена числом n в i-рельефе.

Указанным способом формируется рельеф из каждого УК сети связи. В итоге получается, что каждая ЛС имеет S высот. В результате ЛС с минимальной высотой является исходящей ЛС первого выбо-

ра. ЛС с большими высотами, соответственно, являются исходящими ЛС второго, третьего и т.д. выбора.

Пример 9.5. Построим рельеф на сети относительно УК A (рис. 9.18). УК А по исходящим ЛС AB, AC, AD передает число 1 и присваивает им это значение. Узлы B, C и D передают по ЛС BG, BC, CI, CK, CD и DK в узлы G, I и K число 2. В свою очередь, узлы G, I, H и K передают по ЛС GL, GI, IL, IM, IH, HK и KO число 3. Перечисленным ЛС присваивается число 3. УК L, M, H, O, в свою очередь, передают по ЛС LM, MN, HM, HO и ON число 4 и им присваивается число 4. Таким образом, на сети строится А-рельеф (рис. 9.19).

Чтобы найти кратчайший маршрут от произвольного УК к узлу А достаточно в каждом УК выбирать исходящую ЛС с меньшим весом. Например, кратчайший маршрут от УК N до УК А будет следующий:

μ1N,A = {NO, OK, KD, DA} или μ2N,A = {NM, MI, IC, CA}, μ = {NO, OK, KC, CA}.

Недостатком данного метода является необходимость передачи информации при формировании рельефов между всеми узлами.

Игровой метод [15, 16] формирует ПРИ по накопленной ранее статистике установления соединения между заданной парой УК. Перед началом функционирования на сети устанавливается начальный ПРИ в виде набора таблиц маршрутизации (9.3). Каждому

v=1

Врезультате формируется матрица весовых коэффициентов

168 Глава 9. Основные понятия и определения

Определение маршрута и формирование ПРИ на сети игровым методом осуществляется следующим образом. Во всех транзитных УК, начиная с УИ, при поиске маршрута к i-му УП происходит обращение к i-м строкам матриц маршрутизации (9.5). В i-х строках (9.6) определяется максимальный весовой коэффициент pi(vj ) . Тем самым выбирается v-я исходящая ЛС из j-го УК при организации маршрута к i-му УК. В результате данных действий маршрут между заданной парой УК будет либо определен, либо данной заявке на определение маршрута будет дан отказ. В первом случае все ЛС, входящие в данный маршрут, поощряются. Весовые коэффициенты pi(vj ) данных исходящих ЛС увеличиваются. Во втором случае, когда маршрут не определен, исходящие ЛС, участвующие в данном поиске, штрафуются. Весовые коэффициенты pi(vj ) данных исходящих ЛС уменьшаются. В обоих случаях строки pi( j ); i, j =1,S; i ≠ j , элементы которых были изменены (поощрены или оштрафованы), нормируется.

Таким образом, в процессе эксплуатации сети формируется оптимальный ПРИ. Критерием оптимальности является результат организации маршрутов.

Пример 9.6. Покажем формирование ПРИ игровым методом для сети, изображенной на рис. 9.16. Будем считать, что начальный ПРИ задан в виде таблиц маршрутизации примера 9.4. Весовые коэффи-

Допустим, что необходимо определить маршрут между УИ № 2 и УП № 1. При условии, что количество транзитных УК не должно превышать одного. В УИ № 2 из таблицы весовых коэффициентов P( 2 )

выбираем вектор строку p2(1) = (0,6; 0,1; 0,3). Исходящей ЛС первого выбора является ЛС к УК № 1. Предположим, что данная ЛС в настоящий момент недоступна. Так как p1,4(2 ) > p1,3(2 ) , то исходящей ЛС второго

выбора является ЛС к УК № 4. Допустим, что исходящая ЛС из УК № 2 к УК № 4 в данный момент доступна. Следовательно, данная ЛС участ-

вует в организации искомого маршрута. В УК № 4 в соответствии с P1( 4 ) = = (0,7; 0,2; 0,1) выбираем исходящую ЛС к УК № 1. Допустим, она доступ-

на. Следовательно, маршрут между УИ и УП μ2,1 = {2, 4, 1} организован. ЛС, участвующие в данной процедуре, поощряются. Соответствующие весовые коэффициенты p1,4(2 ), p1,1(4 ) увеличиваются (предположим, что на

Если ситуация поиска маршрута между заданной парой УК повто-

цию с вектором P1(2 ) , видно, что исходящая ЛС к УК № 4 из УК № 2 при поиске маршрута к УК № 1 приняла значение первого выбора, так как ее весовой коэффициент p1,4(2 ) стал максимальным из всех воз-

можных в данном векторе.

Матрицы весовых коэффициентов УК №2 и4 примут следующий вид:

игровой метод решает задачу глобальной оптимизации сети связи по критерию – вероятность установления соединения междупарамиУИ иУП.

Отсутствие необходимости передачи служебной информации при формировании ПРИ на сети является несомненным достоинством игрового метода. Однако данный метод обладает инерционностью. Действительно, при выходе элементов сети связи из строя потребуется некоторый период времени для переформирования ПРИ на сети.

Логический метод [17] состоит в процедуре, выполняемой в каждом транзитном УК, начиная от УИ, позволяющей определить исходящую ЛС, максимально близкой к геометрическому направлению на УП.