Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

представления информации (подобно традиционному телевидению или радиовещанию). Вещательные службы, предлагающие услугу «управления вещанием», организуют передачу циклически повторяющихся блоков информации. Благодаря такой организации абонент может выбрать вид требуемой информации и начало ее предъявления. К службам этого типа относятся обучение и тренинг на расстоянии.

Широкополосные службы предъявляют высокие требования к средствам передачи и коммутации Ш-ЦСИО. Например, для цветного телевидения необходима скорость 4–6 Мбит/с, для телевидения с высокой четкостью – 16–24 Мбит/с, для передачи файлов – до 200 Мбит/с. В настоящее время эксплуатируются физические среды (во- локонно-оптические линии связи) и системы передачи (синхронная цифровая иерархия – SDH), обеспечивающие передачу информации с такими высокими скоростями. Решение задач третьего этапа перехода к Ш-ЦСИО связано, прежде всего, с созданием эффективных средств коммутации пакетов с высокой скоростью.

Для того чтобы удовлетворить требованиям всех рассмотренных служб, широкополосная ЦСИО должна обладать следующими свойствами:

1)обеспечивать скорость передачи информации не ниже сотен Мбит/с;

2)задержка сообщений при передаче от одного оконечного пункта

кдругому не должна превышать нескольких сотен или даже десятков миллисекунд (так, норма рекомендованной ITU-Т задержки при однонаправленной передаче через два узла сети без участков спутниковой связи составляет 80 мс);

3)задержка сообщения на коммутационных станциях сети не должна превышать единиц миллисекунд;

4)система коммутации пакетов одной коммутационной станции должна иметь производительность в несколько сотен тысяч пакетов в секунду.

Широкополосная ЦСИО рассматривается ITU-Т как результат эволюции узкополосной ЦСИО с основным доступом типа 2В + D. Основные отличия Ш-ЦСИО от У-ЦСИО состоят в следующем:

1)в абонентской сети используется волоконно-оптический кабель (вместо двухпроводной медной абонентской линии);

2)в транспортной системе информация передается со скоростями 140 Мбит/с и выше;

3)терминалы широкополосных служб подключаются в точку Sb широкополосного интерфейса (при этом сохраняется основной интерфейс 2B + D через эталонную точку S).

Интерфейс «пользователь–сеть» в Ш-ЦСИО. На рис. 19.1 при-

ведена конфигурация доступа в Ш-ЦСИО. ITU-Т рекомендует два типа широкополосных интерфейсов:

помещаться 4 канала Н21 или 3 канала Н22. Здесь приведены номинальные скорости передачи пользовательской информации по типовым каналам.

Два типа каналов (D и Е) – используется в основном для передачи служебной информации (сигнализации «абонент–сеть», управления сетью, технической эксплуатации). Скорость передачи в D-каналах может быть равной 16 или 64 Кбит/с. Протоколы передачи в каналах типа D базируются на рекомендации X.25 ITU-Т [4]. В канале Н12 размещаются две стереофонические программы, а в канале Н4 можно обеспечить передачу одного канала телевидения высокой четкости.

Категории (классы) услуг. Как было показано выше, в Ш-ЦСИО поддерживает большое количество служб. Каждая из них предъявляет к сети специфические требования по скорости доставки информации, организации сеанса связи, необходимости диалога. В документах ITU-Т (Рекомендация I.362) весь диапазон служб разделен на четыре категории (табл. 19.3). Категория 1 предъявляет к сети наиболее жесткие требования. Это объясняется тем, что для служб этой категории нельзя изменять скорость передачи, что характерно, например, для телефонной связи и телевидения. Для служб 2-го класса допустима переменная скорость передачи, если при этом не происходит ухудшения качества. К этой категории относятся службы передачи данных в интерактивном режиме и видеоинформации. Службы категорий 3 и 4 являются службами передачи данных, для которых скорость может варьироваться. Характерная служба этих классов – электронная почта. Службы категории 4 свойственны локальным вычислительным сетям.

396 Глава 19. Широкополосные и интеллектуальные сети

зователя через интерфейс «пользователь–сеть», т.е. отсутствие ограничений на структуру кадра или пакета и на способ синхронизации.

Гибкость ЦСК и сети в целом основывается на динамическом распределении сетевых ресурсов (режимов коммутации, скоростей передачи).

Пока остается проблемой обеспечение требований к качеству обслуживания всех составляющих трафика в Ш-ЦСИО, хотя бы на уровне качества, обеспечиваемого в У-ЦСИО. В случае передачи речи с использованием метода КП трудности состоят в том, чтобы обеспечить задержку кадров не более чем на 30 мс (рекомендация G.131 ITU-Т) и вероятность блокировки не более 10−6.

На рис. 19.4 представлены известные способы коммутации и их варианты, использование которых позволяет в разной степени приспосабливать сеть к изменению скорости передачи информации.

Здесь и в табл. 19.3 применяются следующие обозначения и аббревиатуры: Fк – полоса пропускания канала, Fбаз – базовая полоса пропускания канала; МСКК – многоскоростная коммутация каналов; БКК – быстрая коммутация каналов; БКП – быстрая коммутация пакетов; tзКК , tзМСКК , tзБКК , t зБКП , t зКП – время задержки передачи сообщений при КК, МСКК, БКК, БКП и КП соответственно; tус – время установления соединения в режиме КК.

В табл. 19.4 перечислены достоинства и недостатки известных способов коммутации [5, 6].

Многоскоростная коммутация (МСКК) может использоваться в сетях, поддерживающих службы с разными скоростями ПД. Отличие многоскоростной КК от обычной КК состоит в возможности предоставления пользователям составного канала с полосой пропускания в N раз большей, чем базовая. Базовая скорость выбирается из соображений удовлетворения требований большинства пользователей сети (например, 64 Кбит/с). Способ БКК позволяет лучше использовать сетевой ресурс (полосу частот канала), благодаря возможности предоставления канала новому требованию в паузах речевого сигнала. В основе БКП лежат те же принципы, что и при КП. Отличия состоят в том, что существенно повышаются скорости передачи по каналу и коммутации в коммутационных полях станций, так как в Ш-ЦСИО должны коммутироваться кадры, поступающие по волокон- но-оптическим линиям связи. Технические средства передачи с высокими скоростями (десятки гигабит в секунду) достигли прогресса существенно ранее, чем средства коммутации с такими же скоростями. Поэтому сдерживающим фактором в повышении скорости передачи информации между установками пользователей в коммутируемой сети до недавнего времени были «низкоскоростные» коммутационные поля станций и узлов. Интенсивность исследований в этой области видна по массе публикаций в конце 80-х и в 90-е годы ХХ в., посвященных

коммутации с высокими скоростями. Решение задачи высокоскоростной коммутации было найдено благодаря использованию короткого (53 байта) кадра (ячейки), буферированию ячеек на каждом входе (порте) станции Ш-ЦСИО, упрощению структуры коммутационного поля и алгоритма коммутации.

Высокие скорости (не менее 150 Мбит/с) передачи стали возможны благодаря использованию в терминальной сети Ш-ЦСИО волоконнооптических линий связи (ВОЛС). Как известно, каналы, образованные в ВОЛС, характеризуются малой величиной вероятности ошибки. Это обстоятельство позволяет существенно упростить протоколы канального (звеньевого) уровня за счет отказа от решающей обратной связи при передаче пакетов. Избыточная полоса канала в ВОЛС делает внутрисетевые перегрузки маловероятными, что позволяет упростить или исключить контроль нагрузки на канальном и сетевом уровнях. Благодаря этому протоколы канального и сетевого уровней могут быть реализованы аппаратно, а не программно. Такое решение приводит к уменьшению задержки кадров и повышению скорости передачи в сети.

19.4.Построение коммутационных полей станций Ш-ЦСИО

При использовании БКП на коммутационных узлах возможно применение многозвеньевых пространственно-временных коммутационных полей с высокой скоростью коммутации и малой задержкой пакетов (единицы миллисекунд на одно звено) [3].

Учитывая сказанное о свойствах различных способов коммутации и данные табл. 19.4, можно сделать вывод о том, что в Ш-ЦСИО могут использоваться как БКК, так и БКП. Тот и другой виды коммутации приспособлены для широкополосного трафика пачечной структуры.

Необходимо, однако, учитывать общую тенденцию в использовании принципов коммутации пакетов в информационных сетях и большую гибкость БКП при перегрузках (благодаря буферированию пакетов), однако при пакетной передаче речевой информации в ЦСИО возникают следующие технические трудности:

1)преобразование аналогового сигнала в пакеты и обратное преобразование приводит к искажениям и задержкам;

2)для построения масштабной сети ЦСИО, например цифровой сети России, к которой будет подключено до 100 млн. оконечных пунктов, необходимо иметь системы передачи со скоростями в несколько сотен Мбит/с и коммутационные узлы с производительностью не менее 50–60 тыс. пакетов в секунду (в лучших из известных узлов сетей с КП производительность не превышает 10 тыс. пакетов в секунду);

3)возможны задержки пакетов (при перегрузках), превышающие пороговое значение (30 мс), что влияет на разборчивость речи.

В 1983 г. были опубликованы работы, выполненные в лаборатории концерна Bell (США) и исследовательском центре CNET (Франция), посвященные созданию нового метода коммутации для Ш-ЦСИО. Предложенные решения являются вариантами широкополосной КП и основаны на использовании асинхронного временного разделения каналов (см. классификацию систем коммутации на рис. 19.3) и принципов статистического разделения ресурсов коммутационной системы.

Асинхронный метод передачи. В 1987 и 1988 гг. исследователь-

ская группа XVIII ITU-Т обсудила предложенные исследовательскими центрами США и Европы методы реализации широкополосной КП и дала новому методу наименование «пакетный режим доставки» (в ранее опубликованных работах метод назывался асинхронный режим доставки (APД)). В настоящее время он известен как метод АТМ

(Asynchronous Transfer Mode). В дальнейшем, говоря об этом методе,

будем использовать аббревиатуру АТМ.

Первый экспериментальный участок Ш-ЦСИО был создан в 1987 г. Отличительной чертой метода AТМ является то, что вызов характеризуется идентификатором (меткой), определяющим номер логического канала. Использование метки для каждого сообщения позволяет более гибко, чем при CBРK, распределять сетевые ресурсы и ресурсы коммутаторов AТМ. У методов AТМ и CBPK одна общая идея: время передачи в канале делится на фиксированные кадры, каждому вызову (сообщению) в кадре выделяется свое временное окно. Как уже отмечалось,

вслучае CBPK это окно для одного и того же вызова всегда занимает фиксированное место.

Характерной особенностью АТМ – отсутствие жесткого закрепления временного окна в кадре за вызовом. Каждому вызову соответ-

ствует своя метка. Функции установления метки, как и временного окна в кадре при СВРК, могут быть реализованы на первом (физиче-

ском) уровне модели ВОС. Основное достоинство АТМ состоит в возможности динамического распределения ресурсов как при передаче пакетов, так и при их коммутации в коммутационных полях станций Ш-ЦСИО.

Напомним основные свойства метода АТМ:

1)информационный поток от любого источника разделяется на кадры фиксированной длины;

2)кадры фиксированной длины, состоящие из информации пользователя сети и заголовка, названы в документах ITU-Т ячейками [7];

3)ячейка имеет малую длину – всего 53 байта;

4)процедуры управления потоками и контроля ошибок перенесены

вверхние уровни модели ВОС.

Благодаря этому функции транспортной системы упрощены. Малая и постоянная длина элемента, используемая в методе АТМ, позволяет:

a) существенно уменьшить, по сравнению с методом традиционной КП, как среднее время задержки элемента в сети, так и дисперсию задержки, что важно для средств обработки в реальном масштабе времени;

б) уменьшить искажения при потере отдельных ячеек, так как они содержат малый объем пользовательской информации;

в) упростить структуру коммутационного поля станции; г) упростить процедуры мультиплексирования.

Благодаря постоянной длине элемента, нет необходимости вести поиск окна требуемой длины в цикле системы передачи, как это имеет место в сетях с КП при переменной длине пакетов.

Размер элемента также влияет на такие сетевые параметры, как: задержка пакетизации и буферизации, дисперсия задержки, эффективная скорость передачи, сложность реализации AТМ.

Чем больше длина сообщения пользователя при заданной длине ячейки, тем больше задержка пакетизации, так как необходимо формировать большее количество ячеек, чем для коротких сообщений. Наибольшая величина задержки пакетизации в Ш-ЦСИО характерна для службы передачи данных большого объема (файлов). Задержка буферизации возникает из-за конкуренции ячеек принадлежащих пользователям разных служб, отличающихся по приоритету предоставления окна в цикле (рис. 19.5). Чем меньше размер ячейки, тем при прочих равных условиях меньше дисперсия задержки, поскольку окна малого размера встречаются в цикле чаще, чем окна большого размера. Эффективная скорость передачи растет при уменьшении размера ячейки, так как удается заполнять пользовательской информацией все меньшие окна и тем самым улучшать использование цик-