19.3. Способы коммутации в ш-цсио

Классификация способов коммутации, используемых в Ш-ЦСИО. Для перехода к Ш-ЦСИО необходимо определить число и состав пользователей; состав ШП служб; возможные скорости пере­дачи; тип и структуру трафика.

Такая сеть должна быть гибкой, т.е. хорошо приспособленной к любым разумным изменениям требований пользователей. Выбор принципов коммутации в такой сети является одним из центральных вопросов.

На рис. 19.3 приведена классификация систем цифровой коммута­ции, где КК - коммутация каналов; КП - коммутация пакетов; ПРК, ЧРК, ВРК - пространственное, частотное и временное разделение каналов; СВРК, АВРК - синхронное и асинхронное временное разде­ление каналов; ATM - Asynchronous Transfer Mode (асинхронный ме­тод передачи - АМП).

Для того чтобы показать сложность решения задачи выбора тех­нологии коммутации в Ш-ЦСИО, рассмотрим возможности, достоин­ства и недостатки известных способов коммутации. Все известные способы разделения цифровых каналов делят на две группы: син­хронные и асинхронные. Напомним тот факт, что при синхронном временном разделении каналов каждый канал закреплен за физиче­ским соединением безотносительно к тому, передается по нему ин­формация или нет. Установленное в сети или в коммутационном поле ЦСК соединение однозначно определяется временными интервалами, которые оно занимает во всех звеньях соединительного тракта. Исполь­зование СВРК в Ш-ЦСИО для многих служб проблематично из-за вы­сокой пачечности. Для повышения использования каналов паузы в передаче отдельных источников занимаются для передачи данных других источников. Такая идея используется при асинхронном вре­менном разделении каналов (АВРК). Применение АВРК позволяет не закреплять жестко временной интервал за каналом и за источником.

Рис. 19.3. Классификация систем цифровой коммутации

Идентификация информации обеспечивается благодаря ее адресова­нию. При АВРК реализуется статистическое мультиплексирование, т.е. обнаружение окон (пауз) в кадре системы передачи и заполнение их информацией из буферов, где источники ожидают начала переда­чи. При статистическом мультиплексировании легко учесть приорите­ты источников информации, что очень важно для Ш-ЦСИО, где интег­рируется много служб с существенно отличающимися характеристика­ми. Концепция коммутации в Ш-ЦСИО основана на применении АВРК и установлении виртуальных соединений. В соответствии с этой кон­цепцией для транспортировки информации всех служб применяется унифицированный пакет фиксированной длины.

К цифровым системам коммутации в Ш-ЦСИО предъявляются следующие требования:

1) независимость структуры и свойств от вида службы;

2) более высокая, чем в узкополосной ЦСИО, производительность;

3) адаптация к различным скоростям передачи в каналах сети;

4) более высокое, чем в У-ЦСИО, использование полосы частот для трафика пачечного типа;

5) высокая гибкость.

Высокая производительность необходима для поддержки видео­служб, а гибкость - из-за невозможности предсказать скорости пере­дачи, которые могут потребоваться для разнообразных служб. Высо­кая гибкость означает предоставление прозрачного доступа для поль зователя через интерфейс «пользователь-сеть», т.е. отсутствие ог­раничений на структуру кадра или пакета и на способ синхронизации.

Рис. 19.4. Распределение сетевого ресурса при различных способах коммутации

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-T) 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: ΔF_К - полоса пропускания канала, ΔF_баз - базовая полоса пропускания канала; МСКК - многоскоростная коммутация каналов; БКК - быстрая коммутация каналов; БКП - быстрая коммутация паке­тов; - время задержки передачи сообщений при КК, МСКК, БКК, БКП и КП соответственно; t_yc - 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 волокон­но-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 XX в., посвященных коммутации с высокими скоростями.

Таблица 19.4. Достоинства и недостатки способов коммутации

Способ	Достоинства	Недостатки
Коммутация каналов (КК)	1. Не требуются ресурсы сети для обработки сообщений. 2. Задержка сообщений минимальна (она равна времени установления соединения tус)	1. Невозможно изменение полосы пропускания канала. 2. Невозможна интеграция в одной сети видов служб с разными скоростями передачи.
Многоскоростная коммутация (МСКК)	1. Возможность дискретного изменения полосы пропускания канала. 2. Задержка сообщения минимальна.	1. Низкое использование канала при пачечном трафике. 2. Высокая сложность системы синхронизации. 3. Необходимость установления большого количества соединений для высокоскоростных служб. Необходимость выбора низкой базовой полосы пропускания канала.
Быстрая коммутация каналов (БКК)	1. Возможность изменения полосы пропускания канала благодаря передаче пакетов данных в паузах речевого сигнала. 2. Улучшенное использование полосы канала при трафике пачечного типа. 3. Задержка сообщения мала	1. При перегрузках резко растут потери. 2. При перегрузках часть речевых отрезков теряется. 3. Для передачи каждого сообщения (в паузах речевого сигнала) необходимо устанавливать соединение за время tус 140 мс, чтобы межконцевые задержки не превышали 240 мс
Быстрая коммутация пакетов (БКП)	1. Динамическое изменение скорости передачи (полосы пропускания канала). 2. Малая вероятность ошибки. 3. Простота протоколов канального и сетевого уровней. 4. Малая величина задержки. 5. Хорошее использование ресурсов при пачечном трафике. 6. Гибкость в условиях перегрузки.	1. потери скорости передачи из-за необходимости включения адреса в каждый пакет. 2. Усложение коммутационных полей.
Способ КП	1. Динамическое изменение скорости передачи. 2. Высокое использование ресурсов сети при пачечном трафике	1. Задержка для речевого трафика может быть недопустимо велика. 2. Высокая сложность протоколов канального и сетевого уровней. 3. Большая зависимость задержки сообщений от поступающей нагрузки

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 волоконно-оптических 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.