Структура сетей электросвязи

Понятие структуры сети раскрывает схему связей и взаимодействия ее элементов. При рассмотрении структуры сети выделяют следующие аспекты её описания: физический, определяющий состав и связи элементов, и логический, отображающий взаимодействие элементов в процессе функционирования сети.

Физическая структура сети - это схема связей физических элементов сети: узлов коммутации (УК), оконечных пунктов (ОП) - станций и линий передачи в их взаимном расположении с характеристиками передачи и распределения сообщений.

Логическая структура сети определяет принципы установления связей, алгоритмы организации процессов и управления ими, логику функционирования программных средств.

Топологическая структура сети или просто топология – это обобщенная геометрическая модель физической структуры сети.

Более конкретный состав аппаратно-программных средств и схема их связей называется конфигурацией сети.

В дальнейшем, если не оговорено особо, под термином «структура» понимается топологическая структура.

Под архитектурой сети понимается совокупность физической, логической и функциональной структуры.

В качестве математической модели топологической структуры сети широко используется модель в виде графа:

Граф структуры сети

Обычно вершины графа обозначаются цифрами (1, 2, 3, 4) и сопоставляются с УК и/или ОП, а ребра графа - буквами (a, b, c, d, e) и соответствуют каналам связи. В символической форме графы обозначаются G(А, В), где знак G выражает логическое содержание данного понятия;

А = {а₁, а₂,…,a_N} - множество вершин графа;

В = {b_ij} - множество ребер между вершинами а_i и a_j.

Вершины графа называются смежными, если они соединены ребром. Ребра могут быть ориентированными или направленными (ребро e) и неориентированными или ненаправленными (ребра а, b, с, d). Ориентированные ребра соответствуют односторонним каналам, а неориентированные - двусторонним каналам.

Различают три типа графов:

1) ориентированные графы, все ребра которых ориентированные;

2) неориентированные графы, не содержащие ориентированных ребер;

3) графы смежного типа, в которых имеются как ориентированные, так и неориентированные ребра.

Каждому ребру может быть приписан некоторый «вес» - число или совокупность чисел, характеризующих какие-либо свойства данного ребра. В качестве веса принимаются, например, длина канала, пропускная способность, скорость передачи информации, число стандартных каналов, надежность, стоимость и т. д. Вершинам графа также могут быть приписаны веса.

Число входящих или исходящих (инцидентных) ребер называют рангом узла r(a_i), где i - номер узла. На рис.: r(a₁) = 2, r(a₂) = 3. Узел ранга 1 является тупиковым, так как через него не могут проходить никакие пути.

Путь _ij из узла a_i в узел a_j - это упорядоченный набор ребер, начинающихся в узле a_i и заканчивающихся в узле a_j. Для пути конец каждого предыдущего ребра совпадает с началом последующего ребра. Путь должен быть самонепересекающимся, т.е. не проходящим дважды через один и тот же узел. Для графа на рис. между вершинами 1 и 3 существуют три пути: ab, cd, aed. Множество путей между этими вершинами ₁₃ = ab и cd и aed. Пути, как и ребра, могут быть направленными и ненаправленными.

Рангом пути r(_ij) называется число ребер, входящих в данный путь. Минимальный ранг пути равен 1, например r(₁₂) = 1, а максимальный - равен N - 1, где N - число вершин графа, в этом случае путь проходит через все вершины. Путь, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же вершине, называется контуром (циклом). Связностью h называется минимальное число независимых путей между всеми парами вершин. Для графа на рис. h = 2.

Основные топологии телекоммуникационных сетей. Выбор конкретной топологии сети влияет не только на ее физическую структуру, но и существенно определяет все основные показатели сети.

В одних случаях топология задается заранее, в других - определяется на разных стадиях проектирования. Разработанная или выбранная топология сети оценивается по различным критериям: надежности, экономичности и т. д. Рассмотрим разновидности топологических структур, получивших наибольшее распространение в телекоммуникационных сетях.

1. Древовидная топология предполагает между каждой парой узлов только один путь, т.е. связность сети h = 1.

Разновидности древовидной топологии: а - дерево; б - звезда;

в - линейная (шина); г - снежинка; д - узловая с иерархией узлов

2. Сетевидная топология, в которой каждый узел является смежным только с небольшим числом других узлов. Связность такой сети h > 1.

Разновидности сетевидной топологии: а - петлевая (кольцевая);

б - радиально-петлевая; в - сотовая; г - решетка; д - двойная решетка

3. Полносвязная топология, в которой узлы соединены по принципу «каждый с каждым».

Полносвязная топология

Если N - число узлов, то число ребер равно, ранг узла r = N-1. Без нарушения связности можно исключить N-2 ребер.

Топология сети оказывает значительное влияние на основные показатели сети, особенно на надежность и живучесть. Чем выше связность сети, тем она более живуча и надежна. Наибольшей связностью обладает полносвязная сеть, но для ее реализации требуется максимальное число каналов и, следовательно, сеть имеет высокую стоимость.

Топология реальной сети обычно строится по иерархическому принципу: крупные узлы соединяются по принципу «каждый с каждым», а на низших уровнях используются простые топологии - дерево, шина, звезда, кольцо и т. д.