Статистическое мультиплексированиеСтатистическое временное мультиплексирование

Взрывная природа трафика, свойственная сетям передачи данных, привела к разработке более гибкого метода мультиплексирования – статистического. В этом методе тайм-слоты не приписываются жестко за каналами и могут более свободно распределяться под приходящие по разным каналам данные. Времена прибытия данных, а не номера низкоскоростных каналов определяют последовательность, в которой данные от разных каналов размещаются в тайм-слоты. Каждый раз, когда тайм-слот испускается в мультиплексную линию, мультиплексор добавляет к нему специальный идентификатор, по которому демультиплексор на другом конце определяет, в какой выходной канал перенаправить содержимое данного тайм-слота. Если на вход мультиплексора данные не поступают, то он передает пустые тайм слоты с пустыми полями идентификаторов. Асинхронность выражается не в асинхронном испускании тайм-слотов – они следуют строго регулярно, а в допустимости асинхронного размещения приходящих данных в тайм-слоты.Заметим, что идентификатор, выполняя очень важную функцию в этом методе мультиплексирования, является служебной информацией и, таким образом, уменьшает полосу, которая могла бы использоваться под передачу данных.Статистический TDM мультиплексор предоставляет приложению такую полосу, которую оно запрашивает, если, конечно, эта величина не превосходит свободной емкости мультиплексной линии. Суммарная величина полос пропускания низкоскоростных каналов, входящих в мультиплексор, может превосходить полосу пропускания скоростного канала. Игра идет на том, что не все низкоскоростные приложения осуществляют одновременно передачу.Статистическое мультиплексирование требует более сложного управления и значительно большей вычислительной мощности от оборудования.

Сначала статистическое мультиплексирование было использовано в сетях с протоколом Х.25, позже – в сетях Frame Relay и АТМ.

42. Основные компоненты архитектуры интеллектуальных сетей

Ин­тел­лек­ту­аль­ная сеть IN (Intelligent Network) яв­ля­ет­ся се­год­ня одной из опре­де­ля­ю­щих кон­цеп­ций раз­ви­тия со­вре­мен­ных сетей связи. В со­от­вет­ствии с ре­ко­мен­да­ци­ей ITU-T I.312 /Q.1201 опре­де­ле­ние ин­тел­лек­ту­аль­ной сети зву­чит сле­ду­ю­щим образом:

Ин­тел­лек­ту­аль­ная сеть - это ар­хи­тек­тур­ная кон­цеп­ция предо­став­ле­ния новых услуг связи, об­ла­да­ю­щих сле­ду­ю­щи­ми ос­нов­ны­ми характеристиками:

· ши­ро­кое ис­поль­зо­ва­ние со­вре­мен­ных ме­то­дов об­ра­бот­ки информации;

· эф­фек­тив­ное ис­поль­зо­ва­ние се­те­вых ресурсов;

· мо­дуль­ность и мно­го­це­ле­вое на­зна­че­ние се­те­вых функций;

· ин­те­гри­ро­ван­ные воз­мож­но­сти раз­ра­бот­ки и внед­ре­ния услуг сред­ства­ми мо­дуль­ных и мно­го­це­ле­вых се­те­вых функций;

· стан­дар­ти­зо­ван­ное вза­и­мо­дей­ствие се­те­вых функ­ций по­сред­ством неза­ви­си­мых от услуг се­те­вых интерфейсов;

· воз­мож­ность управ­ле­ния неко­то­ры­ми ат­ри­бу­та­ми услуг со сто­ро­ны або­нен­тов и пользователей;

· стан­дар­ти­зо­ван­ное управ­ле­ние ло­ги­кой услуг. На пер­вый взгляд дан­ное опре­де­ле­ние может по­ка­зать­ся чисто де­кла­ра­тив­ным и, даже, ам­би­ци­оз­ным, осо­бен­но после про­чте­ния тре­бо­ва­ния стан­дар­та о при­ме­ни­мо­сти кон­цеп­ции прак­ти­че­ски ко всем из­вест­ным се­год­ня типам сетей:

· те­ле­фон­ная сеть об­ще­го поль­зо­ва­ния PSTN (Public Switched Telephone Network);

· сеть пе­ре­да­чи дан­ных с ком­му­та­ци­ей па­ке­тов DPSN (Data Packet Switched Network );

· сеть связи с по­движ­ны­ми си­сте­ма­ми PLMN (Public Land Mobile Network);

· уз­ко­по­лос­ная и ши­ро­ко­по­лос­ная циф­ро­вая сеть с ин­те­гра­ци­ей служб N(B)-ISDN (Narrowband(Broadband) Integrated Services Digital Network).

ОБЩИЕ ФУНК­ЦИ­О­НАЛЬ­НЫЕ ТРЕ­БО­ВА­НИЯ К АР­ХИ­ТЕК­ТУ­РЕ IN

Ос­но­во­по­ла­га­ю­щим тре­бо­ва­ни­ем к ар­хи­тек­ту­ре IN яв­ля­ет­ся от­де­ле­ние функ­ций предо­став­ле­ния услуг от функ­ций ком­му­та­ции и рас­пре­де­ле­ние их по раз­лич­ным функ­ци­о­наль­ным под­си­сте­мам. Функ­ции ком­му­та­ции, как и для тра­ди­ци­он­ных сетей оста­ют­ся в ба­зо­вой сети связи, а функ­ции управ­ле­ния, со­зда­ния и внед­ре­ния услуг вы­но­сят­ся в со­зда­ва­е­мую от­дель­но от ба­зо­вой сети "ин­тел­лек­ту­аль­ную" над­строй­ку, вза­и­мо­дей­ству­ю­щую с ба­зо­вой сетью по­сред­ством стан­дар­ти­зо­ван­ных ин­тер­фей­сов Тре­бо­ва­ние стан­дар­ти­за­ции про­то­ко­лов об­ме­на между ба­зо­вой сетью и ин­тел­лек­ту­аль­ной над­строй­кой осво­бож­да­ет опе­ра­то­ров сетей от су­ще­ство­вав­шей ранее за­ви­си­мо­сти от по­став­щи­ков ком­му­та­ци­он­но­го обо­ру­до­ва­ния. Вза­и­мо­дей­ствие между функ­ци­я­ми ком­му­та­ции и управ­ле­ния услу­га­ми осу­ществ­ля­ет­ся по­сред­ством при­клад­но­го про­то­ко­ла ин­тел­лек­ту­аль­ной сети INAP (IN Application Protocol), стан­дар­ти­зо­ван­но­го ITU-T в ре­ко­мен­да­ции Q.1205. Управ­ле­ние со­зда­ни­ем и внед­ре­ни­ем услуг осу­ществ­ля­ет­ся через при­клад­ной про­грамм­ный ин­тер­фейс API (Application Programm Interface), стан­дар­ти­за­ция ко­то­ро­го пока еще пол­но­стью не за­вер­ше­на. Таким об­ра­зом, стан­дар­ти­зо­ван­ные ин­тер­фей­сы IN де­ла­ют сеть от­кры­той для неза­ви­си­мых из­ме­не­ний как в ин­тел­лек­ту­аль­ной над­строй­ке, так и в ба­зо­вой сети.Обоб­щен­ная функ­ци­о­наль­ная ар­хи­тек­ту­ра на­гляд­но от­ра­жа­ет одну из ос­нов­ных идей ре­а­ли­за­ции IN по формуле:

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СЕТЬ = КОММУТАТОР + КОМПЬЮТЕР

МЕТОД СТАН­ДАР­ТИ­ЗА­ЦИИ КОН­ЦЕП­ЦИИ IN Се­год­ня союз ITU-T раз­ра­ба­ты­ва­ет дол­го­вре­мен­ную ар­хи­тек­ту­ру IN (Long Term IN Architecture), в ос­но­ве ко­то­рой лежит опре­де­ле­ние так на­зы­ва­е­мых на­бо­ров воз­мож­но­стей CS (Capability Sets), опи­сы­ва­ю­щих кон­крет­ные ас­пек­ты це­ле­вой ар­хи­тек­ту­ры IN. При спе­ци­фи­ка­ции оче­ред­но­го CS пред­по­ла­га­ет­ся об­рат­ная связь с преды­ду­щи­ми эта­па­ми для вне­се­ния из­ме­не­ний в про­цесс эво­лю­ции IN (рис. 2). Раз­ра­бот­ка CS1 уже за­вер­ше­на в рам­ках ре­ко­мен­да­ций серии Q.1200 (табл. 1), опре­де­ля­ю­щих функ­ци­о­наль­ные воз­мож­но­сти IN, ос­но­ван­ных на су­ще­ству­ю­щих се­те­вых тех­но­ло­ги­ях, на­при­мер ISDN, и ори­ен­ти­ро­ван­ных на под­держ­ку услуг, ре­а­ли­зо­ван­ных на базе сетей с ком­му­та­ци­ей ка­на­лов. От­ли­чи­тель­ной осо­бен­но­стью дан­ных услуг яв­ля­ет­ся то, что они могут быть ак­ти­ви­зи­ро­ва­ны толь­ко в про­цес­се уста­нов­ле­ния/разъ­еди­не­ния со­еди­не­ния. По тер­ми­но­ло­гии ITU-T услу­ги CS1 от­но­сят­ся к услу­гам типа "А" - яв­ля­ют­ся од­но­кон­це­вы­ми (Single Ended) с цен­тра­ли­зо­ван­ной ло­ги­кой управ­ле­ния (Single Point of Control). КОН­ЦЕП­ТУ­АЛЬ­НАЯ МО­ДЕЛЬ IN Ос­но­вой для стан­дар­ти­за­ции в об­ла­сти ин­тел­лек­ту­аль­ных сетей связи яв­ля­ет­ся аб­стракт­ная кон­цеп­ту­аль­ная мо­дель - INCM, стан­дар­ти­зо­ван­ная ITU-T в ре­ко­мен­да­ции I.312/Q.1201. Мо­дель со­сто­ит из че­ты­рех плос­ко­стей (рис. 3), и от­ра­жа­ет аб­стракт­ный под­ход к опи­са­нию IN.Пер­вый уро­вень - плос­кость услуг (Service Plane) пред­став­ля­ет взгляд на IN ис­клю­чи­тель­но с точки зре­ния услуг. Здесь от­сут­ству­ет ин­фор­ма­ция о том, как имен­но осу­ществ­ля­ет­ся предо­став­ле­ние услуг сетью.Вто­рой уро­вень - гло­баль­ная функ­ци­о­наль­ная плос­кость GFP (Global Functional Plane) опи­сы­ва­ет воз­мож­но­сти сети, ко­то­рые необ­хо­ди­мы раз­ра­бот­чи­кам для внед­ре­ния услуг. Здесь сеть рас­смат­ри­ва­ет­ся как еди­ное целое, да­ют­ся мо­де­ли об­ра­бот­ки вы­зо­ва (BCP) и неза­ви­си­мых от услуг кон­струк­тив­ных бло­ков (SIB).Тре­тий уро­вень - рас­пре­де­лен­ная функ­ци­о­наль­ная плос­кость DFP (Distributed Functional Plane) опи­сы­ва­ет функ­ции, ре­а­ли­зу­е­мые уз­ла­ми сети. Здесь сеть рас­смат­ри­ва­ет­ся как со­во­куп­ность функ­ци­о­наль­ных эле­мен­тов, по­рож­да­ю­щих ин­фор­ма­ци­он­ные потоки.Чет­вер­тый уро­вень - фи­зи­че­ская плос­кость PP (Physical Plane) опи­сы­ва­ет узлы сети, со­дер­жа­щи­е­ся в них функ­ци­о­наль­ные эле­мен­ты и про­то­ко­лы взаимодействия.

ИН­ТЕР­ФЕЙ­СЫ IN

В ре­ко­мен­да­ции Q.1215 опре­де­лен ос­нов­ной набор ин­тер­фей­сов между фи­зи­че­ски­ми объ­ек­та­ми IN. Дан­ны­ми ин­тер­фей­са­ми яв­ля­ют­ся следующие:

SCP ---- SSP;AD ---- SSP;IP ---- SSP;SN ---- SSP;AD ---- IP;SCP ---- SDP.

Ин­те­фей­сы SCP-SSP, SCP-IP и SCP-SDP осу­ществ­ля­ют­ся сте­ком про­то­ко­лов SS7. Ин­тер­фей­сы AD-SSP и AD-IP на верх­нем уровне ис­поль­зу­ют про­то­кол TCAP SS7, а ниж­ние уров­ни пока не спе­ци­фи­ци­ро­ва­ны и здесь могут быть ис­поль­зо­ва­ны про­то­ко­лы ана­ло­гич­ные MTP и SCCP SS7 (на­при­мер, X.25). В ка­че­стве ин­тер­фей­сов IP-SSP и SN-SSP воз­мож­но при­ме­не­ние ба­зо­во­го ме­то­да до­сту­па ISDN типа 2B+D. Поль­зо­ва­те­ли ис­поль­зу­ют су­ще­ству­ю­щие ин­тер­фей­сы ба­зо­вой, по от­но­ше­нию к IN, сети связи. Для сиг­на­ли­за­ции при­ме­ня­ют­ся либо стан­дарт­ные ана­ло­го­вые сред­ства, либо сиг­на­ли­за­ция ISDN по D каналу.

Воз­мож­ный сце­на­рий се­те­вой фи­зи­че­ской ар­хи­тек­ту­ры IN с ис­поль­зо­ва­ни­ем ос­нов­ных функ­ци­о­наль­ных и фи­зи­че­ских объ­ек­тов из на­бо­ра воз­мож­но­стей CS1 при­ве­ден на рис. 8.

43. Мультиплексирование в оптоволоконных линиях связи

Оптическое мультиплексирование с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing, WDM) - сравнительно новая технология оптического (или спектрального) уплотнения, которая была предложена в 1980 г. Дж. П. Лауде (компания Instruments SA). В настоящее время WDM играет в оптических синхронных системах ту же роль, что и мультиплексирование с частотным разделением (Frequency Division Multiplexing, FDM) в аналоговых системах передачи данных. По этой причине WDM-системы часто называют системами оптического мультиплексирования с частотным разделением (Optical FDM, OFDM), однако по сути своей технологии FDM и OFDM имеют мало общего. Различия между ними не сводятся к тому, что в OFDM-системах используются оптические, а не электрические сигналы. При обычном частотном мультиплексировании применяется механизм амплитудной модуляции с одной боковой полосой и определенной системой поднесущих, модулирующие сигналы которых одинаковы по структуре, так как они аналогичны сигналам в стандартных каналах ТЧ. При OFDM механизм модуляции, необходимый в FDM для сдвига несущих, вообще не используется; несущие генерируются отдельными источниками (лазерами), сигналы которых затем обюединяются мультиплексором в единый многочастотный сигнал. Его составляющие могут передавать потоки цифровых сигналов, сформированные на основе различных синхронных технологий - АТМ, SDH, PDH и т. д. Для этого несущие модулируются цифровым сигналом, соответствующим передаваемому трафику.

44. Переключатели Батчера-Баньяна и обычный баньяновский

Основным недостатком переключателей выталкивающего типа является то, что переключающий центр - простой коммутатор, а это означает, что его сложность растет квадратично от числа коммутируемых линий. Из рассмотрения принципов построения коммутаторов для коммутации каналов мы уже знаем, что одно из решений - каскадные коммутаторы. Аналогичное решение возможно и для коммутации пакетов.Это решение называется переключатели Батчера-Баньяна. Как и переключатели выталкивающего типа переключатель Батчера-Баньяна синхронный, т.е. за один цикл может обрабатывает несколько входных линий. На рис.2-49 а показан трех ступенчатый переключатель 8х8 Баньяна.

Он так называется, поскольку похож на корни баньянового дерева. В баньяновых переключателях для каждого входа существует ровно один путь к любому из выходов. Маршрутизация пакета происходит в каждом узле на основе адреса выходной линии, которой должен достичь пакет. Адрес выходной линии известен из таблицы коммутации на входе. В данном случае трех битовый номер впереди ячейки используется в каждом узле для маршрутизации.

В каждом из 12 переключающих элементов есть два входа и два выхода. В зависимости от значения старшего разряда ячейка направляется либо в порт 0 либо в порт 1. Если обе ячейки, поступившие на вход одного и того же коммутирующего элемента, должны быть направлены на один и тот же порт, то направляется одна, а вторая сбрасывается.

Итак, адрес выходной линии анализируется в каждом элементе слева направо. Например, код 001 означает, что соответствующая ячейка бут направлена на верхний, верхний, а затем нижний порты. Коллизии в баньяновской сети возникают, когда в одном и том же элементе в одно и тоже время надо использовать один и тот же порт.

Вывод: в зависимости от распределения ячеек на входе баньяновская сеть либо будет терять ячейки либо нет.

Идея Батчера состояла в том, чтобы переставить ячейки на входах так, чтобы в баньяновской сети конфликтов не возникало.

Для сортировки входов Батчер предложил специальный коммутатор. Подобно баньяновскому переключателю переключатель Батчера строится из элементов 2х2, работает синхронно и дискретно. В каждом элементе выходные адреса ячеек сравниваются. Больший направляется по стрелке, а меньший в противоположном направлении. Если ячейка одна, то против стрелки. Подчеркнем, что сравниваются не отдельные биты, а число.

Сложность операции перестановки для Батчера - nlog₂n. Ячейки, отсортированные Батчеровской сетью, подаются на вход сети баньяна, где они пересылаются без конфликтов. На рис.2-52 показана комбинация Батчеровской и баньяновской сетей.

Переключатели Батчера-Баньяна имею два основных недостатка:

• если коллизия на выходе все-таки возникает, то они не умеют сней бороться, только сброс:
• рассылка одной и той же ячейки сразу на несколько выходов.

Было предложено несколько промышленных переключателей этого типа, которые по разному преодолевают эти недостатки.