Принципы распределения информации в сетях связи

С целью организации обмена информацией между многими источниками и получателями информации каналы и системы передачи объединяются в сети связи – системы передачи и распределения информации (СПРИ). Понятие распределение информации охватывает задачи распределения маршрутов передачи информации и связанные с этим задачи анализа и синтеза сетей связи и систем (узлов) коммутации. Задача распределения информации возникла сразу же при создании устройств для ее передачи.

Примером простой СПРИ является полносвязная сеть (рис. 11.4), где оконечные (абонентские) пункты (ОП) соединены друг с другом по принципу «каждый с каждым». Такие сети относятся к некоммутируемым сетям. Здесь связь между N абонентами (пользователями) осуществляется по закрепленным некоммутируемым каналам. В каждом ОП достаточно иметь переключатель на (N -1) положений, обеспечивающий подключение ОП к нужному каналу как при исходящей, так и при входящей связи. Потери времени на ожидание соединения с ОП получателя отсутствуют и нет необходимости в передаче адреса вызываемого ОП. Это является достоинством некоммутируемых сетей. Вместе с тем при увеличении числа ОП резко возрастает число необходимых соединений линий (каналов). Например, если число ОП равно N, то потребуется N (N -1)/2 каналов. Если N = 1000, то N(N – 1)/2 = 5*10⁵ каналов (примерно).

Рис. 11.4. Структура полносвязной СПРИ

С целью сокращения числа необходимых каналов применяют коммутируемые СПРИ или сети связи, где ОП соединяются между собой не непосредственно, а через узлы коммутации (УК). При коммутации каналов по переданному адресу ОП получателя определяется путь со свободными каналами. Сформированный таким образом канал предоставляется пользователям оконечных пунктов источника (ОП_и) и получателя (ОП_п) на время, необходимое для обмена информацией.

В качестве примера рассмотрим структурную схему коммутируемой телефонной сети, содержащей совокупность ОП, УК и соединяющих их линий (рис.11.5).

Рис. 11.5.Структура коммутируемой телефонной сети

В данном случае в качестве УК выступают телефонные станции (ТС). Телефонные аппараты ТА выполняют функции ОП и подключаются к ТС через абонентские линии (АЛ). Телефонные станции связываются между собой межстанционными соединительными линиями (МЛ). Например, телефонные аппараты ТА1 и ТА2 могут быть соединены между собой по цепи от ТА1 через ТС1, ТС4, ТС3, ТС6 к ТА2. Такой способ соединения абонентов (пользователей) называют коммутацией каналов (КК). В этом случае образованный канал предоставляется в полное распоряжение абонентов ТА1 и ТА2 независимо от того, передается информация по каналу или нет.

При большой загрузке сети может быть так, что некоторый абонент получит отказ на запрос об установлении связи с другим абонентом. Поэтому СПРИ проектируются так, чтобы вероятность отказа в обслуживании была меньше некоторой допустимой величины. Однако полностью исключить такую ситуацию практически невозможно.

Способ КК не является единственно возможным. Во многих случаях, особенно при односторонней передачи информации, используют способ коммутации сообщений (КС). При этом способе в узлах коммутации сообщений, построенных на базе ЭВМ, передаваемые сообщения, сопровождаемые адресом, принимаются на ОП отправителя без отказа, обрабатываются и накапливаются в памяти центра коммутации. Передача информации в адрес ОП получателя производится по мере освобождения необходимых каналов. При этом возникает задержка, затрудняющая передачу информации в реальном масштабе времени.

С целью сокращения времени задержки в современных СПРИ используется разновидность способа КС, называемая коммутацией пакетов (КП). В сетях с КП от отправителя к получателю передаются короткие блоки данных, называемые пакетами. Под пакетом понимается часть сообщения, представленная в виде блока с заголовками, имеющего установленный формат (структуру данных) и ограниченную длину, передаваемая по сети как часть единого целого. В настоящее время разработаны и внедряются пакетные методы передачи речевых сигналов.

В течение многих лет работы по созданию техники коммутации в электрической связи (ЭС) были направлены преимущественно на разработку АТС, т.к. телефонная связь являлась наиболее массовым видом ЭС. Нагрузка телефонной сети зависит от количества, времени возникновения и продолжительности телефонных разговоров. В телефонии под интенсивностью нагрузки понимается среднее число вызовов в 1 час. За единицу измерения интенсивности нагрузки (T - среднее время занятия станции при одном вызове) принимается 1 Эрланг (1 часо-занятие в час). В течение суток нагрузка изменяется, достигая максимума в час наибольшей нагрузки (ЧНН). Каждый абонент в среднем дает нагрузку от 0,06 до 0,15 Эрл. По этим значениям рассчитываются телефонная сеть и ее коммутационные системы.

Если в пучке, который обслуживает без ожиданий (без очереди) любое число n источников нагрузки, создающих пуассоновский поток вызовов с интенсивностью , имеется m<n каналов, каждый из которых занимается вызовом в среднем на время Т, то вероятность потерь сообщения (блокировки), т.е. вероятность того, что все каналы будут заняты, находится по формуле Эрланга

(10.7)

(11.7)

где - интенсивность нагрузки в Эрлангах (Эрл).

Таким образом, в часто используемой на практике системе без ожиданий обеспечиваются многие, но не все возможные соединения. Это приводит к появлению потерь (отказов), допустимая вероятность которых лежит в пределах 0,001…0,01.

Статистические характеристики потока вызовов без ожиданий и с ожиданиями изучаются на основе методов теории телетрафика. Эта теория позволяет установить требования к устройствам (системам) коммутации и числу линий, при которых гарантируется удовлетворительное качество связи при заданном проценте отказов или времени ожидания.

При увеличении числа ОП и большой территории, охваченной ими, возникает задача выбора структуры сети, размещения узлов коммутации, определения числа соединительных линий (каналов). Оптимизация затрат за счет выбора предпочтительного соотношения между средствами передачи и коммутации является одной из главных задач проектирования сетей связи. Более перспективными являются электронные узлы коммутации на основе использования техники ИКМ, которые повышают эффективность использования трактов передачи, т.к. точки коммутации между входящей и исходящей уплотненными линиями занимаются только на время канального интервала. Принцип распределения информации на основе цифровой коммутации канальных интервалов – см.[1], с. 374.