|
| |
|
Слаботочка Книги Упразднение обходных путей. Обходные пути оказываются полезными в тех случаях, когда надо снять локальную перегрузку, направляя избыточную нагрузку на незагруженные направления. Однако, если возникает перегрузка на всей сети, то организация обходных путей становится нежелательной по двум причинам. Во-первых, при организации обходных путей для установления соединения требуется занять большее число устройств передачи и коммутации. Если же эти устройства могут быть использованы двумя или большим числом соединений, то общее число требуемых линий в пересчете на один вызов можно было бы уменьшить, а следовательно, сеть могла бы пропустить большую нагрузку. Во-вторых, вероятность того, что вызов, обслуживаемый по обходному пути, сможет получить все необходимые ресурсы, оказывается сравнительно небольшой. В то же время попытка установить соединение с занятием большого числа устройств также нежелательна, особенно, если вероятность получения всех необходимых средств мала (в частности, в тех случаях, когда некоторые устройства оказываются бесполезно занятыми в то время, как менее требовательные вызовы находятся в ожидании обслуживания). Блокировка по коду. Блокировкой по коду называют искусственное блокирование вызовов, направленных к пункту назначения с определенным кодом. Если вызовы блокируются на исходящих оконечных станциях до того, как они потребуют для обслуживания внутренних ресурсов сети, то пункт назначения освобождается от входящей нагрузки, не занимая оборудования сети, которое могло быть занято в противном случае. Этот метод управления потоками особенно удобен в случае возникновения стихийных бедствий, которые обычно стимулируют большое число вызовов как в направлении зоны бедствия, так и из нее. При возникновении таких событий центр управления сетью может инициировать блокировку вызовов (всех или большей части), направленных в зону бедствия. Принцип предоставления преимущества исходящим вызовам преследует две цели. Во-первых, ни одно устройство на сети не занимается до тех пор, пока нет достаточного шанса получить в распоряжение все необходимые для установления соединения устройства. Именно пучки соединительных линий, исходящих из зоны бедствия или входящих в нее, являются той точкой, в которой сосредоточена вся перегрузка сети. Если удается занять одну из этих соединительных линий, то оставшаяся часть соединения, по всей видимости, будет установлена. И, во-вторых, блокировка по коду полезна также вследствие того, что исходящие вызовы являются, по-видимому, более важными, чем входящие. Централизованное управление установлением соединения. Все описанные в предыдущих пунктах процедуры управления потоками на сети были построены так, чтобы исключить непроизводительное занятие ресурсов сети в тех случаях, когда вероятность установления полного соединения мала. Так как при выполнении этих операций предполагается, что управление сетью является распределенным, данные процедуры управления обязательно носят вероятностный харак- тер. Чтобы поддержать определенный уровень эффективности, сеть начинает преднамеренно работать с меньшей производительностью, чем максимально возможная. Более желательным с общей точки зрения является такой способ работы, когда распределением оборудования сети занимается специальный узел центрального управления. Поскольку этот центральный узел имеет доступ к информации о состоянии всех ресурсов сети, то ни одно устройство на сети не будет предоставлено для установления конкретного соединения, если не будет гарантировано наличие всех устройств, которые нужны для установления полного соединения на сети. При таком способе работы линии передачи на сети распределяются точно так же, как внутристанционные соединительные линии в системах коммутации с обищм управлением. Конечно, полностью централизованное управление сетью большой емкости, такой, какой является телефонная сеть общего пользования, очевидно невозможно, как с точки зрения поддержания в работоспособном состоянии всех местных линий связи и телефонных аппаратов, так и с точки зрения живучести сети в условиях, когда управляющий узел поврежден. Однако некоторые элементы общего управления нашли применение на сетях стран Северной Америки, а также на сетях других стран в виде общего канала межстанционной сигнализации (ОКС). Например, требование на установление междугородных соединений по сети TNWATS могут быть направлены на центральный узел, который определит, свободен объект назначения или нет. Если объект назначения занят, то на исходящую оконечную станцию передается команда о посылке абоненту сигнала занято , при этом занятия внутренних линий передачи не происходит [20]! Этот способ работы представляется особенно полезным для обслуживания 800 номеров сети TNWATS, которые время от времени могут создавать большие потоки нагрузки, возникающие вследствие передачи сообщений по национальному телевидению. Если работа сети протекает обычным образом, без использования ОКС, то в случае, когда объект назначения занят, сигнал занято передается по всей сети в те точки, через которые проходило соединение, из того места, где была обнаружена занятой требуемая линия или абонент. Таким образом, соединение, проходящее через всю сеть, оказывается занятым на все время передачи сигнала занято . Использование ОКС позволяет исходящей станции послать сигнал занято так, что все внутренние ресурсы сети смогут быть освобождены и вновь перераспределены между новыми требованиями, как только будет обнаружено состояние занятости линии или абонента. ЗАДАЧИ 7.1. Определим объем эластичной памяти, необходимой для того, чтобы скомпенсировать изменение скорости объекта, равное ±1000 км/ч в течение 10 с, если скорость передачи цифрового сигнала равна 10 Мбит/с. (Скорость света равна 3- 10* м/с.) 7.2. Каков должен быть объем эластичной памяти, рассчитываемой для сопряжения первичного цифрового сигнала, регламентированного МККТТ, с цифровой коммутационной станцией? Какова максимальная частость проскальзываний, если тактовая частота в линии и тактовая частота коммутационной станции отличаются на 4-50 10-*...-50 10* (максимально допустимое отклонение по рекомендации)? 7.3. Каково максимальное отклонение фазы (в тактовых интервалах), создаваемое фазовыми дрожаниями с мощностью -Ь10 дБ относительно одного радиана в квадрате? 7.4. Определим вероятность, с которой в аппаратуре приема сигнала типа DS-1, передаваемого через аппаратуру группообразования сигнала типа DS-2, теряется цикловый синхронизм из-за неправильной интерпретации команд согласования скоростей в сигнале типа DS-2. Предположите, что коэффициент ошибок в канале равен 10~. Предположите, что коэффициент ошибок в канале равен 10 *. 7.5. Какова вероятность неправильного приема команд согласования скоростей в сигнале типа DS-2, если вместо команды длиной три бита использовать команда длиной пять битов? Предполагается, что коэффициент ошибок в канале равен 10 . 7.6. Линия цифровой передачи должна быть использована для передачи данных блоками (пакетами) без проскальзываний. Если линия передачи хронируется автономно по отношению к оконечному устройству приема, то какова максимально допустимая длина блока, если тактовые частоты меняются в пределах ±50 10 в каждом устройстве хронирования, а на входе оконечного устройства приема установлена эдастичная память объемом 16 бит? Предполагается, что межда поступлением блоков эластичная память заполняется наполовину. 7.7. Предполагается, что систематические фазовые дрожания одиночного регенератора в худшем случае имеют скорость нарастания, равную 300 рад/мс. Каков размах фазовых дрожаний в децибелах относительно тактового интервала в конце линии, содержащей 200 таких регенераторов? 7.8. Повторите задачу 7.4 для аппаратуры группообразования типа М23. 7.9. На приемном конце цифровой СВЧ радиолинии наблюдаются фазовые дрожания мощностью 100 дБ относительно одного радиана в квадрате. Какова вероятность того, что сдвиг фазы превысит ±3 тактовых интервала? ГЛАВА 8 ЦИФРОВЫЕ СЕТИ Хотя в этой книге основное внимание сосредоточено на использовании современной электроники как средства замены традиционного аналогового оборудования телефонных сетей связи, следовало бы напомнить, что применение цифровых методов в связи имеет давнюю историю. В далекие времена связь на расстоянии, на котором человеческая речь уже была неслышима, осуществлялась звуковыми или световыми дискретными сигналами (например, с помощью гелиографов, дымовых сигналов, флажков, барабанного боя, горнов и т. д.). Кроме того, первая практическая система связи, которая использует электричество,- телеграф - является, по существу, цифровой . По мере развития телеграфной связи от первых систем ручного обслуживания до полностью автоматизированных систем Рекомендация МККТТ С. 732 [Ю].-Прим. перев. Интересно также, что первые попытки передачи речи по электрической цепи предпринимались с использованием вибра1р10нных реле в качестве преобразователей сигналов при передаче по телеграфной линии. Следовательно, эти попытки были по своей природе квазицифровыми . было создано то, что обычно называют сетями коммутации сообщений. Современные средства и способы коммутации сообщений рассматриваются в первой части этой главы. За последнее время получили развитие сети связи для удовлетворения потребностей в передаче данных. Так как телефонные сети общего пользования широко доступны, совершенно естественно, что они были использованы для предоставления большей части услуг по передаче данных. Доступность уравновешивает многочисленные технические недостатки сети, предназначенной первоначально для предоставления услуг телефонной связи. Основные недостатки телефонной сети при использовании ее для передачи данных следующие: 1) необходимость использования преобразователей сигналов (модемов); 2) низкие скорости передачи данных; 3) большие значения коэффициента ошибок; 4) неэффективное использование каналов. Так как требования к передаче данных возросли, то появилось основание для создания сетей передачи данных, более эффективных в экономическом отношении. Один способ снижения затрат на передачу состоит в повышении использования каналов путем применения сетей коммутации пакетов. Инициатором разработки техники коммутации пакетов явилось управление перспективных исследований министерства обороны США. Это управление разработало сеть, получившую название ARPANET [IJ. Сеть ARPANET послужила испытательным стендом для оценки многочисленных идей, связанных с коммутацией пакетов, и является наиболее известным примером сети коммутации пакетов в Соединенных Штатах. Одним из наиболее весомых результатов разработки сети ARPANET является масса публикаций, посвященных описанию ее работы. Описание некоторых проблем, которые возникали в ходе ее разработки см. в [2, 3]. Кроме сети ARPANET, которая используется только правительственными учреждениями, учебными заведениями и отраслевыми исследовательскими институтами, в Соединенных Штатах и в других странах мира разработан ряд сетей коммутации пакетов общего пользования. Двумя примечательными примерами являются сети DATAPAC [4] в Канаде и TRANSPAC [5] во Франции. В Соединенных Штатах к числу наиболее известных сетей общего пользования относятся TELENET [6] и TYMENET [7]. Так как эти сети общего пользования применяют арендуемые линии связных компаний и добавляют коммутационное оборудование, прежде чем предоставить за плату свои услуги, то эти сети иногда называют вторичными сетями передачи данных с использованием коммутационного оборудования. Появление сетей коммутации пакетов является следствием необходимости обеспечить более эффективное использование пропускной способности каналов передачи данных. Неэффективность использования каналов обусловливается значительным расхождением статистик большей части трафика передачи данных со статистиками речевого трафика. Ежедневно на протяжение ЧНН с каждого або- нентского оконечного устройства телефонной связи поступает обычно один или два вызова. Средняя продолжительность телефонного разговора составляет 3-4 мин. Таким образом, типовое оконечное устройство телефонной связи используется в час наибольшей в течение дня нагрузки лишь на 10%. В противоположность этому с терминалов передачи данных обычно исходят более частые и более короткие сообщения. В наиболее распространенных областях применения терминал передачи данных занимает канал ТЧ в течение более длительных периодов времени, даже если реальное использование пропускной способности оказывается очень низким. Получаемые при передаче данных загрузки телефонной сети оказываются отклоняющимися от нормы независимо от того, создаются ли они в результате нечастых и длительных по времени занятий или же за счет частых и коротких по времени занятий: вызовы с непродолжительным обслуживанием перегружают устройства обработки коммутационной схемы, связанные с обслуживанием вызова, а вызовы с длительным временем занятия перегружают межстанционные соединительные линии и соединительные пути через коммутационные схемы. Вследствие увеличения ненормальной нагрузки и благодаря наличию вычислительных ресурсов в системах коммутации с управлением по записанной программе, телефонные компании, занимающиеся вопросами эксплуатации, начинают применять систему начисления платы за местные разговоры, зависящую от использования, вместо традиционной абонементной платы. С точки зрения потребителя наиболее невыгодный аспект передачи данных проявляется при междугородных соединениях (или при поразговорной системе оплаты за местные соединения), когда начисление платы зависит от общей длительности переговоров, а не от фактического использования пропускной способности канала. При обычном сеансе диалоговой связи с ЭВМ пропускная способность канала используется меньше, чем на 1%. Другой подход к улучшению показателей передачи данных предполагает создание отдельных сетей, предназначаемых для цифровой передачи (без использования аналоговых каналов с модемами) . Первой крупной разработкой этого типа в Соединенных Штатах была национальная цифровая сеть радиорелейной связи, разработанная фирмой DATRAN. К огорчению пользователей сети передачи данных фирма DATRAN испытывала серьезные финансовые затруднения и объявила себя банкротом в 1977 г. Следуя примеру фирмы DATRAN, услуги, связанные с цифровой передачей, стала предоставлять фирма АТ<£Т посредством службы DDS [9]. Совсем недавно фирмами IBM, Aetna Life Insurance и Comsat General была создана система коммерческой спутниковой связи SBS (Sattellite Business Systems) для цифровой передачи. О разработке аналогичной системы под названием XTEN объявила фирма Xerox [10], однако в последующем аннулировала это свое заявление. За исключением сети SBS, которая предоставляет и услуги телефонной связи, все вышеупомянутые сети являются цифровыми по характеру их применения: либо данные, либо сообщения. Поскольку телефонные сети можно реализовать вполне эффективно и цифровыми методами, то естественно рассмотреть вопросы проектирования цифровых сетей, которые обслуживают оба вида трафика. В последующем разделе этой главы обсуждаются основные вопросы, возникающие при проектировании единой цифровой сети, обеспечивающей обслуживание как речевой информации, так и данных. В последней части главы обсуждаются перспективы создания полностью цифровых телефонных сетей в Соединенных Штатах. 8. 1. КОММУТАЦИЯ СООБЩЕНИЙ По мере того как в различных странах мира одна за другой вводились в эксплуатацию системы телеграфной связи, развивались национальные сети связи. Сообщение можно было послать из одного пункта в другой даже в тех случаях, когда эти два пункта не обслуживались общей телеграфной линией. В этом случае операторы телеграфной службы на промежуточных станциях осуществляли прием сообщения по одной линии и передачу его по другой. Если телеграфная станция обслуживала несколько исходящих из нее линий, то процесс пересылки сообщения с одной линии на другую превращался, по существу, в процесс коммутации. Процесс переброса сообщения с одной телеграфно линии на другую (или его коммутация) стал полуавтоматическим, когда были созданы телетайпы с перфораторами бумажной ленты и устройствами считывания. Входящее сообщение можно было автоматически закодировать и записать на перфоленте на одном телетайпе и затем считать на другом телетайпе для передачи по соответствующей исходящей линии. Процесс пересылки сообщения с одной линии на другую описанным выше способом привел к появлению систем, получивших название систем коммутации сообщений с отрывом ленты. Некоторые системы коммутации с отрывом ленты существуют еще и в настоящее время. Одна из самых крупных в мире систем коммутации сообщений была полностью автоматизирована в 1963 г., когда фирма Collins Radio Company of Cedar Rapids ввела в эксплуатацию систему коммутации сообщений на базе ЭВМ для авиакомпаний стран Северной Америки. Эта система и ее более поздние аналоги исключили пересылки перфоленты, заменив их запоминанием входящих сообщений непосредственно в памяти машины (дисковый файл) и последующим направлением их автоматически на соответствующую исходящую линию, когда она свободна. Поэтому этот способ работы часто называют коммутацией сообщений с промежуточным накоплением. Поскольку каждое сообщение сопровождается заголовком, содержащим адрес и, возможно, информацию о маршрутизации, то процессор сообщений на каждом узле может определить, на какую исходящую линию следует коммутировать сообщение. Как показано на рис. 8.1, на каждом узле процессор формирует очереди сообщений для передачи по каждой исходящей линии связи. Обьмно применяет- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [65] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |