Слаботочка Книги 8.5.1. Мотивы интеграции Очевидно, что основной причиной интеграции всех услуг с помощыр общих устройств является экономия, получаемая за счет совместного использования линий передачи. Есть два важных аспекта совместного использования линий передачи. Первый из них - это уменьшение общей пропускной способности линии передачи, необходимой для заданного качества обслуживания. Если используются отдельные сети, то каждая сеть имеет запас пропускной способности для приспособления к перегрузкам и повреждениям. Если сети комбинируются так, что различные услуги используют совместно общие средства на динамической основе, то запас пропускной способности распределяется между всеми видами нагрузки и в итоге требуется меньшее число каналов. Экономия, которая может быть достигнута при совместном использовании каналов на динамической основе, существенно зависит от использования каналов отдельными сетями. Если каналы имеют малое использование, то может быть получено значительное сокращение общей пропускной способности. Однако, если линии передачи каждой сети имеют высокое использование, то комбинированная работа может дать лишь незначительную экономию общих затрат на передачу . Второй и обычно более важной причиной комбинирования специализированных сетей ушляется экономия, которая может быть получена путем применения общих процедур технической эксплуатации, проверки и ремонта. Таким образом, значительную экономию затрат можно получить даже в том случае, когда отдельные сети не интегрируются в одну в функциональном смысле, а лишь используют общее оборудование. Например, основными средствами цифровой системы передачи данных (Digital Data System - DDS) в городе являются линии Т1, использующие те же трассы, что и трассы цифровой речи. Устройства системы DDS устанавливались лишь там, где уже предоставлялся значительный объем услуг по передаче речи по каналам Т-линий. После введения в эксплуатацию устройства системы DDS являются функционально независимыми от телефонной сети, однако они совместно несут накладные расходы на содержание административного персонала и техническую эксплуатацию. Аналогично устройства системы DDS для междугородной связи DUV совместно используют радиоспектр оборудования радиорелейной связи. Различные линии передачи любой сети связи обычно различаются по степени их использования. Линии передачи, близкие к периферийной части сети, обычно используются мало, в то время как внутренние линии связи, обслуживающие высококонцентрированную нагрузку, используются эффективно. Из этого следует, что интегра- в гл. 9 даны основные аналитические методы, используемые для определения необходимой для передачи пропускной способности сети как функции интенсивности нагрузки. ция внутренних частей эффективно спроектированных сетей дает небольшую экономию общих затрат на оборудование. Однако интеграция на периферии сети, где использование линий передачи обычно очень низкое, может привести к существенной экономии. На долю местной распределительной сети часто приходится основная доля затрат и их оборудование используется наиболее неэффективно. Таким образом, побудительным мотивом интеграции сетей передачи речи и данных является, главным образом, экономия затрат, получаемая за счет совместного использования местной распределительной сети. Интегральная сеть предоставляет каждому абоненту возможность определить, какая услуга нужна при каждом доступе через единственный канал. 8.5.2. Подходы к интеграции Существуют три основных структуры сетей и три режима их работы, рассматриваемые при интеграции услуг связи: 1) коммутация каналов; 2) коммутация пакетов; 3) гибридная коммутация каналов и пакетов. В следующих разделах эти методы коммутации обсуждаются с точки зрения целесообразности их использования в универсальной сети связи различной емкости и сложности (числа узлов). Коммутация каналов. Хотя полностью цифровая сеть коммутации каналов, предназначенная для обслуживания телефонного трафика, обеспечивает высококачественную передачу данных при более низких затратах, чем в случае использования аналоговых средств, обычная коммутация каналов не позволяет эффективно обслуживать многие виды трафика данных. Сеть коммутации каналов, проектируемая в расчете на быстрое установление соединений (быстрая коммутация каналов), исключает неэффективность, связанную с затратами времени на установление соединения. Однако быстрая коммутация каналов не устраняет неэффективное использование закрепленного канала при обмене данными в диалоговом режиме. Кроме того, однопакетные сообщения, такие как дейтаграммы, обслуживаются более эффективно при коммутации пакетов. Таким образом, если обслуживается большое число дейтаграмм или идет передача данных в диалоговом режиме, то обычная коммутация каналов оказывается неэффективным режимом работы. Коммутация пакетов. Как уже обсуждалось ранее, коммутация пакетов является эффективным средством обслуживания большей части видов трафика данных. Главное исключение, возможно, составляют длительные непрерывные пересылки файлов или факсимильных сообщений с высокой разрешающей способностью, которые более эффективно обслуживаются сетью коммутации каналов. В [24], кроме того, было предложено использовать коммутацию пакетов как метод передачи телефонного трафика. Фактически на сети ARPANET уже проведены эксперименты по передаче пакетами речевых сообщений [25]. Основная привлекательная сторона передачи речи пакетами определяется тем, что речевой канал в каждый момент времени используется только в одном направлении. Таким образом, дуплексный речевой канал фактически используется менее чем на 50% длительности существования соединения. Если можно следить за речевой неактивностью, то в случае, когда абонент не говорит, пакеты передавать не нужно. Узел назначения просто заполняет периоды отсутствия пакетов паузами. Идея представления каналов передачи только активным абонентам, ведущим передачу речи, не является новой. Этот принщт используется фирмой AT&T для увеличения пропускной способности аналоговых каналов трансокеанских кабелей связи [26, 27]. Метод, называемый статистическим уплотнением речевого сигнала (TASI), допускает, чтобы число активных переговоров превышало число каналов передачи. Для этого абонент подключается к каналу в периоды, когда он ведет активный разговор. Если слишком много абонентов, подключенных к одному концу кабеля связи, говорят одновременно, то речь некоюрых абонентов клиппируется. Однако если группа абонентов достаточно велика, то их число может быть удвоено при поддержании приемлемо низкой вероятности клиппирования. Фирма Bell System планирует, начиная с 1983 г., расширить использование метода TASI путем применения его на речевых каналах национальных сетей. Недавнее применение этого метода при передаче цифровых сигналов речи получило название цифрового (статистического) уплотнения речевого сигнала (Digital Speech Interpolation - DSI). Метод DSI применяется в системе фирмы SBS для повышения эффективности передачи речи. С точки зрения управления потоками, обсуждавшегося в гл. 7, сеть коммутации пакетов большой емкости, предназначенная для обслуживания телефонного трафика, очевидно потребует режима работы с виртуальными каналами, чтобы гарантировать некоторое минимальное значение пропускной способности в периоды общесетевых перегрузок. Таким образом, последующее обсуждение будет проводиться в предположении, что если для обслуживания телефонного трафика применяется коммутация пакетов, то сеть работает с виртуальными каналами при обслуживании телефонного трафика и трафика многопакетных сообщений данных. Передача речи по сети коммутации пакетов требует пристального контроля общего времени задержки передачи от одного оконечного устройства до другого по двум причинам. Во-первых, типичное или среднее время задержки должно быть ограничено так, чтобы сеть не вносила ощутимых пауз в двусторонний разговор. В небольшой сети, содержащей всего несколько транзитных узлов, задержки не столь заметны. Однако в больших сетях задержка на каждом отдельном узле должна быть жестко ограничена, чтобы минимизировать общую задержку. Средняя задержка на узле коммутации пакетов может быть сокращена путем использования более коротких пакетов или путем ограничения нагрузки на узлах. Оба подхода снижают эффективность использования линий передачи. Вторая причина, по которой задержка должна контролироваться, это ее колебания. Речь принципиально является процессом реального времени, требующим своевременного воспроизведения ее из закодированных речевых сигналов. Влияние колебаний моментов поступления сигналов может быть скомпенсировано начальной задержкой пакетов в буферных ЗУ пункта назначения и сглаживанием разновременности моментов поступления пакетов путем считывания их из ЗУ с постоянной скоростью (т. е. используя эластичную память для снятия фазовых дрожаний моментов поступления). Длительные задержки при передаче по сети приводят к большим колебаниям моментов поступления и, следовательно, к еще большему объему эластичной памяти. Если речевые пакеты задерживаются настолько, что они поступают по истечении соответствующего им времени декодирования, то они практически теряются, что в результате приводит к разрыву в реконструированной речи. В исследовании, посвященном влиянию потерянных пакетов на качество речи [28], сообщается, что при потере до 5% пакетов речь еще остается разборчивой. Однако это исследование было проведено применительно к военным задачам, и его результаты не должны быть истолкованы как удовлетворяющие обычным стандартам качества телефонной передачи. Как время задержки пакета, так и его изменения на сети коммутации пакетов резко возрастают по мере перегрузки сети. Фактически сеть, которая проектируется с целью эффективного использования ее линий передачи при определенной нагрузке, становится полностью перегруженной, когда интенсивность нагрузки увеличивается лишь на несколько процентов относительно проектных значений. Для примера на рис. 8.10 приводится зависимость среднего значения времени задержки пакета от использования исходящего канала. Если использование исходящего канала равно 80%, то средняя задержка за счет пребывания в очереди в 2,5 раза больше времени передачи пакета. Если загрузка канала увеличивается до 90%, то задержка за счет пребывания в очереди становится в 5 раз больше времени передачи пакета. Этот и другие результаты, связывающие задержку в сети коммутации пакетов с использованием канала, обсуждаются в гл. 9. S Основное значение критической g 7-зависимости задержки на сети от б -нагрузки состоит в том, что на сети f g коммутации пакетов для передачи с речи должны применяться особен- но строгие процедуры управления & з-потоками для поддержания прием- 52-лемых значений времени задержки. . Задержка на сети коммутации паке- j тов для передачи данных не является столь критичной, поскольку рост колебаний времени задержки просто , г. Рис. 8.10. Зависимость времени ожида- ОЗНачает падение пропускной СПО- ия от использования исходящего собности отдельного абонентского канала J-1 I L 0,1 0,2 0,3 0.4 0,Б 0.6 0,7 0,8 0,9 Использование канала устройства. При передаче речи с коммутацией пакетов существует критический порог колебаний времени задержки, за пределами которого реконструированная речь становится неприятной или невнятной. Заметим, что задержки контролируются более жестко при использовании единственного пути через сеть - еще одно подтверждение целесообразности использования виртуальных каналов. Во многих случаях анализа коммутации пакетов при комбинированном трафике передачи речи и данных рассматривались показатели функционирования единственной линии связи. Хотя эти методы справедливы для систем с одним ретрансляционным участком, таких как спутники, они не затрагивают управления потоками на сетях со многими узлами. Поэтому эти методы оказываются непригодными для предсказания показателей функционирования сети с коммутацией пакетов и большим числом транзитных узлов. В последнем случае необходимо рассматривать методы управления потоками, которые существенно снижают использование линий по сравнению с уровнями, достигаемыми в системах с одним ретрансляционным участком. Одно облегчающее обстоятельство, используемое в сетях коммутации пакетов речи, состоит в том, что пакеты речи не требуют защиты от ошибок. Как было показано в гл. 3, представленная в цифровой форме речь оказывается фактически безразличной к значениям коэффициента ошибок, характерным для линий цифровой передачи с приемлемым качеством Таким образом, автоматический переспрос для пакетов речи может быть исключен: а сами пакеты могут быть укорочены за счет удаления избыточных проверочных символов. С учетом задержки при повторной передаче пакеты речи, по существу, требуют упрощенного, но отличного от передачи данных режима работы. Исключение необходимости проверки ошибок в речевых пакетах, кроме того, позволяет осуществлять прямую передачу пакетов по мере их получения. Таким образом, задержки, связанные с промежуточным накоплением, могут быть сокращены за счет перекрытия периодов приема и передачи. Однако если линии передачи имеют высокое использование, то требуемая исходящая линия обычно оказывается занятой, поэтому прибывающий на узел пакет обычно попадает в очередь. В свете сказанного коммутацию пакетов нельзя рекомендовать как универсальный режим работы сети для обслуживания интегрального трафика речи и данных. Ниже перечислены причины этого. 1. Некоторые виды трафика, например пересылки файлов или факсимильные сообщения с высокой разрешающей способностью, принципиально более эффективно обслуживаются с помощью другого режима работы (коммутации каналов). 2. Колебания времени задержки и управление потоками требуют, по крайней мере, режимов работы с виртуальными каналами. 3. Емкость сети или использование линий передачи существенно ограничиваются максимальными нормами на задержки при передаче от одного оконечного устройства до другого. 4 Пакеты речи следует обрабатывать иначе, чем пакеты данных, поскольку защита от ошибок в пакета.х речи необязательна, и нежелательна. 5. Выявление активности абонентов и точное своевременное реконструирование аналогового сигнала не являются задачами рутинного характера. Сложность этих операций не всегда оказывается оправданной. 6. Главное преимущество применения коммутации пакетов для передачи речи - повышение использования .гшнии связи за счет ведения передачи в зависимости от активности абонента,- может быть получено также и на сети коммутации каналов. Так как ни коммутация каналов, ни коммутация пакетов не обеспечивают оптимального режима работы универсальной сети, то рекомендуемый подход - это создание гибридной сети, которая будет сочетать элементы как коммутации каналов, так и коммутации пакетов. Такой подход рекомендуется прежде всего потому, что универсальная сеть должна обеспечивать много разных и непредвиденных видов обслуживания с изменяющимися в широких пределах статистиками трафика. Неразумно считать, что какой-то один-единственный способ работы сети может быть эффективным для всех видов трафика. Гибридная коммутация каналов и пакетов. За последние годы бьш предложен ряд способов построения гибридных сетей [29-31]. По существу, эти способы предусматривают две подсети: одну - для коммутации каналов, другую - для коммутации пакетов. Все способы построения сетей обеспечивают некоторые средства динамического распределения ресурсов сети для согласования с относительными значениями интенсивности различных видов трафика. В одной из таких сетей, называемой сетью с сегментированной упаковкой (SENET - slotted envelope network) [30], используется синхронный формат основного цикла, в который упаковываются данные, передаваемые с использованием как коммутации каналов, так и коммутации пакетов. Как показано на рис. 8.11, каждому 1 цикл 1 цикл - Каналы с временным разделением Пакеты \ Каналы с временным \ разделением Неиспользованная часть пропускной способности Рис. 8.11. Структура цикла сети SENET Пакеты 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 |
|