Методы коммутации в сетях электросвязи

Классификация сетей электросвязи

Данная классификация основана на следующих признаках:

1. По типу передаваемых сообщений: телефонные сети, телеграфные сети, сети передачи данных, факсимильные сети и передачи газет, сети звукового вещания, цифровые сети интегрального обслуживания.

2. По категории пользователей: сети общего назначения, ведомственные (корпоративные) сети, сети специальных служб.

3. По скорости передачи сообщений: низкоскоростные сети, среднескоростные сети, высокоскоростные сети.

4. По размеру (степени охвата): глобальные сети, региональные (зональные) сети, локальные сети.

5. По способу коммутации: сети с долговременной (кроссовой) коммутацией, сети с оперативной коммутацией (сети с коммутацией каналов (КК), сети с коммутацией сообщений (КС), сети с коммутацией пакетов (КП)), сети с гибридной коммутацией (ГК), сети с адаптивной коммутацией (АК).

6. По типам используемых каналов связи: проводные сети, радиосети, волоконно-оптические сети, спутниковые сети.

7. По способу управления сетью: централизованное управление, децентрализованное управление, смешанное управление, статическое управление, квазистатическое управление, динамическое управление.

Система управления сетью предназначена для наиболее эффективного использования сетевых ресурсов в изменяющихся условиях эксплуатации.

По принципу размещения системы управления различают централизованное управление, когда основные функции управления сетью выполняет специально выделенный центр управления. Децентрализованное управление имеет распределенную структуру.

Смешанное (зоновое) управление предлагает централизованное управление внутри определенных зон, а зоны управляются централизованно (возможно и наоборот).

По степени приспособления (адаптации) системы управления к ситуации, сложившейся на сети, различают:

o статическое управление, когда возможные изменения заранее предусмотрены, а если происходят непредусмотренные изменения, то сеть выходит из строя;

o квазистатическое управление, когда система управления может противостоять некоторым нарушениям, не предусмотренным основной программой работы сети;

o динамическое управление, когда система управления обеспечивает эффективную работу сети, отслеживая ее текущее состояние.

Для доставки сообщений в сетях электросвязи могут быть установлены соединения двух видов - долговременные и оперативные.

Долговременной, или кроссовой, коммутацией называется способ, при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого измеряется часами, сутками и т.д. Каналы связи, участвующие в таких соединениях, называются выделенными.

Более распространенной является оперативная коммутация, когда между двумя точками сети организуется временное соединение.

Известны два основных принципа оперативной коммутации:

· непосредственное соединение;

· соединение с накоплением информации.

При непосредственном соединении осуществляется физическое соединение входящих в УК каналов с соответствующими адресу исходящими каналами.

При соединении с накоплением сигналы из входящих в УК каналов сначала записываются в запоминающее устройство (ЗУ), а затем поступают в исходящие каналы по мере их освобождения.

Системы, реализующие непосредственное соединение, называются системами с отказами, а соединение с накоплением информации - системами с ожиданием. Различие в месте и способе хранения существенно влияет на услуги, оказываемые абонентам сети.

Принцип непосредственного соединения реализуется в системе коммутации каналов (КК).

Коммутация каналов - это совокупность операций по соединению каналов для получения сквозного физического канала между ОП через УК.

При коммутации каналов сначала организуется сквозной канал между абонентами через УК, а затем происходит передача сообщений. Установленное соединение ликвидируется после соответствующего решения абонентов.

Достоинства коммутации каналов состоят в следующем:

1) после организации соединения абоненты могут вести передачу в любое время, независимо от нагрузки других абонентов;

2) передача осуществляется с фиксированной задержкой, т.е. в реальном масштабе времени (режим диалога).

Недостатки этого способа установления соединений заключаются в плохом использовании ресурсов сети, в частности каналов, если взаимодействующие абоненты недостаточно активны и между передачами получаются длительные паузы. Например, при передаче данных полезная нагрузка составляет единицы процентов от выделенной пропускной способности.

При коммутации с накоплением ОП постоянно связан со своим УК (или несколькими УК) и передает ему сообщения, которые затем через другие УК передаются соответствующим абонентам. Существуют две разновидности систем с накоплением: система коммутации сообщений (КС) и система коммутации пакетов (КП).

Фазы коммутации каналов. Установление соединения путем коммутации каналов проходит следующие фазы:

1. Направление заявки на соединение. Для этого вызывающий абонент с помощью вызывного устройства посылает по абонентской линии в УК заявку на соединение, содержащую условный адрес вызываемого абонента.

2. Организация сквозного физического канала. Оборудование УК по полученной заявке осуществляет соединение соответствующих абонентских линий, если абоненты принадлежат одному УК, или магистральных линий между УК, к которым принадлежат участвующие в сеансе связи абоненты. После организации сквозного канала вызывающий абонент получает из УК сигнал установления соединения, а вызываемый абонент - сигнал вызова.

3. Передача сообщений между абонентами. Обмен может быть одно- и двусторонним, если коммутируются двусторонние каналы связи.

4. Разрушение соединения. После завершения сеанса передачи и получения от абонента сигнала отбоя аппаратура УК разрушает установленное соединение.

Фазы коммутации сообщений. Для коммутации сообщений характерны следующие фазы установления соединения:

1. Вызывающий абонент передает в УК сообщение вместе с условным адресом вызываемого абонента.

2. В УК сообщение запоминается и по адресу определяется канал передачи.

3. Если канал к соседнему УК свободен, то сообщение немедленно туда передается, где повторяется та же операция.

4. Если канал к соседнему УК занят, то сообщение хранится в памяти УК до освобождения канала.

5. Сообщения устанавливаются в очередь по направлениям передачи с учетом категории срочности.

В настоящее время метод КС применяется редко, в основном на телеграфных сетях общего пользования.

Метод КП отличается от КС тем, что сообщение передается не целиком, а разбивается на части - пакеты.

Фазы коммутации пакетов. Для коммутации пакетов присущи следующие фазы установления соединения:

1. Сообщение разбивается на пакеты длиной 1000-2000 единичных элементов. Эта операция осуществляется либо в ОП, либо в ближайшем УК.

2. Если разбиение на пакеты происходит в УК, то дальнейшая передача пакетов осуществляется по мере их формирования, не дожидаясь окончания приема в УК всего сообщения.

3. Если канал к соседнему УК свободен, то пакет немедленно передается на соседний УК, где повторяется та же операция.

4. Если канал к соседнему узлу занят, то пакет небольшое время может храниться в памяти УК до освобождения канала.

5. Пакеты устанавливаются в очередь по направлениям передачи. Длина очереди обычно не превышает 3-4 пакетов. Если длина очереди превышает допустимую, пакеты стираются из памяти УК и их передача должна быть повторена.

Вследствие небольшой длины пакетов (обычно порядка 1000 бит) и применения высокопроизводительных центров коммутации пакетов (ЦКП) принцип КП по сравнению с КС позволяет существенно снизить время доставки сообщения получателю и организовать диалоговый режим передачи. Основной особенностью сетей с КП является высокая степень использования связных ресурсов за счет временного разделения канального и коммутационного оборудования между многими пользователями и высокоскоростной передачи сравнительно коротких пакетов.

Различают два режима передачи и коммутации в сетях КП: виртуальный (КП-В) и датаграммный (КП-Д) режимы.

Виртуальный режим коммутации пакетов. В режиме КП-В перед передачей сообщения между отправителем и получателем организуется виртуальный канал, по которому передаются все пакеты данного сообщения. Термин «виртуальный канал», предложенный Международным союзом электросвязи (МСЭ), означает кажущийся, физически не существующий канал, для определения логического двухточечного соединения между отправителем и получателем сообщения. Принципиальное отличие виртуального канала от физического, устанавливаемого при КК, заключается в том, что он может предоставляться на отдельных участках одновременно многим пользователям. В одном физическом канале может быть организовано до нескольких тысяч виртуальных каналов. Для каждой пары абонентов виртуальный канал сохраняет последовательность передаваемых пакетов так же, как и физический канал при КК. При этом сохраняются преимущества КП в отношении изменения скоростей передачи, чередования пакетов от различных пар абонентов и т. д.

Следовательно, режим КП-В сочетает достоинства методов КП и КК. В режиме КП-В различают временное виртуальное соединение (ВС) и постоянный виртуальный канал (ПВК). В режиме ВС, наиболее распространенном в сетях с КП, виртуальный канал организуется только на время передачи сообщения аналогично процедуре установления соединения в сети с КК.

Постоянный виртуальный канал между двумя абонентами организуется на время, не связанное с длительностью сеанса связи. Этот канал так же, как и выделенные каналы, организуется по согласованию с администрацией сети в тех случаях, когда осуществляется постоянное обращение к этому каналу или передача больших массивов данных. Заранее организованные ПВК упрощают процедуры функционирования сетей.

Режим датаграммной передачи. (data) В этом режиме виртуальное соединение предварительно не устанавливается, и каждый пакет, называемый датаграммой, передается и обрабатывается в сети как самостоятельное сообщение. Каждая датаграмма содержит адрес, что увеличивает объем служебной информации и снижает коэффициент использования каналов. Кроме того, независимая передача пакетов приводит к нарушению порядка их выдачи пользователю. Восстановление правильного порядка следования пакетов связано с усложнением соответствующих процедур передачи. Эти недостатки ограничивают применение режима КП-Д. С другой стороны, преимуществом КП-Д является возможность передачи пакетов одного и того же сообщения одновременно по разным маршрутам. При этом сокращается время доставки сообщения и обеспечивается более высокая надежность доставки в условиях отказов отдельных элементов сети. Кроме того, режим КП-Д обеспечивает более гибкую маршрутизацию пакетов и, как следствие, более эффективное использование сетевых ресурсов. В настоящее время сетевыми протоколами предусматривается использование обоих режимов с некоторым предпочтением КП-В.

У каждого метода коммутации своя область применения. Поэтому используют разные методы коммутации на сетях с разнородными абонентами.

Например, при небольшой средней нагрузке и передаче большими массивами в небольшое число адресов доля потери времени на установление соединения сравнительно невелика. В этом случае предпочтительнее использовать систему с КК. КС эффективнее использовать при передаче многоадресных сообщений, обеспечения приоритетности сообщениям высокой категории срочности при большой загрузке абонентских установок. При передаче коротких сообщений в интерактивном (диалоговом) режиме наиболее целесообразно использовать КП.

Гибридной коммутацией (ГК) называется такой способ, при котором в одном и том же УК часть сообщений обслуживается в режиме КК, а другая часть в режиме КС или КП. При этом усложняется узел коммутации, и сеть становится дороже. Однако сочетание нескольких (обычно двух) видов коммутации в ряде случаев обеспечивает эффективное использование сетевых ресурсов.

Адаптивная коммутация предполагает выбор способа коммутации в зависимости от вида поступившего сообщения. Например, длинные сообщения обслуживаются методом КС, при необходимости диалога используется КК, при передаче данных - КП.