ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ЦСИО С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ

1. Цели и задачи самостоятельной работы:

Ознакомление с транспортными системами разных типов. Ознакомление с математической постановкой транспортной системы ЦСИО с КК. Приобретение навыков расчета коэффициента выигрыша от применения быстрой коммутации каналов.

1. Теоретические сведения.

По способу предоставления пользователям основного фи­зического ресурса сети — пропускной способности каналов связи — транспортные системы ЦСИО могут быть трех типов: транспортные системы (ТС), предоставляющие каждому пользователю пропускную способность каналов вне зависимо­сти от типа трафика на все время сеанса связи (так называе­мые ТС с “жестким” закреплением физических ресурсов за соединением); ТС, предоставляющие каждому пользователю пропускную способность каналов на коллективной основе с поддержанием режима соревнования за этот ресурс между пользователями для всех типов трафика (так называемые TС с “нежестким” закреплением физических ресурсов за соедине­нием); ТС смешанного (гибридного) типа, где для нагрузки, требующей изохронной передачи (речь, факсимиле, телемет­рия и т.д.), организуется режим, характерный для ТС 1-го ти­па, а для нагрузки, не требующей изохронной передачи (дан­ные, диалог, файлы и т. д.), режим, характерный для ТС 2-го типа.

Транспортная система ЦСИО с КК — ТС 1-го типа. В ТС ЦСИО с КК сеансу передачи информации предшествует фа­за установления соединения между абонентами, ВВХ которой, зависят от входной нагрузки сети, длительности сеанса связи и т.п. и определяют оперативность сети по обслуживанию абонентов. В сети общего пользования реализуется ТС КК с возможной потерей запроса на установление соединения, если в требуемом направлении отсутствуют свободные каналы.

Качество обслуживания оценивается по значению вероят­ности потери заявки на установление соединения P(S). Вероят­ность P(S) определяется B-формулой Эрланга для вероятно­сти блокировки системы массового обслуживания (СМО) ти­па M/M/S/0, которая формализует процесс обслуживания сис­темы КК, когда на полнодоступный пучок каналов емкостью S поступает пуассоновский поток вызовов интенсивностью ; длительность занятия канала имеет экспоненциальное рас­пределение с параметром ( — интенсивность обслу­живания); число мест ожидания равно нулю:

(3.1)

Возможна реализация ТС с КК в режиме ожидания заявок на установление соединения от источника к адресату. В этом режиме от вызывающего абонента ближайшим УК принима­ется адрес получателя, с которым должно быть установлено соединение. По адресу начинается создание тракта (установ­ление соединения) между вызывающим и вызываемым або­нентами. Тракт составляется из каналов, соединяющих узлы коммутации. Если между какой-либо парой смежных УК, че­рез которые должен пройти тракт, свободный канал отсут­ствует и нет обходного пути, то процесс создания тракта при­останавливается с сохранением уже созданной части тракта, а заявка на предоставление канала становится в узле комму­тации в очередь. Когда канал сможет быть предоставлен заявке, процесс создания тракта будет продолжен.

Процесс установления соединения при КК с ожиданием характеризуется средним временем с момента поступления заявки в сеть до момента получения ответа от адресата, подтверждающего, что соединение установлено. Очевидно, вели­чина для различных пар узлов “источник—адресат” будет отличаться и зависеть от количества и пропускных способнос­тей каналов в пучке, интенсивностей потоков заявок, посту­пающих на оконечные устройства, длительности сеанса пере­дачи информации и т.д. Поэтому оперативность ТС характе­ризуется матрицей средних значений времен установления соединения ( ) между парой групп абонентов, одна из кото­рых подключена к узлу i, другая — к j. Оперативность ЦСИО в целом можно характеризовать усреднением по интенсивнос­ти информационных потоков всех величин :

,

где — интенсивность потока вызовов от абонентов, подклю­ченных к узлу i, к абонентам, подключенным к узлу j.

Среднее время установления соединения между узлами i и j определяется из соотношения:

, (3.2)

где W_m — среднее время ожидания освобождения каналов на входах (узлах коммутации) т-й магистрали; Mij— номе­ра магистралей, входящих в маршрут, по которому создается тракт между узлами i и j; b — число транзитных узлов в маршруте; t_K — среднее время коммутации в узле входящего канала с исходящим; t_c — среднее время извещения абонен­тов о том, что соединение установлено.

Характеристику W_m можно определить из второй формулы Эрланга как функцию

, (3.3)

где S_m — среднее время занятости канала т-й магистрали на установление соединения и передачу информации при экспо­ненциальном законе распределения этого времени; — сред­няя интенсивность пуассоновского потока заявок на входах т-й магистрали; h_m — количество каналов, арендуемых в т-й магистрали.

Величина S_m определяется из соотношения

, (3.4)

где t_П — среднее время сеанса передачи информации; a_ml — коэффициент увеличения продолжительности занятия канала т-й магистрали за счет ненулевой длительности ожидания освобождения канала 1-й магистрали, следующего за каналом т-й магистрали создаваемого тракта, а также ненулевой продолжительности времени коммутации в узле входящего канала с исходящим.

Коэффициент a_ml определяется для каждой пары маги­стралей:

, (3.5)

где — средняя интенсивность потока от i-го узла-источ­ника к j-му узлу-адресату, передаваемого по маршруту, про­ходящему по каналам магистралей т и l в указанной после­довательности.

Величина является суммой тех , для которых марш­рут установления соединения между узлами i и j проходит че­рез т-ю магистраль.

Последовательное вычисление по формулам (3.2) — (3.5) в обратном порядке с использованием метода последователь­ных (итерационных) приближений с начальным значением при условии , позволяет получить значение .

Однако величины характеризуют лишь оперативность ТС ЦСИО, не локализуя “узкие места” в сети, т.е. перегру­женные пучки каналов. Для определения таких “узких мест” (с целью их устранения посредством увеличения количества арендуемых каналов в соответствующих магистралях или перераспределения части информационных потоков в обход этих магистралей) вычисляются следующие характеристики пучка каналов магистрали :

информационная нагрузка

, (3.6)

удельная информационная характеристика

, (3.7)

среднее время ожидания освобождения канала W_m.

Таким образом, постановка задачи анализа оперативнос­ти ЦСИО с КК в режиме ожидания состоит в вычислении по формулам (3.2) — (3.7) характеристик при за­данных структуре ЦСИО маршрутах установления соедине­ния между каждой парой (i, j) информационно-тяготеющих узлов, а также величинах t_K, t_C, t_П, .

Одним из основных критериев для оценки эффективности способов коммутации считают [72] объем пропускной спо­собности тракта, требуемый для реализации одного канала. Рассмотрим один из методов расчета [72] объема пропускной способности тракта, требуемого для реализации одного канала в ЦСИО с коммутацией и временным делением каналов, обладающего большой наглядностью.

Речевой канал определяется сессиями связи средней про­должительности Т_С, в течение которой поступают фрагменты речи со скоростью передачи С_Р, бит/с.

Объем пропускной способности тракта, который требуется для передачи одной речевой сессии, можно определить соот­ношением

,

где V — объем данных (полезная и служебная информация, передаваемая в течение сессии, бит).

В течение сессии независимо от того, передается ли фраг­мент речи или пауза, по тракту должна вестись передача со скоростью С_Р, бит/с. Следовательно объем данных, переда­ваемых при КК, определяется величиной

,

где — объем служебной информации, затрачиваемой для организации и ликвидации сессии КК, бит; — удельный объем служебной информации, затрачиваемой на организа­цию передачи кадров в режиме КК, относящийся к одному каналу, бит; —среднее число кадров в сессии.

Если предположить, что для одной сессии выделяется М_КК позиций из общего числа L_KK информационных позиций кад­ра и объем служебной информации в кадре составляет бит, то

,

где L_KK — число информационных знаков в кадре; М_КК — число знаков, выделяемых одному каналу КК.

С учетом этих определений объем пропускной способнос­ти тракта, требуемый для речевого канала при КК, равен

, (3.8)

Величина зависит от продолжительности сессии, скорости поступления речевой информации от источника и числа информационных битов, передаваемых для данного канала в одном кадре:

, (3.9)

где — число битов в одном знаке в режиме КК.

Подставляя (3.9) в (3.8), получим

, (3.10)

где — длина информационной части кадра КК, бит.

Одна из модификаций КК — быстрая коммутация кана­лов (БКК) предназначена в основном для абонентов, веду­щих диалоговый обмен.

Способ БКК характеризуется тем, что при возникновении паузы в диалоге между абонентами производится разъедине­ние соединения. При возникновении потребности в передаче информации последующее установление соединения происхо­дит без повторного набора номера. Во время пауз абоненты, участвующие в диалоге, считаются занятыми для других або­нентов.

БКК может быть реализован различными способами, которые по месту, где осуществляется управление раз­рывом физического соединения в паузах диалога, делятся на две категории: с инициативой от сети и с инициативой от око­нечного оборудования данных (ООД).

Способ БКК с инициативой разрыва соединения от сети не нашел практического использования в ЦСИО из-за ряда серьезных недостатков. Во-первых, возможны потери некоторой части информации, обусловленные задержками при восстановлении канала. Эти потери, являясь допустимыми для речевой информации (система TASI), совершенно недо­пустимы при передаче данных. Во-вторых, возможно прояв­ление свойства непрозрачности сети в отношении последова­тельности бит, заключающегося в невозможности передачи абонентами двоичных комбинаций, означающих паузы.

Способ БКК с инициативой разрыва от ООД может быть реализован в виде последовательности обычных вызо­вов, независимо осуществляемых на каждый фрагмент диа­лога по системе с отказами и повторными попытками. Один из основных недостатков данного варианта БКК — высокие требования к производительности управляющих устройств, возрастающие по сравнению с КК пропорционально среднему числу фрагментов в одном диалоге. Увеличения производи­тельности можно избежать, если организовать для каждого диалога логическое соединение аналогично сети КП-В. Дру­гой недостаток этого варианта — возможность получения от­казов при восстановлении соединения после паузы диалога. Вариантом БКК, устраняющим этот недостаток, является об­служивание по системе с ожиданием фрагментов активности диалога.

Выигрыш в результате применения БКК оценивают коэффициентом К, характеризующим степень использования скорости группового тракта (ГТ) передачи:

, (3.11)

где — средняя интенсивность установления диалоговой свя­зи одним абонентом; d — среднее число фрагментов в одном диалоге; l — средний объем запросного сообщения; N - число абонентов, использующих ГТ; и — соотношение средних объемов запросного и ответного сообщений; 0.5 — коэффициент, учитывающий полудуплексный режим обмена по дуплексному каналу; S, С — соответственно число и скорость передачи магистральных каналов, выбранные исходя из обес­печения требуемого времени ответа при осуществлении диа­лога.

Для определения предельно достижимого уровня исполь­зования каналов необходимо найти такую оптимальную пару {S, С}, при которой коэффициент К максимален. Основой для решения этой задачи является нахождение параметров среднего времени и дисперсии ожидания в системе массового обслуживания M/G/m.

1. Порядок выполнения работы

Изучить теоретические положения;

Составить алгоритм и фрагмент программы решения задачи на языке Паскаль

Ответить на контрольные вопросы;

Оформить отчет.

1. Содержание отчета

Номер и название работы;

Цели и задачи работы;

Конспект теоретических сведений;

Ответы на контрольные вопросы;

Результаты и выводы.

1. Контрольные вопросы:

Что в ТС ЦСИО с КК предшествует сеансу передачи информации?

Каким образом оценивается качество обслуживания?

Какие характеристики вычисляются для определения «узких мест»?

По какой формуле и для чего рассчитывается объем пропускной способности тракта?

Что включает в себя способ быстрая коммутация каналов?

Что необходимо найти для определения предельно допустимого уровня использования каналов?