Пди часть 2 тема 6 Построение оконечных устройств

Вид материала

Документы

Содержание Основы построения сетей дискретных сообщений 7.2. Топология сетей Полносвязная топология Ячеистая топология Общая шина Топология звезда (радиальная) 7.3. Методы коммутации Коммутация сообщений Коммутация каналов Коммутация пакетов 7.4. Сравнительный анализ методов коммутации 7.5. Управление сетью передачи дискретных сообщений Система управления сетью и ее функции

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине «автоматическая коммутация» (АК) Для специальности, 133.09kb.
• Ектрические параметры усилителей оконечных звуковой частоты станций проводного вещания, 55.36kb.
• Методические указания и контрольные задания к внеаудиторной самостоятельной работе, 418.16kb.
• Вид работ №20. 12. «Установка распределительных устройств, коммутационной аппаратуры,, 21.78kb.
• Задачи на построение Основные положения конструктивной геометрии, 31.73kb.
• Основная часть Примеры и построение, 31.26kb.
• Лекция Тема «Построение эффективной системы взаимоотношений оптовой и розничной торговли», 111.43kb.
• Программа для подготовки к зачету I. Теоретическая часть, 68.7kb.
• 2 Язык проектирования электронных устройств vhdl, 323.37kb.
• Тема: Построение, 96.98kb.

ТЕМА 7


Основы построения сетей дискретных сообщений


7.1. Понятие о сетях


Сетью передачи дискретных сообщений (ПДС) называется вторичная сеть связи, обеспечивающая обмен телеграфными сообщениями, передачу данных, обмен факсимильной информацией и другими видами дискретных сообщений между пользователями. Главной задачей сети ПДС является доставка сообщений по требуемому адресу в указанные сроки при заданной верности передачи. В состав технических средств сети ПДС входят центры коммутации различного класса: узлы коммутации (УК), концентраторы (КЦ), мультиплексоры (М), каналы связи: соединительные линии (СЛ), абонентские линии (АЛ) и разнообразные оконечные пункты: телеграфные аппараты (ТА) аппаратура передачи данных (АПД), персональные ЭВМ и др. Кроме того, к сети ПДС подключаются информационно-вычислительные центры управлений дорог (ДИВЦ) и главный информационно-вычислительный центр МПС (ГИВЦ). На рис. 7.1 приведена схема фрагмента сети ПДС, показывающая возможное соединение упомянутых компонентов между собой.




Рис. 7.1


Классификацию сетей ПДС можно провести по разным признакам: типу передаваемых сообщений, скоростям передачи, размеру охватываемой территории, виду структуры сети, методам коммутации, способу управления сетью.

По типу передаваемых сообщений различают телеграфные сети, сети передачи данных, факсимильные сети. Телеграфные сети предназначены для обмена буквенно-цифровой информацией между людьми. Их отличает низкая скорость передачи, невысокие требования к времени доставки сообщений, широкое использование электромеханических аппаратов. Сети передачи данных предназначены для обмена формализованной цифровой информацией между автоматическими устройствами в автоматизированных системах управления с последующей обработкой ее на ЭВМ. В качестве оконечных устройств в сетях ПД применяют электронные аппараты, работающие со средними скоростями, снабженные устройствами повышения верности передачи.

Сети факсимильной связи используются для передачи неподвижных графических изображений или текстов, таблиц, графиков.

По скорости передачи информации сети ПДС делятся на три группы: низкоскоростные телеграфные со скоростью передачи 50 бит/с и передачи данных со скоростью передачи 50, 100 и 200 бит/с; среднескоростные со скоростями передачи 600-9600 бит/с; высокоскоростные со скоростями передачи свыше 9600 бит/с.

По охватываемой территории различают крупномасштабные (глобальные) сети, развернутые на территории отрасли, страны, континента, и замкнутые (локальные) сети, расположенные на ограниченной площади (одно административное здание, площадка замкнутого технологического процесса).

По типу топологической структуры сети ПДС делят на иерархические и неиерархические. В первых из них ярко выражено подчинение одних узлов другим в соответствии со ступенями иерархии. Вторые представляют собой сеть равноправных партнеров. Чаще всего это локальные сети.

По методу коммутации различают сети с долговременной коммутацией и сети с оперативной коммутацией.

Долговременной (кроссовой) коммутацией называется такой способ коммутации, при котором между пунктами организуется прямое соединение на время, превышающее время одного сеанса связи. При оперативной коммутации между корреспондирующими пунктами организуются временные соединения на время обмена сообщениями между ними. Различают три вида оперативной коммутации: коммутация каналов (КК), коммутация сообщений (КС) и коммутация пакетов (КП).

По способу управления различают сети с централизованным и децентрализованным управлением. В первом случае на сети организуется один центр управления, а во втором система управления имеет распределенную структуру с центрами управления на различных иерархических уровнях.


7.2. Топология сетей


Различают физическую и топологическую структуры сети ПДС.

Физическая структура дает подробное описание технических средств и порядка их взаимодействия между собой в различных по назначению и сложности вариантах применения.

Топологическая структура является более обобщенным понятием и определяет место расположения узлов коммутации на некоторой территории, их взаимодействие между собой безотносительно типа и емкости узлов коммутации, оконечных устройств, пучков каналов. Топология определяет потенциальные возможности обмена информацией между территориально рассредоточенными пользователями, форму отличия сетей в географическом аспекте. Ее можно представить некоторыми геометрическими фигурами (плоскостными или пространственными), в которых узлы обозначаются точками, а каналы – прямыми линиями.

Полносвязная топология (рис. 7.2, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый узел в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных узлов сети. Для каждой пары узлов должна быть выделена отдельная линия связи. Полносвязные топологии применяются редко, так как не удовлетворяют ни одному из приведенных выше требований. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве узлов.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя узлами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (рис. 7.2, б). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те узлы, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между узлами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества узлов и характерна, как правило, для глобальных сетей.

Общая шина (рис. 7.2, в) является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. В этом случае узлы подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема редкостью не является. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

Топология звезда (радиальная) (рис. 7.2, г). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой узлом информации одному или всем остальным узлам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной – существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (рис. 7.2,д). В настоящее время иерархическая звезда (радиально-узловая топология) является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 7.2, е) данные передаются по кольцу от одного узла к другому, как правило, в одном направлении. Если узел распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.




Рис. 7.2


Помимо классических топологий применяют их разновидности. Выбор той или иной топологии зависит от размерности сети и требований заказчика.


7.3. Методы коммутации


Важное значение в сетях связи занимает распределение информации, прокладка маршрутов для обмена информацией между пользователями в соответствии с адресом. Основную роль в этом играют узлы сети, в которых происходит коммутация.

В зависимости от соотношения времени поддержания соединения и времени передачи сообщения различают долговременную и оперативную коммутацию.

Долговременная, или кроссовая, коммутация обеспечивает соединение между узлами сети на время, превышающее время передачи одного сообщения. В свою очередь, постоянные, долговременные маршруты могут организовываться по расписанию (например, для проведения совещаний), эпизодически (по специальным приказам или распоряжениям в случае аварий, стихийных бедствий или появления новых потоков сообщений), разово (при вводе в строй новых участков сети). Кроссовая коммутация выгодна в том случае, когда между пользователями имеется потребность в постоянном (без задержек) обмене информацией, трафик большой и почти непрерывный. В противном случае коэффициент использования связных ресурсов резко падает, их эффективность снижается при подключении к сети большого числа абонентов. Вот почему связные ресурсы чаще предоставляются пользователям лишь на время передачи одного сообщения, становятся объектом коллективного пользования. При этом каналы закрепляются за какой-либо парой абонентов по их заявке лишь на время общения, т.е. имеет место оперативная коммутация. Коллективное использование связных ресурсов повышает эффективность сети связи, но иногда приводит к появлению конфликтных ситуаций из-за их нехватки.

Некоммутируемые сети и сети с кроссовой коммутацией целесообразно применять лишь в том случае, когда требования пользователей не могут быть полностью удовлетворены оперативными видами коммутации. При этом эффективность использования связных ресурсов падает с увеличением количества абонентских пунктов, подключенных к сети. Вот почему наибольшее распространение на практике имеют сети с оперативными методами коммутации: коммутация сообщений (КС), коммутация каналов (КК), коммутация пакетов (КП). Различие между методами оперативной коммутации заключается в способе передачи адресных признаков, наличии или отсутствии памяти в узлах сети и способе взаимодействия абонентов между собой.


Коммутация сообщений


При методе КС (рис. 7.3) абонент-отправитель после получения разрешения на передачу выдает сообщение вместе с адресом в ближайший узел и освобождается. После анализа адреса и выбора направления передачи сообщение передается в следующий узел, где операции с ним повторяются. Так, с переприемом в каждом узле сообщение достигает узла, в который включен абонент-получатель, и передается ему. В случае невозможности немедленной передачи сообщения в соседний узел или абоненту оно хранится в памяти узла и по мере подхода очереди передается дальше. В каждый момент времени при передаче одного сообщения в сети оказывается занятым только канал между смежными узлами. Кроме того, на каждом из участков сети передача может вестись с разными скоростями, методами синхронизации, форматами, так как они не соединены между собой непосредственно. В случае наличия сетевых ресурсов время на передачу сообщения складывается из времени приема сообщения, анализа адреса, поиска направления и передачи сообщения смежному узлу. В случае перегрузок к этому времени прибавляется время ожидания передачи в памяти узла. Казалось бы, что такой метод с переприемом сообщений в каждом узле неэффективен, он увеличивает время доставки, не дает абонентам возможности вести диалог. Однако именно такой режим работы устраивает корреспондентов телеграфной сети общего пользования и сети передачи данных, работающей в режиме пакетной обработки данных. Ресурсы сети используются в данном случае значительно лучше вследствие поочередного занятия звеньев сети и возможности организации очередей при повышенных нагрузках. Отказов в передаче сообщений в сеть абоненты не имеют.

Коммутация сообщений



Рис. 7.3


Однако вследствие нерегулярности длин сообщений и случайного характера их поступления в сеть необходимо иметь большие объемы памяти в узлах, что удорожает систему; невозможно организовать между абонентами диалоговый режим работы. Это и большие задержки сообщений в сети являются основными недостатками метода КС.

Сеть с коммутацией сообщений – это система с совместным прохождением адреса и сообщения через сеть, с ожиданием передачи в каждом узле, практически затрудненным контактом между абонентами, высоким коэффициентом использования каналов и оборудования, возможностью трансформации темпа передачи на участках, большим объемом памяти в узлах.


Коммутация каналов


При методе КК (рис. 7.4) перед началом передачи полезной информации по сети передаются адресные признаки, обычно в виде импульсов набора номера. По ним в каждом узле коммутации (транзитном или оконечном) проводится коммутация входящих и исходящих каналов и установление прямого соединения между корреспондирующими абонентами. Лишь после этого начинается обмен информацией между ними. В процессе установления соединения возможны случаи, когда не окажется свободных ресурсов сети (каналов, соединительных путей в узлах) или вызываемый абонент занят другим соединением. Так как в узлах сети отсутствует память, то при невозможности установления соединения вызывающему абоненту посылается сигнал занятости, и все процедуры по установлению соединения должны повториться. В режиме передачи полезной информации возможны варианты односторонней передачи (даже при отсутствии вызываемого абонента на месте), двусторонней поочередной и двусторонней одновременной передачи. При этом ресурсы сети на данном маршруте остаются в пользовании данной пары абонентов независимо от того, активны они или нет. Это в большей степени снижает эффективность использования ресурсов сети. По окончании передачи абоненты дают сигнал отбоя, и соединение разрушается.

Коммутация каналов



Рис.7.4


Основным недостатком сети КК является низкое использование каналов, так как эта система с отказами, при которой мощность связного оборудования рассчитывается на час наибольшей нагрузки (ЧНН), а в остальное время каналы и коммутационные мощности используются не в полной мере.

Сеть с коммутацией каналов – это система с раздельным прохождением по сети адреса и сообщения, с отказами в случае невозможности занять очередное звено сети, с возможностью однонаправленной, двунаправленной поочередной и двунаправленной одновременной передачи, с низким коэффициентом использования связных ресурсов.


Коммутация пакетов


При методе КП (рис. 7.5) полученное в первом узле коммутации сообщение вместе с адресом делится на более мелкие части - пакеты, которые получают порядковый номер и снабжаются адресом данного сообщения. Далее каждый пакет передается по участкам сети с переприемом в узлах. В последнем узле сети сообщение собирается из пакетов и выдается абоненту-получателю. Существенное сокращение времени прохождения сообщений по сети благодаря их малой длине, применению средне- и высокоскоростных каналов и высокопроизводительных узлов коммутации дает этому методу преимущества перед методом КС. Появляется возможность сократить объем памяти в узлах (сделать систему более дешевой) и организовать диалог между абонентами.

Коммутация пакетов



Рис. 7.5

В сети КП возможны два режима передачи:

• по условному маршруту, проложенному через память узлов пакет-заявкой – виртуальный режим (КП-В);
  
• по произвольно выбранному маршруту с оформлением каждого пакета в виде датаграммы – дата-граммный режим (КП-Д).
  

В случае виртуального режима работы перед началом передачи сообщения по сети передается пакет-заявка с полным адресом сообщения. Этот пакет отыскивает кратчайший путь в сети и оставляет в каждом узле метку данного сообщения. После извещения пункта передачи о завершении поиска пути между корреспондирующими узлами образуется виртуальный (условный) канал, по которому передаются все остальные пакеты данного сообщения. Они уже не обязательно должны содержать полный адрес сообщения, а могут иметь только специфический признак данного сообщения (метку). Транзитный узел, сравнивая метку принятого пакета с оставленной меткой от пакет-заявки, направляет поступивший пакет к следующему узлу выбранного заранее маршрута.

При датаграммном режиме работы каждый пакет оформляется как самостоятельного сообщение, снабжается порядковым номером и полным адресом сообщения. Такая единица получает название датаграммы и передается по сети как самостоятельное сообщение с переприемом в узлах, отыскивая в каждом из них кратчайший путь на данный момент. Датаграммы могут передаваться по разным маршрутам, выбранным случайным образом, и достичь узла-адресата не в том порядке, в каком вышли из узла-адресанта. Поэтому во входящем узле необходимо провести упорядочение пакетов при сборке из них сообщения.

Нетрудно видеть, что КП-Д является аналогом метода КС со стандартной и короткой длиной сообщения. В то же время режим КП-В очень схож с методом КК, но между корреспондирующими узлами организуется не физический, а логический канал.

Для любого варианта метода КП характерными являются короткие и стандартные по длине сообщения, а также высокая скорость передачи. Это позволяет сократить объем памяти в узлах и организовать диалоговый режим работы. Кроме того, в режиме КП-В при задержке очередного пакета сообщения по следующему звену сети может быть направлен пакет другого сообщения, в маршруте которого данное звено является общим с предыдущим. Это позволяет повысить эффективность использования связных ресурсов.

Сеть с коммутацией пакетов – это система с совместной передачей адреса и стандартной части сообщения (пакета), с ожиданием в очереди дальнейшей передачи, с быстрым прохождением маршрута благодаря сокращению времени ожидания и высокой скорости передачи, с повышением эффективности использования каналов вследствие статистического уплотнения, с малым объемом памяти. Однако при больших Длительных перегрузках малый объем памяти может привести к появлению отказов.


7.4. Сравнительный анализ методов коммутации


При любом методе коммутации в сети коллективным ресурсом является набор звеньев

между узлами. Используется этот набор по-разному. При коммутации каналов из них создается физическая цепь электрическим соединением окончания одного звена с началом другого в узловых точках сети с помощью соединителей (коммутаторов). Цепочка звеньев сети составляет маршрут ц., между узлом-источником а. и узлом-получателем а., который закрепляется за этой парой. Сообщения начинают передаваться по маршруту после его организации, поэтому в узлах коммутации память для их хранения не нужна. В фазе передачи сообщения проходят через узел в прозрачном режиме, без обработки. Предоставленный какой-либо паре пользователей набор звеньев и соединителей изымается на время их общения из общего пула связных ресурсов.

Закрепление части связных ресурсов за парой пользователей на всем маршруте снижает эффективность использования оборудования сети как системы массового обслуживания и приводит к отказам в моменты, когда все звенья или соединители наиболее "узкого" направления или узла розданы пользователям.

При коммутации сообщений или пакетов звенья сети работают в маршруте поочередно. Очередное звено выбирается в соответствии с адресом сообщения в узле сети, а предыдущее звено освобождается и может быть предоставлено для передачи другого сообщения. Такой алгоритм работы требует в узлах коммутации наличия оперативной памяти для хранения сообщений на время поиска исходящей ветви и определения возможности ее занятия. Кроме того, при отсутствии свободных каналов в нужном направлении поступившие сообщения должны накапливаться и передаваться дальше в порядке очереди, что требует в узле долговременной памяти.

Наличие памяти позволяет звеньям сети работать независимо друг от друга, а это дает возможность легко расширять сети, иметь на разных участках разные форматы, коды, скорости передачи.

Информационные единицы в каждом узле проходят полную обработку: прием из одной ветви (регистрация, декодирование), анализ адреса и контроль правильности, передача в другую ветвь (кодирование, модуляция) после хранения в памяти то или иное время. Это увеличивает время доставки сообщений, а переприем не дает возможность оконечной станции вести диалог.

При коммутации сообщений каждое из них оригинально по длине и адресу. Поэтому оно не может быть передано дальше, пока не будет полностью принято в каком-либо узле и не проверено на корректность оформления и точность содержания. Это усложняет процедуры управления сообщениями в узлах, а стохастический характер длин сообщений приводит к необходимости вести расчет емкости памяти по максимально возможной длине, что приводит к ее увеличению.

Поочередное включение в работу звеньев сети повышает коэффициент использования каналов приблизительно в 3-4 раза по сравнению с методом коммутации каналов, что является достоинством метода коммутации сообщений. Кроме того, наличие памяти в узлах смягчает отрицательные явления в периоды пиков нагрузок и позволяет безотказно принимать сообщения от пользователей в любое время.

При методе коммутации пакетов каждое передаваемое сообщение искусственно превращается в детерминированное по длине разбиением его в пункте передачи на части. Это сразу позволяет резко сократить объем памяти в узлах и ускоряет обработку пакетов. Появляется возможность передавать пакеты разных сообщений по очередному звену сети друг за другом, если это звено является общим в их маршрутах (статистическое уплотнение, мультиплексирование). Отпадает необходимость отслеживать каждое сообщение целиком на каждом звене маршрута. Но появляется другая задача: сборка сообщений из пакетов в пункте назначения.

Характерные признаки и сравнительная оценка некоторых свойств методов коммутации приведены соответственно на рис.7.6 и 7.7




Рис. 7.6




Рис. 7.7


Рассмотрим некоторые свойства сетей с разными методами коммутации. На рис. 7.8 приведена схема фрагмента некоторой сети древовидной топологии (рис. 7.8, а). Требуется передать два сообщения одновременно. Одно по маршруту ₁₂₃, а другое по маршруту ₁₂₄. Ветвь ₁₂ в этих маршрутах является общей.

При методе КС (рис. 7.8, б) сначала занимается ветвь ₁₂ для передачи первого сообщениям, а второе помещается в память узла а₁. Затем занимается ветвь ₂₃ для передачи этого же сообщения в пункт назначения. Одновременно с этим ветвь ₁₂ используется для передачи второго сообщения, которое хранилось в памяти узла. После транзита его через узел а₁ оно будет передавать по ветви ₂₄ адресату в пункт а₄.

При методе КК (рис. 7.8, в) сначала организуется маршрут ₁₂₃ для передачи первого сообщения и начинается передача из пункта а₁ в пункт а₃. Вторая заявка на передачу сообщения по маршруту ₁₂₃ получает отказ. После освобождения маршрута ₁₂₃ организуется второй маршрут ₁₂₄ и сообщение передается из пункта а₁ в пункт а₄.




Рис. 7.8


При методе КП (рис. 7.8, г) ветвь ₁₂ может быть занята одновременно передачей пакетов первого и второго сообщений, так как она является общей в рассматриваемых маршрутах. Ветви ₂₃ и ₂₄ занимаются для передачи пакетов только своих сообщений, доставляя их адресатам.

Таким образом, с точки зрения использования звеньев сети при методе КС разные ветви могут быть заняты одновременно переносом сигналов разных сообщений. При методе КК разные ветви сети могут быть заняты одновременно переносом сигналов одного сообщения. При методе КП разные ветви сети могут быть заняты одновременно переносом сигналов пакетов разных сообщений в разных сочетаниях.

С точки зрения использования маршрутов в сети при методах КС и КК мы имеем монопольно-очередное использование звеньев маршрутов; при Методе КК – монопольно-очередное использование маршрутов; при методе КП – коллективное использование маршрутных звеньев.

С точки зрения использования сетевых ресурсов при методе КС сетевые ресурсы закрепляются на каждом звене за одним сообщением, при методе КК – сетевые ресурсы закрепляются на всех звеньях маршрута за одним сообщением. При методе КП – сетевые ресурсы свободно распределяются между разными сообщениями на разных звеньях маршрутов в соответствии с общностью их адресов.

Как следует из анализа характерных признаков различных методов коммутации и детального рассмотрения их свойств, ни один из них не имеет явного преимущества перед другими. Выбор того или иного метода коммутации должен проводиться с учетом многих факторов технического, экономического, организационного порядка. Иногда применяют комбинированные методы коммутации.


7.5. Управление сетью передачи дискретных сообщений


Сеть ПДС представляет собой большую и сложную систему, состоящую из множества элементов и подсистем, взаимодействующих между собой и с окружающей средой. При проектировании сетей ПДС стремятся к получению оптимального соотношения между затратами на организацию сети и ее способностью пропускать потоки информации при соблюдении определенных качественных показателей (вероятность потерь, время доставки, вероятность своевременной доставки и др.). В процессе работы сети возможны отказы отдельных ее элементов, нарушение процедур взаимодействия между подсистемами, случайные увеличения поступающей нагрузки, ошибочные действия обслуживающего персонала. Все это приводит к нарушению упомянутых соотношений и требует оперативного вмешательства в работу сети, т.е. управления ее работой.

При вводе сети в эксплуатацию необходимо правильно распределить потоки сообщений по ветвям, обеспечив оптимальную их загрузку с учетом колебаний нагрузки во времени и выполнения требований пользователей по времени доставки сообщений. Случайные изменения качества функционирования сети требуют постоянного контроля и изменения плана распределения потоков, опираясь на имеющиеся ресурсы и с учетом допустимых отклонений качества функционирования от номинального значения. В этом вопросе важным является одна из процедур управления – распределение потоков по ветвям сети.

Алгоритм работы подсистемы управления распределением потоков в сети складывается из следующих шагов.

Шаг 1. Оценка способности сети пропускать потоки информации с учетом наличия исправных элементов (узлов, каналов).

Шаг 2. Составление оптимального плана распределения потоков (ПРП) .

Шаг 3. Управление коммутационными устройствами узлов по составленному плану распределения потоков (реализация ПРП).

Шаг 4. Коррекция плана распределения потоков с изменением ситуации на сети.

Схема этого алгоритма приведена на рис. 7.9. Как следует из рисунка, подсистема распределения потоков является замкнутой, адаптивной, самонастраивающейся системой, которая может работать в двух режимах: динамическом – воздействия на сеть следуют сразу же вслед за изменением ситуации на ней; статическом – воздействие на сеть осуществляется через некоторые промежутки времени (случайные или детерминированные) с учетом изменения ситуации за эти промежутки.




Рис. 7.9


Основной частью алгоритма является шаг 2 – составление оптимального плана распределения потоков. Суть плана распределения потоков состоит в задании стратегии работы управляющих устройств узлов коммутации при обработке ими поступающей нагрузки.


Система управления сетью и ее функции


Любая система обработки данных (СОД) как совокупность технических и программных средств для информационного обслуживания пользователей состоит из системы передачи информации (СПИ) и системы управления сетью связи (СУС). Последняя, в свою очередь, состоит из системы администрирования, управления и эксплуатации. Административно-управленческие функции в СОД также необходимы для нормальной ее работы, как и функции передачи информации.

С учетом наличия системы управления необходимо предусмотреть в сети связи ресурсы канальные, коммутационные, ресурсы памяти и обеспечить прохождение по ней не только информации пользователей, но и управляющей информации.

Некоторые простейшие операции по управлению выполняются обслуживающим персоналом регулярно в ходе технологического процесса обслуживания устройств. Другие, менее регулярные функции, нужны в случае работы по удовлетворению заявок пользователей и также не вызывают затруднений, так как выполняются по заранее известным алгоритмам. Третьи требуют творческого подхода и могут быть связаны как с работой и обслуживанием систем передачи информации, так и с модификацией, развитием и пересмотром концепции построения сети.

В соответствии с этим различают четыре ветви управления в широком смысле этого слова:

1. Техническая эксплуатация, контроль, слежение, мониторинг (Control) – аппаратные и программные функции, выполняемые практически в реальном масштабе времени с возможностью выдачи результатов операторам системы технической эксплуатации на экраны дисплея; регулярная профилактика.

2. Техническое обслуживание, ремонт, восстановление (Maintenance) – деятельность человека по поддержанию сети в исправном состоянии: диагностика, ремонт, изготовление и проверка ЗИП, локализация и устранение отказов.

3. Управление функционированием с целью достижения максимального эффекта, менеджмент (Management) – программные функции по оптимизации работы сети в соответствии с текущей ее конфигурацией, загрузкой, требуемым качеством обслуживания пользователей.

4. Управление конфигурацией, учет использования ресурсов, сбор статистики, административное наблюдение (Administration) – деятельность человека по изменению направлений передачи и конфигурации сети при случайном или преднамеренном выходе из строя ее элементов, планированию и контролю ресурсов сети, изменению системы проектирования, анализу функционирования, сбору статистики о производительности, заторах и пр.

Если первые две ветви управления поддерживают функционирование сети с позиций держателя сервиса, владельца сетевых ресурсов, то две оставшиеся в той или иной мере важны как для владельца сети, так и для пользователей сети, потребителей сервиса.

Структурная схема системы управления сетью приведена на рис. 7.10. Как и всякая система управления, она является замкнутой, связанной с управляемым объектом двусторонними связями. Входными являются связи, по которым в СУС поступают контрольные сигналы о состоянии технических средств сети, их работоспособности, загрузке участков сети, качестве обслуживания пользователей, ресурсах сети и др. Они воспринимаются подсистемой сбора и обработки информации, контроля и диагностирования.




Рис. 7.10


Выходными являются связи, по которым передаются сигналы решения и управления – результаты обработки и анализа входных сигналов. Через подсистему выработки управляющих решений они вновь возвращаются в сеть связи.

Технической базой системы контроля и технической эксплуатации является центр технической эксплуатации и ремонта ЦТЭР. Свои функции он реализует через подсистему ремонта и технического обслуживания и подсистему контроля и диагностики. В задачу ЦТЭР входят: контроль за техническим состоянием элементов сети; функциональное и тестовое диагностирование; локализация отказов и неисправностей аппаратуры; организация ремонта; статистическая оценка функционирования сети и ее элементов; планирование количества ТЭЗ и оптимальное распределение технического персонала; ведение технической документации.

Технической базой подсистемы динамического и административного управления является центр управления и функционального контроля ЦУФК. Свои функции он реализует через подсистему сбора статистики о параметрах сети и подсистему управления потоками и ресурсами. В задачу ЦУФК входят: сбор и обработка статистики о вероятностно-временных характеристиках сети (вероятность отказов, время доставки и др.); сбор и обработка статистики о работе элементов сети; управление потоками (межузловое и звеньевое в базовой сети и ограничение нагрузки в терминальной сети); сбор сведений о реконфигурации сети; выработка рекомендаций для уточнения расчетов при проектировании; выработка вариантов решений по реорганизации сети в случае массового разрушения ее элементов; выполнение некоторых сервисных функций (передача сообщений между регионами сети разных часовых поясов, сопряжение разнородных сетей и др.); передача служебной информации; отображение состояния сети на рабочих местах администраторов.

При решении вопроса о размещении на сети центров функционального контроля и центров технической эксплуатации возможны разные варианты. При децентрализованном построении системы управления узлы могут выступать друг относительно друга как два равноправных партнера, и каждый из них может инициировать процедуры управления. Возможен вариант, когда при децентрализованном управлении узлы находятся друг относительно друга как главный и подчиненный. Тогда главный берет на себя функции управления и несет всю ответственность при различных нарушениях в работе.

Встречается вариант централизованного управления. Однако в чистом виде при большой размерности сети этот вариант трудно реализовать, так как центр управления становится очень громоздким, и требуется передавать слишком много управляющей информации по сети для его работы.

Возможен и смешанный вариант построения системы управления. В нем выделяется ряд региональных центров управления, которые отвечают за работу некоторой территории, и главные центры управления разных зон обмениваются управляющей информацией между собой, объединяясь для решения общесетевых проблем.