Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 7. Методи розподілу інформації   /  Тема 7.3. Системи комутації каналів

Зміст:

7.3.5. Вибір комутаційної технології для Ш-ЦМІО

Після того, як були сформульовані основні вимоги до систем комутації в Ш-ЦМІО, необхідно вирішити, яка технологія комутації повинна лежати в основі нових систем — комутація каналів (КК) або комутація пакетів (КП).

Класична одношвидкісна мережа КК є недостатньо гнучкою й на її основі неможливо побудувати мультисервісну мережу з більшим набором швидкостей. Дійсно, смуга пропускання й, отже, швидкість передачі, необхідні для конкретної служби, істотно залежать від таких факторів, як метод кодування й використовувана елементна база. Обидва ці фактори можуть змінюватися радикально протягом одного десятиліття; швидкість передачі, обрана на початковому етапі впровадження служби, може виявитися згодом недостатньою.

З іншого боку, метод КП є гнучкішим з погляду швидкостей передачі й найбільше підходить для передачі пачкового трафіка. Однак типовими проблемами при використанні КП залишаються випадкові затримки й висока складність систем обробки пакетів усередині мережі.

Характерні риси того чи іншого виду комутації можна проілюструвати за допомогою таких характеристик, як можливість керування ресурсами й затримка повідомлень. Метод КК відповідає механізму повністю статичного розподілу мережного ресурсу або фіксованій смузі пропускання, виділеній для передачі інформації. При цьому затримка повідомлень мінімальна й визначається тільки часом установлення з’єднання.

Методу звичайної КП відповідає механізм повністю динамічного розподілу мережного ресурсу або змінній смузі пропускання, що змінюється залежно від вимоги користувачів. Однак при цьому мають місце випадкові затримки інформації. Метод КП є найбільш відповідним для передачі даних, особливо при пачковій структурі трафіка. Разом з тим, поряд з випадковою затримкою застосування методу КП пов’язано й з іншою проблемою — високою складністю протоколів. Проміжне положення займають дві групи методів комутації, що дозволяють, з одного боку, зменшити вплив випадкової затримки на якість переданої інформації та перейти до простіших протоколів, ніж у системах КП, з іншого боку. До них належать комутаційні технології, що забезпечують ефективну комутацію пачкового трафіка при досить простих протоколах. Для цих методів, порівняно з методом класичної КК, характерний більш високий ступінь свободи в керуванні мережними ресурсами, а також менша затримка передачі повідомлень у порівнянні з методом традиційної КП.

Система багатошвидкісної КК є динамічнішою порівняно зі звичайною комутацією каналів. У цій системі канал з мінімальною швидкістю вибирається як базовий і шляхом об’єднання базових каналів формується набір каналів з різними швидкостями, кратними базовій. Як базові можуть бути обрані, наприклад, швидкості 8 або 64 кбіт/с. Потім, залежно від вимог, користувачеві надається той чи інший складений канал.

Серед основних проблем для систем багатошвидкісною КК відзначимо:

а) погане використання каналів при пачковій структурі трафіка, що характерно взагалі для систем КК;

б) необхідність вибору низької базової швидкості, оскільки окремі додатки вимагають швидкість передачі в діапазоні одного кілобіта за секунду;

в) необхідність установлення великої кількості з’єднань низькошвидкісних базових каналів для високошвидкісних служб;

г) збереження потужної системи синхронізації.

У системі швидкої КК (БКК), так само, як і в системі багатошвидкісної КК, канали являють собою комбінацію декількох каналів з базовою швидкістю. Основною відмінністю від систем КК є надання каналу на вимогу в паузах мовленнєвого сигналу. Динамічний розподіл смуги пропускання збільшує ефективність системи зв’язку, але при перевантаженнях частина мовленнєвих відрізків втрачається. Крім того, як і попередніх методах комутації на базі КК, смуга результуючого каналу має бути кратній смузі базового каналу. Іноді такий спосіб називають пачковою комутацією. При швидкій КП (ШКП), так само, як у системах зі звичайною КП, у мережі організуються віртуальні канали зв’язку, і інформація в заголовку пакета визначає, який з каналів має бути використаний для передачі пакета. У таких системах методи динамічного розподілу смуги близькі до методів звичайної КП.

Існує два ключових моменти, що дозволяють отримати в системах ШКП продуктивність, що значно перевищує продуктивність системи звичайної КП, і істотно менші затримки й при цьому забезпечити прийнятні вартісні характеристики.

По-перше, швидкості в інтерфейсі «користувач — мережа» (мінімум 150 Мбіт/с) визначають необхідність застосування ВОЛЗ в абонентській мережі Ш-ЦМІО. Канали на базі ВОЛЗ, поряд з високою швидкістю, характеризуються досить малими значеннями ймовірності помилки, що веде до значного спрощення протоколів канального рівня, а це дозволяє конструювати протокольні процесори на твердій логіці. Крім того, надлишкова смуга ВОЛЗ робить перевантаження усередині мережі малоймовірними; отже, процедури контролю потоків на канальному й мережному рівнях також можуть бути необов’язковими для внутрішньомережних протоколів. Значне спрощення протоколів і, як наслідок, можливість їхньої реалізації на твердій логіці забезпечують збільшення продуктивності та зменшення затримки пакетів.

Другим ключовим моментом ШКП є використання як комутаційної системи багатокаскадних з’єднувальних мереж (БЗМ). Ці мережі, що широко застосовуються при побудові націнок високопродуктивних структур, виявляються ідеальними для побудови великомасштабних комутаційних систем КП із високими показниками щодо продуктивності й затримки, що має місце в NGN.

Відзначимо такі основні особливості БЗМ:

  • відносна простота структури;
  • спрощені алгоритми обробки пакетів;
  • можливість реалізації на типових ВІС щодо невисокої вартості.

Ці властивості БЗМ визначають можливість побудови комутаційних систем за принципом КП, що характеризуються істотно кращими показниками, ніж системи на базі звичайної КП. Усе це відкриває значні перспективи застосування ШКП у широкосмугових ЦМІО.

Підсумовуючи відмінності ШКП від КП, відзначимо, що в ШКП реалізуються більш прості протоколи. Комутатор КП діє як простий маршрутизатор, не коректуючи помилок і не відновлюючи шляхом перезапитати ті пакети, які були втрачені з різних причин — помилок, невірної адресації, переповнення буферної пам’яті вузла комутації тощо. Протоколи захисту від помилок і контролю потоків переносяться на верхні рівні й реалізуються в міжкінцевих механізмах.

Порівняння ШКП із КК засвідчує, що динамічний розподіл смуги пропускання забезпечує певний економічний ефект ШКП, але необхідно враховувати втрати смуги на передачу в ШКП адресної інформації з кожним пакетом. Однак, як це буде видно нижче, такі втрати не перевищують декількох відсотків у типових застосуваннях. Ще одним недоліком ШКП стосовно КК є наявність випадкової затримки через використання в схемі комутатора буферних накопичувачів. Разом з тим аналіз і макетування систем ШКП показують, що при використанні високошвидкісних систем передачі й БЗМ-затримка на комутатор не перевищує декількох мілісекунд. Для синхронного трафіка типу мови варіації затримки можуть бути згладжені за допомогою спеціальних фільтрів на кінцях тракту передачі.

Загальною властивістю ШКП і БКК є наявність перевантажень, у тому разі, коли обсяг переданої інформації перевищує із системи. При цьому виникають затримки через буферування в ШКП і втрати в БКК. У системах ШКП є можливість практично миттєвого виділення додаткового ресурсу, що досягається наявністю гнучкішої системи розподілу із пропускання, ніж у системі БКК. Ще одною відмінністю БКК від ШКП є необхідність застосування в першому методі системи синхронізації.

Оскільки й ШКП, і БКК щонайкраще погодяться з характеристиками широкосмугового трафіка з пачковою структурою, обидва методи можуть бути використані для побудови Ш-ЦМІО. Однак, з огляду на більшу гнучкість БКЛ в умовах перевантажень, можна розглядати метод БКГ1 як кращий для застосування в мережах типів Ш-ЦМІО. З огляду на це зауваження, а також загальну тенденцію до розширення використання принципів КП у сучасних і майбутніх мережах, можна зробити висновок про значні перспективи ШКП.