Методы коммутации в сетях электросвязи

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 чеоез УК. а затем происходит передача сообщений. Установленное соединение ликвидируется после соответст­вующего решения абонентов.

Достоинства коммутации каналов состоят в следующем:

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

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. В табл. 1 приведены для сравнения характери­стики сетей с различными способами коммутации.

Таблица 1

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

Сравнение режимов КП-В и КП-Д приведено в табл. 2.

Таблица 2

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 передачи данных - КП.