Структура сетей электросвязи

Понятие структуры сети раскрывает схему связей и взаимодей­ствия ее элементов. При рассмотрении структуры сети выделяют следующие аспекты её описания: физический, определяющий состав и связи элементов и логический, отображающий взаимодей­ствие элементов в процессе функционирования сети.

Физическая структура сети - это схема связей физических элементов сети: узлов коммутации (УК), оконечных пунктов (ОП) -станций и линий передачи в их взаимном расположении с характе­ристиками передачи и распределения сообщений.

Логическая структура сети определяет принципы установле­ния связей, алгоритмы организации процессов и управления ими, логику функционирования программных средств.

Топологическая структура сети или просто топология - это обобщенная геометрическая модель физической структуры сети.

Более конкретный состав аппаратно-программных средств и схема их связей называется конфигурацией сети.

В дальнейшем, если не оговорено особо, под термином «струк­тура» понимается топологическая структура.

Под архитектурой сети понимается совокупность физической, логической и функциональной структуры.

В качестве математической модели топологической структуры сети широко используется модель в виде графа (рис. 3).

Рис. 3. Граф структуры сети

Обычно вершины графа обозначаются цифрами (1, 2, 3, 4) и со­поставляются с УК и/или ОП, а ребра графа - буквами (а, Ь, с, d, e) и соответствуют каналам связи. В символической форме графы обозначаются G (А, В), где знак G выражает логическое содержание

данного понятия; А = {а₁,а_2, ....., a_N} - множество вершин графа; В = {b_ij} - множество ребер между вершинами а\ и a_s. Вершины графа называются смежными, если они соединены ребром. Ребра могут быть ориентированными или направленными (ребро е) и неориен­тированными или ненаправленными (ребра а, Ь, с, о). Ориентиро­ванные ребра соответствуют односторонним каналам, а неориенти­рованные-двусторонним каналам.

Различают три типа графов: 1) ориентированные графы, все ребра которых ориентированные; 2) неориентированные графы, не содержащие ориентированных ребер; 3) графы смежного типа, в которых имеются как ориентированные, так и неориентированные ребра. Каждому ребру может быть приписан некоторый «вес» -число или совокупность чисел, характеризующих какие-либо свой­ства данного ребра. В качестве веса принимаются, например, длина канала, пропускная способность, скорость передачи информации, число стандартных каналов, надежность, стоимость и т. д. Верши­нам графа также могут быть приписаны веса.

Число входящих или исходящих (инцидентных) ребер, называют рангом узла r(a_i), где i - номер узла. На рис. 3: r(a₁) = 2, r(а₂) = 3. Узел ранга 1 является тупиковым, так как через него не могут про­ходить никакие пути.

Путь из узла а, в узел a_j - это упорядоченный набор ребер, начинающихся в узле а_i, и заканчивающихся в узле a_j. Для пути конец каждого предыдущего ребра совпадает с началом последующего ребра. Путь должен быть самонепересекающимся, т.е. не проходящим дважды через один и тот же узел. Для графа (см. рис. 3) между вершинами 1 и 3 существуют три пути: ab, cd, aed. Множество путей между этими вершинами = ab и cd и aed. Пути, как и ребра, могут быть направленными и ненаправленными.

Рангом пути r () называется число ребер, входящих в данный путь. Минимальный ранг пути равен 1, например r () = 1, а макси­мальный - равен N - 1, где N - число вершин графа, в этом случае путь проходит через все вершины.

Путь, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же вер­шине, называется контуром (циклом).

Связностью h называется минимальное число независимых пу­тей, между всеми парами вершин. Для графа (см. рис. 3) h = 2.

Основные топологии телекоммуникационных сетей. Выбор конкретной топологии сети влияет не только на ее физическую струк­туру, но и существенно определяет все основные показатели сети.

В одних случаях топология задается заранее, в других - опреде­ляется на разных стадиях проектирования. Разработанная или выбранная топология сети оценивается по различным критериям: надежности, экономичности и т. д. Рассмотрим разновидности топологических структур, получивших наибольшее распространение в телекоммуникационных сетях.

1. Древовидная топология предполагает между каждой парой узлов только один путь, т.е. связность сети h = 1. На рис. 4 показаны разновидности древовидной топологии.

2. Сетевидная топология, в которой каждый узел является смежным только с небольшим числом других узлов. Связность такой сети h > 1. На рис. 5 изображены представители сетевидной топологии.

3. Полносвязная топология, в которой узлы соединены по прин­ципу «каждый с каждым». На рис. 6 изображена подобная топология.

Если N - число узлов, то число ребер равно , ранг узла

r= N -1. Без нарушения связности можно исключить N - 2 ребер.

Топология сети оказывает значительное влияние на основные показатели сети, особенно на надежность и живучесть. Чем выше связность сети, тем она более живуча и надежна. Наибольшей

связностью обладает полносвязная сеть, но для ее реализации требуется максимальное число каналов и, следовательно, сеть имеет высокую стоимость.

Рис. 4. Разновидности древовидной топологии: а -дерево; б-звезда; б -линейная (шина); г -снежинка; <Э -узловая с иерархией узлов

Рис. 5. Разновидности сетевидной топологии: а - петлевая (кольцевая); б- радиально-петлевая; в - сотовая; г - решетка; д - двойная решетка

Рис. 6. Полносвязная топология

Топология реальной сети обычно строится по иерархическому принципу: крупные узлы соединяются по принципу «каждый с каж­дым», а на низших уровнях используются простые топологии -дерево, шина, звезда, кольцо и т. д.