Распределение группового канала

По физической цепи (линии связи) с помощью каналообразующего обо- рудования организуются каналы связи (КС). В некоторых случаях линия связи и канал связи совпадают. В других случаях узкополосные каналы могут вклады- ваться (уплотняться) в широкополосный, образуя групповой канал. В нем сиг- налы уплотняемых каналов объединяются, формируя групповой сигнал. Орга- низация группового канала на передающей стороне осуществляется с помощью аппаратуры уплотнения каналов, а на приемной стороне выделение отдельных каналов из группового выполняется с помощью аппаратуры разделения кана-

лов. Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с по- мощью разнесения их по частоте, времени, длине волны. Ресурс группового ка- нала между парциальными пользователями может быть распределен статически и динамически.

Статическое распределение канала. Ресурс КС характеризуется частотной полосой пропускания Δ F и временем Т, на которое канал может быть предо- ставлен для передачи сообщений. Для совместного использования такого кана- ла N автономными пользователями общую полосу пропускания Δ F можно раз-

N

делить на N частотных подполос: Δ F i, i =1, …, N,

å Δ F i = Δ F – и за каждым

i

пользователем жестко закрепить отдельную составляющую Δ F i. Такое коллек- тивное использование общего ресурса канала называется частотным уплот-

нением канала – Frequency Division Multiplexing (FDM). Аналогично, если для каждого отдельного канала циклически в жесткой последовательности предо-

ставлять квант времени Δ T i, то такой способ совместного использования обще- го канала называется временным уплотнением канала – Time Division Multi-

plexing (TDM). В оптоволоконных каналах осуществляется волновое мульти- плексирование по длине волны (Wave Division Multiplexing – WDM). При таких методах распределения общего ресурса широкополосного канала конфликтов между пользователями не возникает.

Динамическое распределение канала. При большом и меняющемся числе пользователей трафик в сети крайне неравномерен (пульсирующий тра- фик) и статические методы оказываются неэффективными.

Неравномерность трафика характеризуется, например, коэффициентом пульсаций K п:

K = Пиковая нагрузка = (50 − 100) и более.

^п Средняя нагрузка

Откажемся от «жесткого» (статического) распределения ресурса канала между пользователями. Будем предоставлять полный ресурс канала каждому отдельному пользователю по требованию с его стороны. Оценим эффектив- ность такого подхода.

Если число каналов меньше числа пользователей, то возможно ожидание доступа и, наоборот, при числе каналов, превышающем число пользователей, возникают простои каналов.

Рассмотрим один канал и его модель в виде экспоненциальной СМО с ожиданием (рис. 5.7).

 

T обс

 

Рис. 5.7. Одноканальная однородная экспоненциальная СМО

Введем обозначения:

С – пропускная способность канала, бит/с; 1/μ – количество битов в кадре, бит/кадр;

λ – интенсивность поступления кадров на вход канала, кадр/с;

Тогда среднюю скорость передачи кадров найдем как С

= С μ, кадр/с.

 

Среднее время передачи кадра по каналу T пр

с учетом возможного ожи-

дания есть время пребывания заявки в СМО с ожиданием. Для экспоненциаль- ной одноканальной СМО

 

T = T обс = 1 ⋅ 1 =  1  ⋅        = 1.

^пр 1−ρ

С μ  1−ρ С μ

С μ-λ

 

Пусть С =100  Мбит/с;  1/μ=10000  бит/кадр;     λ=5000  кадр/с,  тогда  𝑇തпр=

= 200 мкс. Если не учитывать ожидание в очереди, то для передачи кадра по-

требовалось бы 100 мкс.

пр

Теперь разделим канал на N подканалов. Соответственно, у каждого под- канала пропускная способность есть С/ N бит/с. Интенсивность поступления кадров на вход отдельного канала равна λ/ N кадр/с. Тогда среднее время пере- дачи кадра T FDM при частотном уплотнении канала

 

 

FDM

пр

1      = 1

T  =

μ C − λ

= NT пр.

 

Следовательно, при FDM значение средней задержки стало в N раз больше в случае, если бы все кадры могли быть организованы в одну общую очередь на входе группового (широкополосного) канала. Те же аргументы применимы и к временному (TDM) методу уплотнения широкополосного канала.

Если разделить 100-мегабитную сеть физически на 10 мегабитных сетей, то средняя задержка возрастет с 200 мкс до 2 мс.

Вывод: ни один статический метод распределения широковещательного (широкополосного) канала не годится при пульсирующем трафике.

Однако если при статическом распределении ресурса группового канала адресом каждого абонентского канала является либо полоса Δ F i при FDM, либо местоположение слота времени Δ T i на повторяющихся циклах при TDM, то при динамическом распределении ресурса группового канала каждой структурной

единице передаваемых абонентских сообщений (кадру, пакету) требуется припи- сывать соответствующий идентификатор (адрес). Это дополнительные «наклад- ные» расходы при динамическом распределении ресурса канала. Тем не менее, при пульсирующем трафике такой подход эффективен.

Статическое распределение ресурса канала используется при построении магистральных каналов первичных сетей, динамическое – в компьютерных се-

 

тях. Например, в Ethernet используется метод коллективного доступа к среде передачи с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (см. разд. 3.4.1).

 

5.8.2. Первичные сети

Первичные сети являются основой вторичных компьютерных и телефон- ных сетей. Обеспечение качества обмена в телекоммуникационных сетях зави- сит от производительности первичных сетей. Такие сети называют также опор- ными и базовыми. Современные первичные сети основаны на коммутации ка- налов. Для создания абонентского канала коммутаторы первичных сетей под- держивают один из методов статического мультиплексирования. К настоящему времени сформировалось два поколения таких первичных цифровых сетей:

• плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH);

• синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy – SDN). В США технология SDN называется SONET.