KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS
DP tinkluose naudojamų komutacijos metodų analizė
Duomenų perdavimo tinklų referatas
Atliko RT-7/2 gr. studentė
Lina Antanavičienė
Prieme dr. doc B.Dekeris
KAUNAS
2001
1.Įvadas
Vystantis tinklams, didėjant perdavimo atstumams, didėjant vartotojų skaičiui, atsirado komutacijos poreikis. Komutacinė sistema apibūdina visą tinklą – tinklo galimybes , paslaugas . Tinkamas komutacijos metodo pasirinkimas leis efektyviai išnaudoti tinklą. Išaugus tarptinklinėms apkrovoms svarbu užtikrinti patikimą informacijos perdavimą. Esant didelėms spartoms svarbu, kad perduodami duomenys kuo mažiau vėluotų ar stotyse būtų mažesnė apkrova. Priešingai , gal svarbi tinklo kaina. Atsižvelgiant į įvairias sąlygas reikia pasirinkti efektyviausias komutacijos sistemas ir jų panaudojimo metodus.
Todėl panagrinėkim komunikacinio tinklo pagrindą – komutacinius metodus, jų privalumus ir trūkumus.
3. Komutacijos sistemos ir jų panaudojimo metodai
Technikos vystymosi pradžioje signalų erdvinis atskyrimas derinosi su erdvine komutacija. Po to atsirado perdavimo sistemos su dažniniu ir laikiniu atskyrimu, o komutacija liko erdvinė. Dėl to komutacijos įrenginiuose, skirtų perdavimo sistemų sujungimui su komutacijos sistemomis, reikėjo įvykdyti dvigubą pakeitimą, pavyzdžiui, „dažnis- erdvė“ komutacijos mazgo (KM) įėjime ir „erdvė- dažnis“ KM išėjime. Tikslinga vengti tokių pakeitimų, t.y. priimti vienodus atskyrimo ir komutacijos metodus.
Iš daugelio požymių, pagal kuriuos galima vykdyti diskretinės informacijos signalų paskirstymą, praktiškai labiausiai paplitę yra erdvinis ir laikinis paskirstymas. Dažninis metodas ( atskyrimo), kuris yra plačiai naudojamas perdavimo sistemose nepritapo komutacijos sistemose ( dėl realizacijos brangumo ir sudėtingumo).
Komutacijos sistemos ir jų panaudojimo metodai parodyti 1 pav.Kanalų komutacijos sistema Sistema su atmintimi
1 pav. Komutacijos sistemos ir jų panaudojimo metodai
3.1. Erdvinis metodas
Įrenginiai, realizuojantys erdvinio paskirstymo metodą, praėjo kelią nuo
mechaninių ir elektromechaninių sujungėjų su rankiniu valdymu iki elektroninių
sujungėjų su programiniu valdymu. Tačiau visuose šiuose įrenginiuose kiekvienam
įėjimo ir išėjimo kanalų sujungimui yra duodamas atskiras fiksuotas fizinis kelias erdvėje, kuris nesutampa nei su vienu kitu keliu. Dėl to kiekvienas komutacijos taškas sujungimo procese naudojamas tik duotame sujungime. Esant A įeinančių ir B išeinančių kanalų, komutacinių taškų skaičius turi būti proporcingas A*B.
3.2. Laikinis metodas
Laikinio paskirstymo sistemose, kiekvienas komutacijos taškas naudojamas daug kartų, t.y. yra bendri pranešimų elementams tarp skirtingų kanalų praeinantys per jį skirtingais laiko tarpais. Tai žymiai sumažina reikalingą komutacijos taškų kiekį, o tuo pačiu ir komutacinio lauko apimtį.
Sinchroninis laikinis paskirstymas(SLP). Esant šiam metodui kiekvienas įeinantis ir išeinantis kanalas atitinka tam tikrą laikinę padėtį.
Skirtingai nuo komutacinio mazgo su erdviniu paskirstymu, komutacinio mazgo su laikiniu paskirstymu jungimo taškas yra ne kanalas, o linijinis traktas. Prieš mazgą visi linijiniai traktai susijungia į vieną grupinį traktą, o išėjime- atsiskiria. Kanalai skaidomi į laikinius kanalinius intervalus. Tai reiškia, kad kiekvienam kanalui išskiriama tam tikra laikinė padėtis. Komutacija atliekama atminties buferiuose. Tarkime mums reikia sukomutuoti penktą ir aštuntą kanalus. Turime informaciją atėjusią penktu laikiniu kanalu įrašyti į atminties buferį ir išsiųsti ją aštuntu laikiniu intervalu.
Kanalų skaičius, kuris gali aptarnauti komutatorių, sukurtas metodu SLP, tuo didesnis, kuo trumpesnis ciklas “ Įrašymas- tikrinimas “ ir kuo mažesnis duomenų perdavimo greitis.
Sinchroninė laikinė komutacija labiau efektyvi izochroninių signalų apdirbimui. Mažiau efektyvi neizochroninių signalų komutacijoje.
Asinchroninis laikinis paskirstymas (ALP). Čia naudojami tie patys
principai kaip ir sinchroninio laikinio paskirstymo (SLP). Skirtumas tas, kad
naudojant asinchroninį, vykdomas pagrindinių momentų peradresavimas, t.y. vietoj
įeinančio kanalo adreso gaunamas išeinančio kanalo adresas. Komutacijos ALP
mazgas turi atminties buferį su tokiu pat ląstelių skaičiumi kiek yra įeinančių kanalų. Į kiekvieną šitų ląstelių įrašomas išėjimo kodas. Visą komutavimo informaciją apdoroja valdymo įrenginys. Jis patikrina informaciją ir išduoda išėjimo kodus. Vieno bito informacijos kiekis komutaciniame mazge su ALP gali būti 10 kartų didesnis nei komutaciniame mazge su SLP. Dėl to reikia apriboti pajungiamų kanalų su dideliu perdavimo greičiu skaičių ir suteikti jiems pirmenybę aptarnaujant, lyginant su mažų perdavimo greičių kanalais. Todėl toks komutacinis metodas naudojamas mažos spartos ir patikimumo tinkluose. Didinant įsimenamos pranešimų dalies ilgį, daugiau išnaudojamas kanalo skaidrumas.
Skirtingi ALP metodai sudaro tam tikrą eilę , kur vienas metodas skiriasi nuo
kito paskirstomo pranešimo atkarpos ilgiu (2 pav.). Paskirstymo
metodai ir vienetiniai
intervalai savo savybėmis artimi kanalų komutacijai (KK), kuri realizuojama erdviniu
paskirstymu. Todėl, metodas ALP yra universalus tada, kai leidžia vykdyti įvairių tipų
komutaciją: nuo skaidrių kanalų komutacijos iki pranešimų komutacijos.
2.pav. Komutacijos metodai
Adresas perduodamas Adresas perduodamas
iki pranešimo kartu su pranešimu
KK 3 MM komutacija PK PRKBitų komutacija Ženklų (baitų) komutacija . Priklausomai nuo įsimenamos komutaciniame mazge pranešimų dalies ilgio,keičiasi komutacijos sistemos ypatybės. Prie pakankamai trumpų įsimenamų ilgių ,frontų komutacijos paskirstymo sistema užtikrina beveik pilną charakteristikų sutapimą su KK sistema. Padidinus įsimenamos pranešimų dalies ilgį (perėjimas nuo frontų komutacijos prie vienetinių intervalų, baitų), prarandamos KK sistemos savybės: vis daugiau išnaudojamos kanalo skaidrumas ir vis daugiau atsiranda galimybių sistemoms su atmintimi- skirtingų greičių suspaudimas, kodų formatų ir kt. Kuo didesnė paskirstoma pranešimų dalis, tuo reikia didesnės atminties KM ir
tuo didesni pranešimų užlaikymai. Komutuojant trumpas pranešimų atkarpas (iki
baito), praktiškai realizuojamas tik perdavimo adresas iki pranešimo. Esant žymiai
ilgesnėms atkarpoms, galimas adreso perdavimas ir iki pranešimo ir jo sudėtyje. Be to
naudojamas tik antras metodas, taip kaip šiuo atveju kiekviename KM galima išrinkti
žymiai geriau tinkamas perdavimo kryptis: trumpesnes, mažiau apkrautas kitais
pranešimais. Todėl toks komutacinis metodas naudojamas mažos spartos ir patikimumo tinkluose. Didinant įsimenamos pranešimų dalies ilgį, daugiau išnaudojamas kanalo skaidrumas.
4.DP tinklų komutacijos principai
Komutacinės stotys ir mazgai skirti informacijos paskirstymui tarp galinių įrenginių (siuntėjo ir gavėjo) ryšių grandinėje. Paskirstymo procesas priklauso nuo pasirinkto komutacijos metodo. Duomenų perdavimo tinkluose naudojami trys pagrindiniai metodai: kanalų komutacija, pranešimų komutacija ir paketinė komutacija.
4.1.Kanalų komutacija
Kanalų komutacija sujungia gavėją ir siuntėją vienu fiziniu maršrutu, kuris palaikomas viso perdavimo metu. Kanalų sistemos komutacija naudojama PSTN (bendro telefono tinkle): surinkus numerį pokalbio laikui sudaromas sujungimas tarp telefono aparatų. Jei vienas iš abonentų padeda ragelį, sujungimas nutraukiamas, ir kanalas pasidaro laisvas. Kompiuterių tinkluose komutacija pasireiškia analogiškai. Prieš tai kai du kompiuteriai galės perduoti duomenis, tarp jų turi būti sudarytas fizinis sujungimas. Perduodanti mašina užklausia sujungimo adresatu, o po to “gavėjas” duoda signalą , kad pasiruošęs priimti duomenis. Siuntėjas informaciją perduoda gavėjui, kuris pasiunčia siuntėjui patvirtinimą. Kai pokalbis baigiasi, siuntėjas perduoda signalą gavėjui, nurodo, kad sujungimo daugiau nereikės,ir atsijungia.
3pav. DP tinklai su kanalų komutacija
• Kviečiantysis abonentas Abn siunčia per abonentinę liniją į KK mazgą
užklausimą sujungimui su abonentu Abm, turintį kviečiamojo abonento
adresą.
• KK komutacinio mazgo aparatūra pagal užklausimą vykdo sujungimą abonentinės linijos Abln su abonentine linija Ablm, jei abonentai priklauso
vienam KK mazgui arba jungiamai linijai tarp mazgų kuriems priklauso
nurodyti abonentai (kanalas gali būti organizuotas per keletą tarpinių KK
mazgų kur vykdoma analogiška komutacija).
• Sudarius ryšio kanalą, abonentas Abm iš KK mazgo gauna kvietimo
signalą, o Abn- sujungimo sudarymo signalą.
• Vykdomas informacijos perdavimas tarp abonentų. Pasikeitimas gali būti
vienpusis arba dvipusis.
• Po informacijos perdavimo ir gavus iš abonento atjungimo signalą KK
komutacinio mazgo aparatūra nutraukia anksčiau sudarytą kanalų
sujungimą.
• Jei nėra laisvo kanalo arba esant gedimui bet kurioje vietoje (jungiamoji
linija tarp KK mazgų, abonentinė linija tarp KK mazgų ir Abm) arba kai
nėra laisvų įrenginių, abonentų sujungimas negali būti sudarytas;
komutacinis mazgas pasiunčia Abn užimtumo signalą. Sujungimo
sudarymui Abn turi pakartoti užklausimą sujungimui. Toks aptarnavimo būdas, kai šaukimas (užklausimas sujungimui) duotas tuo momentu, kai
nėra laisvos linijos ar įrenginio, gauna užimtumo signalą vadinamas
aptarnavimas su nuostoliais.
Kanalų komutacija – WAN (Wide Area Network – teritorinis tinklas) komutacijos metodas, kuriam dedikuotas fizinis kanalas palaikomas ir užbaigiamas kiekvienas ryšio seansas per tinklo nešėjus. Kanalų komutacija pritaiko dviejų tipų perdavimą: datagram perdavimą ir perdavimą duomenų-srauto. Naudojama ekstensyviai telefoniniuose tinkluose, kanalų komutacija veikia panašiai kaip normalus telefoninis kvietimas. ISDN –WAN kanalų komutacijos technologijos pavyzdys ir pavaizduotas paveiksle 4.
Pav. 4. WAN kanalų komutacija procesas, panašus į telefoninį kvietimą.
.
Kanalų komutacijos privalumai:
Esant kanalų komutacijai, vyksta
dviejų abonentų sujungimas. Duomenų mainai vyksta realiame laiko mastelyje. Esant tokiam sujungimui, telefoninis pokalbis gali vykti be pauzių.