9.6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ

9.6.1. СЕТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ

С целью организации обмена информацией между многими источниками и получателями информации канаты и системы передачи объединяются в сети связи — системы передачи и распределения информации (СПРИ), иначе говоря, под системой связи в широком смысле следует понимать организованные в единый комплекс системы передачи и распределения информации. При этом отправителей и получателей информации называют пользователями или абонентами. Понятие распределения информации охватывает задачи распределения маршрутов передачи информации и связанные с этим задачи анализа и синтеза сетей связи и узлов коммутации. Задача распределения информации возникла сразу же вслед за созданием устройств для её передачи.

Примером простейшей СПРИ является полносвязная сеть (рис. 9.18), где абонентные (оконечные) пункты (ОП) соединены друг с другом по принципу "каждый с каждым". Такие сети относятся к некоммутируемым сетям, здесь связь между пользователями осуществляется по закреплённым некоммутируемым каналам. В каждом ОП необходимо лишь располагать переключателем на положений, обеспечивающим подключение ОП к нужному каналу как при исходящей, так и при входящей связи.

К достоинствам некоммутируемых сетей относится то, что в них информация передаётся без потерь времени на ожидание соединения с ОП получателя и нет необходимости в передаче адреса вызываемого ОП. Вместе с тем при увеличении числа ОП резко возрастает число необходимых соединительных каналов. Например, если число ОП равно то потребуется каналов.

С целью сокращения числа необходимых каналов используют коммутируемые СПРИ, где ОП соединяются между собой не непосредственно, а через один или несколько узлов коммутации (УК). При коммутации каналов по переданному адресу ОП получателя отыскивается путь со свободными

Рис. 9.18. Структура полносвязной сети передачи информации

в данный момент каналами. Сформированный таким образом составной канал предоставляется пользователям ОП (источника) и ОП (получателя) на время, необходимое для обмена информацией.

Короче говоря, коммутируемая СПРИ представляет собой совокупность и соединяющих их каналов (линий). На рис. 9.19 в качестве примера представлена структура коммутируемой телефонной сети. Назначение системы коммутации состоит в обеспечении возможности прохождения информации от любого ОП к любому другому ОП, выбранному пользователем. В данном случае в качестве УК служат телефонные станции (ТС). Телефонные аппараты (ТА) выполняют функции ОП и подключаются к ТС с помощью абонентских линий (АЛ). Телефонные станции между собой связываются многоканальными (межстанционными) соединительными линиями Телефонные аппараты пользователей соединены между собой с помощью составного коммутируемого канала по цепи от через Такой способ соединения носит название коммутации каналов Здесь сформированный канал предоставляется в полное распоряжение пользователей вне зависимости от того, передаётся ли информация по каналу или нет. При большой загрузке сети может случиться, что некоторый пользователь (абонент) может получить отказ на запрос об установлении связи с другим пользователем. Поэтому системы передачи и распределения информации проектируются так, чтобы вероятность отказа в обслуживании была меньше некоторой допустимой величины, однако полностью исключить такую ситуацию невозможно.

В дальнейшем будем считать, что в функции оконечного пункта (ОП) входит преобразование передаваемой информации в электрический сигнал и обратное преобразование электрического сигнала в соответствующим образом отображаемую информацию, а также формирование и передача управляющих сигналов, указывающих, в частности, адрес ОП получателя информации. Источниками и получателями могут различные терминачы пользователей, компьютеры, принтеры или любые другие устройства передачи и (или) обработки данных.

Представленный на рис. 9.19 способ КК нашёл широкое применение

Рис. 9.19. Структура коммутируемой телефонной сети

в сетях телефонной связи на короткие расстояния, когда телефонные аппараты соединяются между собой низкочастотными линиями передачи. Способ КК является далеко не единственным. Во многих случаях (в особенности при односторонней передаче информации) можно использовать способ коммутации сообщений (КС). В таких системах, построенных на базе ЭВМ, передаваемые сообщения, сопровождаемые адресом, принимаются на ОП отправителя без отказа, обрабатываются и накапливаются в памяти центра коммутации. Передача информации в адрес ОП получателя производится по мере освобождения необходимых канатов. При этом, естественно, возникает задержка, затрудняющая передачу информации в реальном масштабе времени, например, при телефонном разговоре.

С целью сокращения времени задержки в современных СПРИ используется разновидность способа КС, называемая коммутацией пакетов (КП). В сетях с КП от источника к получателю передаются короткие блоки данных, называемые пакетами. Наиболее типичные виды нагрузки создаёт передача данных в интерактивном диалоговом режиме, когда между терминалами (сюда относятся и компьютеры) передаются короткие пачки сообщений, содержащие 100-200 знаков. Под пакетом понимается при этом часть сообщения, представленная в виде блока с заголовками, имеющего установленный формат (структуру данных) и ограниченную длину передаваемая по сети как часть единого целого. К настоящему времени успешно разрабатываются и внедряются пакетные методы передачи речевых сигналов.

Анализ способов коммутации показывает, что коммутация каналов оправдана в том случае, если передача управляющих сигналов занимает значительно меньше времени, чем передача полезной информации (например, в телефонной связи время разговора исчисляется минутами, а время соединения — миллисекундами). Наоборот, если передача данных продолжается доли секунды, то установление двустороннего каната для этой цели не оправдано. При передаче коротких пакетов (дейтограмм) никакого начального соединения не устанавливается, выбор маршрута в промежуточных узлах выполняется на основе адреса ОП получателя, содержащегося в каждой дейтограмме. Блокировка (отказ) при коммутации пакетов происходит гораздо реже, чем блокировка в сети с коммутацией каналов.

Из приведённого краткого анализа очевидно, что функции и требования к коммутационным узлам с КК и КП совершенно различны. Однако по мере развития интегральных сетей, в которых обрабатываются речь, данные и другие виды сообщений, в которых используется техника КП, КК и гибридная техника, функции и требования к коммутационным узлам становятся сходными. Например, в цифровых СПРИ узлы коммутации строятся в расчёте и на обработку пакетов, и на обработку вызовов с коммутацией каналов. Аналогично подходят к построению систем коммутации пакетов, которые позволяют дополнительно осуществить интеграцию обработки речевых сигначов для их передачи в пакетном режиме. Другая возможность — осуществлять коммутацию каналов при передаче сигналов в цифровой форме.

При увеличении числа ОП и их территориальной разобщённости возникает задача выбора структуры сети, размещения узлов коммутации, определения числа соединительных каналов. Оптимизация затрат за счёт выбора предпочтительного соотношения между средствами передачи и коммутации является одной из главных задач проектирования сетей связи.