1.7. УПЛОТНЕНИЕ ЛИНИЙ СВЯЗИ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОТОКИ В СЕТЯХ

Методы уплотнения линий связи — это, по существу, методы построения многоканальных систем передачи информации. Задачи анализа многоканальных систем включают уже рассмотренные задачи анализа одноканальных систем и, кроме того, задачи исследования влияния структуры и параметров операторов уплотнения и разделения сигналов на характеристики качества передачи информации. Задачи оптимального синтеза многоканальных

систем включают задачи синтеза одноканальных систем и, кроме того, задачи определения оптимальных структур и параметров операторов уплотнения и разделения, которые доставляют экстремум выбранному функционалу качества при выполнении ряда технико-экономических ограничений. Отсюда следует, что задачи анализа и синтеза многоканальных систем, задачи разработки эффективных методов уплотнения линий связи являются более сложными. Эти задачи рассматривают в курсах «Системы связи» и «Связное оборудование».

Основная проблема теории многоканальных систем — создание методов эффективного разделения канальных сигналов. Эти методы разрабытывают в теории селекции сигналов. В роли канальных сигналов-переносчиков чаще всего используют ортогональные сигналы, гармонические колебания, колебания более сложных функциональных форм, шумоподобные сигналы, различные импульсные последовательности и др. В роли параметров селекции сигналов обычно используют частоту, фазу, форму, время поступления и т. п. Многоканальные системы уплотнения линий связи являются системами первичного уплотнения, так как каналы этих систем могут еще раз уплотняться. Уплотнение каналов многоканальных систем получило название вторичного уплотнения.

Каналы связи сетей, имеющие устройства уплотнения, включают также устройства контроля качества передачи информации, обнаружения и исправления ошибок, усиления и ретрансляции и др. Канал связи и устройства передачи и приема сигналов образуют тракт передачи информации. Абонентскими пунктами называют источники и потребители информации с соответствующей аппаратурой передачи и приема информации по каналам связи На одном и том же абонентском пункте может находиться как аппаратура передачи, так и аппаратура приема информации. Линии связи и абонентские пункты рассматривают как устройства передачи информации.

Соединение (коммутацию) между собой отдельных каналов связи выполняют устройства распределения информации. Два или более тракта передачи информации, скоммутированных последовательно с помощью устройств распределения информации, образуют соединительный тракт передачи информации. Если между двумя абонентскими пунктами образован соединительный тракт, то говорят, что между ними скоммутирован составной канал связи. Если коммутируют многоканальные линии связи, то говорят о широкополосной коммутации линий (каналов). На рис. 1.3 показаны основные элементы сетей: линии связи, абонентские линии, абонентские пункты, каналообразующая аппаратура, устройства распределения и накопления информации. Абонентской линией называют одноканальную линию связи, которая непосредственно соединяет абонентский пункт с устройствами распределения и накопления информации.

Линии связи развиваемой в настоящее время единой автоматизированной сети связи страны (ЕАСС) образуют первичную сеть.

На ее основе с использованием устройств распределения и накопления информации создают вторичные сети различного назначения. Вторичная сеть связи — это совокупность трех основных элементов: сети каналов связи, системы коммутации и системы управления.

Система коммутации предназначена для образования составных каналов связи или для коммутации сообщений. Система управления обеспечивает управление информационными потоками в сети с учетом реально сложившейся ситуации.

Рис. 1.3. Основные элементы сети

Ситуацию на сети определяют изменения интенсивностей информационных потоков (интенсивность потока сообщений — это количество сообщений, вырабатываемых в единицу времени источником информации), исправность и качество работы каналов и узлов связи, приоритет поступающих сообщений, использование отдельных каналов и узлов связи, изменение уровней помех и т. п.

Эффективность использования каналов и узлов связи характеризуют коэффициентом использования, который определяется как отношение интенсивности входящего информационного потока к емкости канала или узла. Под емкостью канала или узла понимают ту интенсивность потока сообщений, которая может быть передана по этому каналу при заданном качестве передачи информации.

Вторичные сети связи классифицируют по многим признакам: функциональному назначению, принципу построения и количеству уровней иерархии структуры, способу коммутации, способу и дисциплине обслуживания абонентов, скорости передачи информации, способу управления информационными потоками, характеру

изменения во времени структуры и параметров алгоритмов управления и др. По функциональному признаку сети связи гражданской авиации разделяют на авиационные (наземные и воздушные, предназначенные для непосредственного управления воздушным движением), аэропортовые (предназначенные для управления производственно-технологической деятельностью служб аэропортов), коммерческие (предназначенные для управления производственной деятельностью всех звеньев служб перевозок и коммерческой эксплуатации), международные (наземные и воздушные, предназначенные для обеспечения взаимодействия диспетчерских служб СССР и других стран при полетах самолетов Аэрофлота и иностранных авиакомпаний по международным воздушным линиям), командно-служебные (предназначенные для обеспечения руководства предприятиями, организациями и учреждениями гражданской авиации).

Основные принципы построения структуры сетей следующие:

— радиально-узловой принцип, когда группа абонентских пунктов обслуживается одним общим узлом связи, который через центральный узел связи осуществляет соединения с другими узлами и, следовательно, с абонентами других групп; узлы связи устанавливают соединение только через центральный узел;

— принцип соединения узлов сети «каждый с каждым»;

— принцип использования решетчатой структуры (принцип подстроения распределенных сетей), когда все узлы связи, через которые проходят большие информационные потоки (узлы первого класса), соединены по принципу «каждый с каждым», а абонентские пункты или узлы с меньшими информационными потоками (узлы второго класса) соединены с ближайшими узлами первого класса;

- иерархический принцип, когда образуется ряд подсетей, образующих по определенному признаку иерархическую структуру.

По способу коммутации различают сети с коммутацией каналов, сообщений, а также с коммутацией каналов и сообщений. Коммутацией каналов называют совокупность операций, состоящих в соединении нескольких каналов связи для получения составного (сквозного) канала связи, используемого для передачи информации от источника к потребителю. Составной канал образуется только на время передачи информации, например на время телефонного разговора. После использования составного канала все соединения ликвидируются. Если один из транзитных каналов составного канала занят или если занят абонент, передача информации не состоится. Следовательно, в сетях с коммутацией каналов имеет место способ обслуживания с отказами в соединении. Такие сети часто называют системами обслуживания с потерями.

Коммутация сообщений — это совокупность операций, состоящих в приеме сообщений, их накоплении и последующей передаче в соответствии с содержащимися в них адресами. В адресе указан номер потребителя информации, категория сообщения (приоритет), допустимое число переприемных пунктов и т. п. В сетях

с коммутацией сообщений узлы связи содержат устройства распределения и накопления информации. Каждое сообщение поэтапно передается и запоминается в узлах связи. Занятость каналов не играет роли, так как передача сообщения к потребителю выполняется по мере освобождения каналов требуемого направления. Следовательно, по способу обслуживания абонентов сети с коммутацией сообщений являются системами обслуживания с ожиданием. В узлах связи сетей с коммутацией сообщений передача информации от входного канала к выходному осуществляется через запоминающее устройство системы коммутации. Такие узлы связи получили название центров коммутации сообщений.

В последнее время все большее внимание уделяют развитию сетей с коммутацией каналов и сообщений. По способу обслуживания эти сети являются системами обслуживания с ограниченным ожиданием — с ограниченными потерями. В таких сетях крупные узлы связи выполняют как центры коммутации сообщений, а мелкие периферийные узлы как центры коммутации каналов. Развитие элементной базы вычислительной техники, унификация и стандартизация функциональных узлов систем коммутации и управления потоками в сетях на основе функциональных узлов цифровой вычислительной техники позволяют существенно снизить стоимость оборудования центров коммутации линий и сообщений, что способствует успешному развитию таких сетей.

По скорости передачи информации различают низкоскоростные сети (скорости передачи информации -50, 100 и 200 бит/с), среднескоростные (скорости-600, 1200, 2400 и 4800 бит/с), высокоскоростные (скорости — более 4800 бит/с) и сети смешанного типа, скорости передачи информации в различных ветвях которых изменяются в широких пределах.

По способу управления информационными потоками сети делят на сети с централизованным, децентрализованным и локализованным управлением. При централизованном управлении все процедуры выбора направления движения информации осуществляются в едином центральном узле связи. К сетям с централизованным управлением относятся, например, диспетчерские сети управления воздушным движением. При децентрализованном управлении функции управления распределены между различными узлами сети. Локализованное (зонное) управление — это промежуточный тип управления, функции управления распределены между несколькими локальными центрами различных зон. Для сравнения различных способов управления информационными потоками и оценки эффективности сетей связи необходимо ввести понятие качества функционирования сети, под которым понимают совокупность ее свойств, обусловливающих способность сети удовлетворять определенные потребности в передаче информации в соответствии с назначением. Свойства сети проявляются при ее эксплуатации. Надежность, помехоустойчивость, оперативность, стабильность, экономичность, связность являются характерными свойствами сетей. Для оценки качества сетей используют показатели

качества — количественные характеристики различных свойств (коэффициент готовности, вероятность появления ошибки, время передачи информации и т. п.).

Чтобы учесть сразу ряд свойств, вводят комплексные показатели качества сетей, например время задержки сообщений в сети. Эта величина определяет скорость передачи информации, влияние помех на передачу сообщений, связность (наличие обходных путей) и надежность сети (при отказе узлов и каналов связи нужного направления время задержки сообщений растет) и многие другие свойства.

Наиболее общим является интегральный показатель качества сети — комплексный показатель качества сети, отражающий соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации сети и суммарных затрат на ее создание и обслуживание. Выбор критерия качества сети — один из наиболее важных интуитивных элементов теории сетей. Для рассмотрения сущности задач анализа И синтеза сетей, оценки их эффективности введем следующий комплексный показатель качества:

где матрица, определяющая размещение источников и потребителей информации; матрица интенсивностей потоков информации; С — матрица пропускных способностей ветвей; — характеристика информационной связности сети, в общем случае учитывающая надежность ее узлов и каналов связи; —матрица, количественно определяющая помехоустойчивость передачи информации по различным ветвям; соответственно алгоритмы выбора кратчайшего пути, соблюдения приоритета и накопления информации в узлах связи.

Совокупность этих алгоритмов для всех узлов связи в целом образует общий алгоритм управления информационными потоками в сети. Указанные в выражении (1.20) характеристики являются основными и в значительной мере определяют качество работы сети. В зависимости от конкретного назначения сети набор этих характеристик может изменяться. Система управления сетью должна работать по такому алгоритму, чтобы обеспечивалось экстремальное значение показателя качества при наличии реально существующих ограничений технико-экономического характера. Например, если в роли функционала качества сети выступает среднее время задержки сообщений, то алгоритм управления сетью должен обеспечивать минимальное среднее время задержки сообщений. Построение такого алгоритма усложняется тем, что параметры и другие в процессе эксплуатации изменяются случайным образом и по существу являются случайными процессами. Кроме того, установление самой связи между этими параметрами в виде соотношения (1.20) также представляет серьезную задачу.

Сущность задач анализа качества работы сети заключается в выборе показателя качества, установлении зависимости типа (1.20)

между параметрами сети и функционалом качества и анализе влияния характеристик этих параметров на функционал качества. Если анализируется система управления, то исследуется влияние структуры и параметров алгоритмов на поведение функционала качества при заданных характеристиках . Сущность задач оптимального синтеза сетей заключается в следующем. Известны матрицы требуется выбрать функционал качества работы сети, установить связь этого функционала со структурой и параметрами как самой сети так и ее системы управления При структурной оптимизации отыскивают оптимальную структуру сети (оптимальные значения С и ) и оптимальные структуры алгоритмов доставляющие экстремум показателю качества при наличии реально существующих ограничений технико-экономического характера. При параметрической оптимизации для выбранных структур сети и алгоритмов управления отыскивают оптимальные значения параметров этих структур.

По характеру изменения во времени структуры и параметров алгоритмов управления можно выделить сети со статическим и с динамическим управлением. Если структура и параметры алгоритмов управления постоянны, то сети называют сетями со статическим управлением. В сетях с динамическим управлением структура и параметры алгоритмов управления изменяются с изменением ситуации на сети. Если алгоритмы управления приспосабливаются к реальной ситуации, их называют адаптивными. Способы динамического управления и адаптивные алгоритмы находятся в стадии разработки и исследований.

Из постановок задач анализа и синтеза сетей следует, что их решение в полном объеме представляет сложный и трудоемкий процесс. Эти задачи являются предметом фундаментальных научных и технических исследований. Результаты исследований излагаются в курсе «Теория сетей электросвязи».

Контрольные вопросы

(см. скан)