АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра автоматической электросвязи

 

Системы широкополосной и гибкой коммутации

 

Методические указания  к выполнению курсовой  работы

  (для студентов заочной формы обучения специальности

 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

СОСТАВИТЕЛИ: А.Д.Мухамеджанова, С.А.Калиева. Системы широкополосной и гибкой коммутации. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации заочной формы обучения. - Алматы: АИЭС, 2008.- 22 с.

 

Методические указания содержат задание и методические указания к выполнению курсовой работы, а также материалы, поясняющие принцип реше-ния основных задач проектирования; перечень рекомендуемой литературы.

Ил  5, табл. 10, библиогр.11 назв.

 

Введение

 Анализ мирового опыта развития сетей связи показывает, что основными этапами перехода от аналоговых не интегрированных сетей к цифровым сетям с интеграцией служб являются:

- развертывание цифровой сети;

- создание узкополосной цифровой сети интегрального обслуживания с коммутацией кана­лов для службы телефонии и с коммутацией пакетов для телематических служб на базе единого 64 кбит/с цифрового канала;

- построение широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания.

Преимущества цифровых сетей связи настолько очевидны, что замена аналоговых сетей цифро­выми и создание интегральной цифровой сети осу-ществляется практически во всех странах мира. На этом этапе также сохра-няются выделенные сети передачи данных, построенные как на принци­пах ком-мутации каналов, так и на принципах коммутации пакетов.

На следующем, 2-м этапе развития продолжают функционировать узко-полосные цифровые сети интегрального обслуживания (УЦСИО), которые объединяют телефонную сеть и сети переда­чи данных с использованием основных цифровых каналов. На этом же этапе планировалось обес­печение передачи речи на абонентских соединительных линиях в цифровой форме.

На третьем этапе осуществляется переход ко второму поколению цифровых сетей интегрального обслуживания - широкополосным цифровым сетям (ШЦСИО).

Курс  Системы широкополосной и гибкой коммутации предназначен для углубленной подготовки студентов специальности «Сети связи и системы коммутации». Курс базируется на изучаемых ранее дисциплинах: Системы коммутации; Теория телетрафика; Цифровые сети с коммутацией пакетов.

Основным методом изучения курса является самостоятельная работа с учебными пособиями и учебниками. По курсу предусматривается выполнение курсовой работы.

Для оценки знаний студентов по теоретической  и практической части сдается экзамен.

 

1 Общие указания и выбор варианта

 

Выполнение курсовой работы направлено на закрепление знаний, полученных при изучении дисциплин Системы коммутации, Теория телетрафика, Цифровые сети с коммутацией пакетов, а также на получение навыков по решению конкретных задач, указанных в параграфе «Содержание курсовой работы».

Последовательность выполнения работы и пояснения к заданию даны в методических указаниях. Пояснительная записка пишется на одной стороне каждого листа, белой (без линеек) бумаги.

Решения задач располагаются в порядке возрастания номеров, перед решением задачи необходимо написать ее условие с указанием необходимых данных требуемого варианта. Номер варианта должен совпадать с последней цифрой номера студенческого билета.

Решения задач должны быть четкими, краткими, без сокращения слов. В случае необходимости нужно давать ссылку на литературу, указывая, если это необходимо, страницу, номер чертежа или формулы. Значения физических величин должны быть снабжены размерностями. Чертежи и схемы в курсовой работе выполняются аккуратно, с помощью чертежных инструментов.

В конце курсовой работы необходимо указывать учебные пособия, которыми пользовался студент.

Каждый студент выполняет курсовую работу в одном варианте, номер этого варианта определяется последней цифрой  студенческого билета.

Допущенная к защите курсовая работа защищается в комиссии, состоящей из двух преподавателей кафедры.

 

2 Содержание пояснительной записки курсовой работы

 

 

В пояснительной записке необходимо: обосновать  цель курсовой работы, произвести расчеты в соответствии с исходными данными и в заключении сделать вывод о проделанной работе.

 

2.1 Задание к курсовой работе

 

2.1.1 Рассмотрим систему коммутации с адаптивной коммутацией (АК) (с подвижной градацией) при N=N1+N2; N1=N2. N-число канальных интервалов в цикле, данные приведены  в  таблице 2.1. N1 и N2 – число каналов, выделенных под нагрузку первого (речь) и второго классов (пакеты) соответственно. Пусть ρ1=0,1 для поддержания сравнительно низкой величины вероятности блокировки. ρ1 – коэффициент использования системы для нагрузки первого класса. Постройте график зависимости для нагрузки первого класса. Постройте график зависимости нормированной задержки μ2·Е(Т) нагрузки второго класса от коэффициента использования ρ2 для трех случаев α=μ21=10, 100 и 104. μ1 и μ2 – интенсивности обслуживания нагрузки первого и второго классов соответственно. Охватите весь диапазон значений ρ2, включая область нагрузки. Объясните влияние увеличения α на задержку.

 

Т а б л и ц а 2.1- Количество канальных интервалов и каналов

Параметры

Последняя цифра студенческого билета

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

N

4

6

8

10

12

14

18

20

22

24

N1

2

3

4

5

6

7

9

10

11

12

N2

2

3

4

5

6

7

9

 10

11

12

        

2.1.2 Пусть каждый канал в системе с АК емкостью N каналов (с подвижной границей) работает со скоростью передачи 64 кбит/с.

Каждый из двух канальных интервалов в цикле содержит по 8 разрядов. Средняя длительность пакета -1/ μ22 – интенсивность обслуживания пакетов в цикле).

1.     Какова общая скорость передачи по тракту?

2.                      Какова длительность цикла в мкс? Сколько циклов потребуется в среднем для передачи пакета? Какова средняя длина пакета в битах? Будет ли справедливым для этого случая предположение о непрерывном времени?

3.     Рассмотрите следующие два случая нагрузки 1-го класса:

а) разговоры со средней продолжительностью 1/μ11 – интенсивность обслуживания нагрузки 1-го класса, т.е. речи);

б) передача файлов длительности L Мбайт.

В обоих случаях предполагается ρ1=0,1 (коэффициент использования системы для нагрузки 1-го класса). Рассчитайте и постройте графики зависимости средней задержки пакета от коэффициента использования ρ2 для обоих случаев. Охватите,  весь диапазон возможных значений ρ2 выйдет за пределы ρ2=1? Сравните задержки со случаем схемы с фиксированной границей при ρ2=0,9. N1=N2 (число каналов для нагрузки 1-го и 2-го классов), но нагрузка 2-го класса не может занимать канал, выделенный под нагрузку 1-го класса, данные приведены  в  таблице 2.2.

 

Т а б л и ц а 2.2 – Средняя длительность пакета и интенсивность обслуживания пакетов  в цикле

Параметры

Последняя цифра студенческого билета

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

N

4

6

8

10

12

14

18

20

22

24

N1

2

3

4

5

6

7

9

10

11

12

N2

2

3

4

5

6

7

9

10

11

12

1/ μ1, мин

4

5

6

7

5

8

6

7

8

4

1/ μ2, мс

9

10

11

12

10

13

12

10

14

11

L, Мбайт

9

10

11

12

10

13

12

10

14

11

2.1.3 Построить многоканальную коммутационную систему  типа «баньян» с числом входов и выходов равным N, данные приведены  в  таблице 2.3. Привести примеры процесса маршрутизации в коммутационной системе данного типа.

 

Т а б л и ц а 2.3 – Число входов и выходов

Параметр

Последняя цифра студенческого билета

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

N

6

8

12

14

16

18

10

20

26

24

 

 

2.1.4 Построить многокаскадную коммутационную систему по схеме Бенеша с числом выходов и входов равным N, данные приведены  в  таблице 2.4.

Привести примеры процесса маршрутизации в коммутационной системе данного типа.

 

Т а б л и ц а 2.4 -  Число входов и выходов

Параметр

Последняя цифра студенческого билета

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

N

24

26

20

22

18

16

14

12

8

6

 

 

2.1.5  Необходимо рассчитать требуемую емкость памяти Lобщ при организации общей очереди для широкополосного коммутатора. Коммутационный элемент имеет N входов и N выходов, данные приведены в  таблице 5. Распределение пакетов по выходам равновероятно. Вероятность наличия пакета из-за ограниченной емкости буферного устройства P (Ii>Li) не должна превышать допустимую величину P(H)PLR. Оцените выигрыш при организации общего буфера вместо N выходных (емкости N выходных буферов - L).

 

Т а б л и ц а 2.5 – Емкость буферного устройства

Параметры

Последняя цифра студенческого билета

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

N

20

15

16

17

18

19

25

22

23

24

P

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.7

0.8

0.75

0.9

0.85

P(H)PLR

10-6

10-7

10-8

10-9

10-10

10-8

10-9

10-6

10-7

10-10

 

3 Методические указания по разделам курсовой работы

3.1 Расчет адаптивной коммутации. Альтернативным методом управления обслуживания блокируемых вызовов (нагрузки 1-го класса речи) и задерживаемых пакетов (нагрузки 2-го класса) – является разделение цикла из N канальных интервалов на две части. Одна часть, содержащая N1  канальных интервалов, предназначается для обслуживания вызовов (нагрузки 1-го класса). Другая часть. Содержащая N2=N-N1 канальных интервалов, резервируется для пакетов (нагрузка 2-го класса). Пакеты могут занимать также любой из N1 канальных интервалов 1-го класса, если он не используется в рассматриваемый момент времени. Однако при поступлении вызова 1-го класса он имеет абсолютный приоритет перед нагрузкой 2-го класса и может при необходимости сбросить пакет, занимающий один из канальных интервалов. Такая стратегия управления называется схемой с подвижной границей.

Схема с подвижной границей впервые была предложена в Цюрихских лабораториях компании IBM. С точки зрения характеристик обслуживания нагрузки 2-го класса такая схема обладает явным преимуществом перед схемой с фиксированной границей с таким же резервированием канальных интервалов. Вероятность блокировки нагрузки 1-го класса в любом случае остается одинаковой. Для пакетов же данных, как можно ожидать, при стратегии с подвижной границей задержка в очереди уменьшается, поскольку пробелы в распределении канальных интервалов для нагрузки 1-го класса могут быть использованы для передачи большего числа пакетов. Таким образом, ресурсы средств передачи могут быть использованы более эффективно.

Хотя схема с подвижной границей позволяет ожидать от нее существенного улучшения характеристик задержки для нагрузки 2-го класса, должны быть приняты и некоторые меры предосторожности. В частности, при попытке использовать канальные интервалы 1-го класса для улучшения производительности системы по нагрузке 2-го класса сверх нормальной величины, рассчитанной на N2 канальных интервалов в цикле, могут возникнуть чрезвычайно большие очереди пакетов. Таким образом, при обработке нагрузки 2-го класса существует область перегрузки. Такое явление возникает в случае, когда продолжительность занятия для нагрузки 1-го класса значительно больше длительности пакетов и происходит из-за того, что во время продолжительного обслуживания вызова поступают пакеты, переполняющие систему.

Для решения задачи необходимо проработать материал в [7, с.206-248].

Приведем формулы расчета нормированной задержки для трех случаев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Расчет коммутации  с подвижной границей. Для решения задачи нужно ознакомиться с материалом в [7, с.206-248].

Общая скорость передачи по тракту – Стр.к·N, где Ск – скорость передачи в канале.

Длительность цикла – Тц=125 мкс.

В среднем для передачи пакета потребуется nu циклов, где

 

 

Средняя длина пакета -  где b равно 8 бит.

Длительность цикла намного меньше средней длительности пакета, следовательно, можно пренебречь канальными интервалами в цикле и справедливо предположение о непрерывном времени.

Приведем расчетные формулы для средней задержки пакета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для схемы с фиксированной границей Е(Т) определяется следующим образом: Е(Т)=(ρ2/(1-ρ2))/μ2.

а)

б)  где lф – длина файла L в байтах.

3.3 Расчет коммутационной системы  типа Баньян. Построение многокаскадной коммутационной системы  типа Баньян и примеры процесса маршрутизации в такой системе приведены в [2, с.19-21; 3, с.31-33].

 

3.4  Расчет коммутационной системы  типа Бенеша. Построение многокаскадной коммутационной системы  по схеме Бенеша и примеры процесса маршрутизации показаны в [2, с.22-24; 3, с.35-36].

 

3.5 Расчет емкости памяти широкополосного коммутатора. Требуемая емкость памяти коммутатора  при организации общей очереди может быть рассчитана как свертка N индивидуальных выходных очередей.

Среднее значение и среднеквадратическое отклонение количества пакетов для широкополосного коммутатора определены следующим образом

 

  

Вероятность потери пакета из-за ограниченной емкости буферного устройства не должна превышать допустимую величину P(H)PLR. Следовательно, требуемая емкость i-го буферного устройства Lj=Nj+U·σ[Nj], где и является аргументом значения P(Ij>Lj)≤P(H)PLR и может быть найден по таблице 3.1.

 

Т а б л и ц а 3.1

Характеристики

Числовые значения

P(Ij>LJ)

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

10-9

10-10

U

7,326

3,09

3,719

4,265

4,753

5,199

5,612

5,998

6,631

Суммарная память для организации N выходных буферных устройств составляет

При заданной вероятности P(Ij>Lj)≤P(H)PLR на организацию общего буфера должен быть отведен следующий ресурс памяти

где

.

Выигрыш при организации общего буфера вместо N выходных составляет:

.

 

4 Пример решения курсовой работы

 

4.1 Рассмотрим систему коммутации с адаптивной коммутацией (с подвижной границей) при N=N1+N2; N1=N2. N – число канальных интервалов в цикле. N1 и N2 – число каналов, выделенных под нагрузку первого (речь) и второго классов (пакеты) соответственно. Пусть р1=0.1 для поддержания сравнительно низкой  величины вероятности блокировки. р1- коэффициент использования системы для нагрузки первого класса. Построить график зависимости нормированной задержки  нагрузки второго класса от коэффициента использования р2 для трех случаев .  и  - интенсивности обслуживания нагрузки первого и второго классов соответственно. Охватите весь диапазон значений р2, включая область перегрузки. Объясните влияние увеличения a на задержку.

Альтернативным методом управления обслуживания блокируемых вызовов (нагрузки 1-го класса-речи) и задерживаемых пакетов (нагрузки 2-го класса)-является разделение цикла из N канальных интервалов на две части. Одна часть, содержащая N1 канальных интервалов, предназначается для обслуживания вызовов (нагрузки 1-го класса). Другая часть, содержащая N2=N-N1 канальных интервалов, резервируется для пакетов  (нагрузка 2-го класса). Пакеты могут занимать также любой из N1 канальных интервалов 1-го класса, если он не используется в рассматриваемый момент времени. Однако при поступлении вызова 1-го класса он имеет абсолютный приоритет перед нагрузкой 2-го класса и может при необходимости сбросить пакет, занимающий один из канальных интервалов. Такая стратегия управления называется схемой с подвижной границей.

Схема с подвижной границей впервые была предложена в Цюрихских лабораториях компании IBM. С точки зрения характеристик обслуживания нагрузки 2-го класса такая схема обладает явным преимуществом перед схемой с фиксированной границей с таким же резервированием канальных интервалов. Вероятность блокировки нагрузки 1-го класса в любом случае остается одинаковой. Для пакетов же данных, как можно ожидать, при стратегии с подвижной границей задержка в очереди уменьшается, поскольку пробелы в распределении канальных интервалов для нагрузки 1-го класса могут быть использованы для передачи большего числа пакетов. Таким образом, ресурсы средств передачи могут быть использованы более эффективно.

Хотя схема с подвижной границей позволяет ожидать от нее существенного улучшения характеристик задержки для нагрузки 2-го класса, должны быть приняты и некоторые меры предосторожности. В частности, при попытке использовать канальные интервалы 1-го класса для улучшения производительности системы по нагрузке 2-го класса сверх нормальной величины, рассчитанной на N2 канальных интервалов в цикле, могут возникнуть чрезвычайно большие очереди пакетов. Таким образом, при обработке нагрузки 2-го класса существует область перегрузки. Такое явление возникает в случае, когда продолжительность занятия для нагрузки 1-го класса значительно больше длительности пакетов и происходит из-за того, что во время продолжительного обслуживания вызова поступают пакеты, переполняющие систему.

Вывод сводится к тому, что с помощью стратегии подвижной границы может быть уменьшена задержка пакетов, но при такой схеме нельзя рассчитывать на увеличение производительности.

Приведем формулы для расчета нормированной задержки для двух случаев:

а)

б);

где

Решим задачу в электронных таблицах EXCEL. По полученным данным строим график

 

Т а б л и ц а 4.1 - Значение нормированной задержки до перегрузки

р2

PВ

a

m2*E(T)

1

3,18632E-22

15

0,114141

2

6,37264E-22

14

0,112554

3

1,91179E-21

13

0,113636

4

7,64716E-21

12

0,117172

5

3,82358E-20

11

0,122983

6

2,29415E-19

10

0,131169

7

1,6059E-18

9

0,142116

8

1,28472E-17

8

0,156566

 

Т а б л и ц а 4.2 - Значение нормированной задержки в перегрузке

p2

Pb

a

m2*E(T)

m2*E(T)

m2*E(T)

9

1,15625E-16

7

0,307228

1,283222

105,1793

10

1,15625E-15

6

0,32438

1,489669

124,2169

11

1,27188E-14

5

0,352055

1,779553

150,5399

12

1,52625E-13

4

0,397186

2,215368

189,7154

13

1,98413E-12

3

0,476287

2,942912

254,6912

14

2,77778E-11

2

0,639241

4,399572

384,2697

15

4,16667E-10

1

1,135959

8,772322

772,4087

 

Рисунок 4.1 - График зависимости нормированной задержки от р2

1- для a=10;        2- для a=100;      3- для a=10000

 

Вывод: при уменьшении интенсивности обслуживания нагрузки 1-го класса (увеличения длительности обслуживания речи) в области перегрузки (для нагрузки 2-го класса) происходит образование огромных очередей пакетов.

 

4.2 Коммутация с подвижной границей. Пусть каждый канал в системе с АК емкостью N каналов (с подвижной границей) работает со скоростью передачи 64 кбит/c.

Каждый из канальных интервалов в цикле содержит по 8 разрядов. Средняя длительность пакета –  (- интенсивность обслуживания пакетов в цикле).

Какова общая скорость передачи по тракту?

N=16

Какова длительность цикла в мкс?

Сколько циклов потребуется в среднем для передачи пакета?

Какова средняя длительность пакета

Будет ли справедливым для этого случая предположение о непрерывном времени?

Для данного случая предположение о непрерывности будет справедливо, т.к. длительность передачи пакета превышает длительность цикла

Рассчитать и построить графики зависимости средней задержки пакета от коэффициента использования р2. Рассмотреть следующие два случая для нагрузки 1-го класса: а) разговоры со средней продолжительностью ;

б) передачи файлов с длительности L=10 Мбайт.

Расчет произведем по следующим формулам:

а)

б);

где

Для схемы с фиксированной границей

Для 1-го случая .

Для 2-го случая , где lф- длина файла L в байтах.

Произведем расчет и полученные данные сведем в таблицы.

 

Т а б л и ц а 4.3 - Для схемы с фиксированной границей

р2

1

2

3

4

5

6

7

8

Е(Т)

0,081208

0,065506

0,056636

0,051305

0,048135

0,046483

0,04606

0,046788

 

Т а б л и ц а 4.4 - Для схемы с подвижной границей

Р2

а

Е(Т) для передачи

речи

Е(Т) для передачи файла

1

15

0,114141

0,114141

2

14

0,112554

0,112554

3

13

0,113636

0,113636

4

12

0,117172

0,117172

5

11

0,122983

0,122983

6

10

0,131169

0,131169

7

9

0,142116

0,142116

8

8

0,156566

0,156566

9

7

5,481044

1,744982

10

6

6,448347

2,035124

11

5

7,790071

2,44071

12

4

9,791126

3,048701

Продолжение таблицы 4.4

Р2

а

Е(Т) для передачи

речи

Е(Т) для передачи файла

13

3

13,11456

4,061793

14

2

19,74786

6,087884

15

1

39,62632

12,16626

 

По полученным данным строим график


а – для схемы с фиксированной границей;

б – для передачи речи;

в – для передачи файла.

Рисунок 4.2 - График зависимости средней задержки пакета от коэффициента использования р2

 

4.3 Коммутационная система  типа Баньян.

Построить многоканальную коммутационную систему  типа «баньян» с числом входов и выходов равным 22. Привести примеры процесса маршрутизации в коммутационной системе данного типа.


Рисунок 4.3 - Общая классификация КС

 

Многокаскадные КС. Двоичная коммутационная система представляет собой регулярную решетку, составленную из однотипных двоичных КЭ, каждый из которых имеет по два входа и по два выхода. КЭ может находиться в одном из двух состояний: 1) передача БП с верхнего (нижнего) входа КЭ на верхний (нижний) выход КЭ «транзит»; 2) передача БП с верхнего (нижнего) входа КЭ на нижний (верхний) выход КЭ «кросс». Общая классификация двоичных КС приводится на рисунке 4.3.


 

Рисунок 4 .4 - Схема Баньян с примером самомаршрутизации.

 

Однокаскадная КС содержит только один каскад КЭ, соединяющих входы КС с ее выходами, что явно недостаточно для обеспечения полнодоступности КС. В связи с этим широкое применение находят многокаскадные КС. В зависимости от числа возможных путей между соответствующей парой вход-выход КС подразделяются на КС с единственным маршрутом и КС со многими маршрутами.

Многокаскадные КС, в которых существует только один маршрут между заданной парой вход-выход, носят название КС с единственным маршрутом (одномаршрутные). К ним относятся КС типа Баньян (КС-Б).

Преимущество КС с единственным маршрутом - простота маршрутизации, что связано с наличием единственного маршрута к заданному выходу, а недостаток - возможность возникновения конфликтов и блокировок БП.

Процесс маршрутизации в КС такого типа состоит в следующем. В заголовке каждого БП находится маршрутное поле S, представляющее собой последовательность двоичных разрядов, число которых равно числу каскадов в КС; В каждом каскаде КС происходит декодирование соответствующего разряда маршрутного поля, причем если разряд равен 1, то КЭ, на который поступил БП, реализует операцию «кросс»; в противном случае (разряд равен 0) - операцию «транзит». Могут быть и другие принципы выбора выхода в КЭ.

Число каскадов в двоичных КС зависит от числа входов в нее. При числе входов N для обеспечения полнодоступности, т.е. наличии хотя бы одного пути между каждым входом, необходимо иметь число каскадов  Так, при 22 входах в двоичную КС (рисунок 4.4) необходимо иметь четыре каскада. Соответственно заголовок БП тоже должен иметь четыре разряда.

Восемь БП, поступивших на восемь входов КС, в соответствии со значениями разрядов в маршрутных полях S заголовка БП передаются на выходы КС так, как это показано на рисунке 4.4. Такой принцип передачи БП со входов КС на ее выходы называется принципом самомаршрутизации.

Возможной причиной приоритетного обслуживания БП может служить, например, наличие нулевого значения, соответствующего данному каскаду разряда в маршрутном поле.

Данное правило приоритетного обслуживания БП при одновременном их поступлении на входы КС объясняет, почему БПа на выходе КС опережает БПd (во втором разряде маршрутного поля БПа стоит 0, а БПd - 1). Следовательно, в каскаде II БПа имеет приоритет перед БПd, а поэтому БПd; задержан до окончания передачи БПa. Аналогично легко понять, почему БПb на выходе КС опережает по времени БПe, который, в свою очередь, опережает БПf.

Перед тем как БП будет передан от КЭ i-го каскада к КЭ (i+1)-го каскада, необходимо убедиться, что он может быть принят. Отказ в его приеме может возникнуть из-за того, что БЗУ КЭ не имеет свободного места ожидания.

Для этих целей КЭ соседних каскадов обмениваются специальными протокольными сигналами. В том случае, когда КЭ готов к передаче БП, он посылает протокольный сигнал «запрос» (RЕQ) соответствующему КЭ следующего каскада. Если в БЗУ этого КЭ есть свободное место, то он посылает ответный протокольный сигнал «подтверждение» (АСК). При получении сигнала АСК КЭ начинает передачу БП. Если сигнал АСК за определенное время не получен, то передача БП задерживается и через некоторое время повторяется посылка сигнала RЕQ или БП теряется.

Состояние, когда БП не может быть принят КЭ следующего каскада, называется внутренней блокировкой. Кроме отсутствия свободного места ожидания в БЗУ прием БП не может быть обеспечен также из-за повреждения КЭ следующего каскада. В последнем случае в КС с единственным маршрутом передача БП на соответствующий выход по данному ВК невозможна, что приводит к прерыванию связи по данному ВК, после чего необходимы ремонт и восстановление исправного состояния КС.

Можно значительно снизить вероятность конфликтного состояния и блокировки путем использования КС со многими маршрутами.

 

4.4 Коммутационная система  типа Бенеша.

Построить многокаскадную коммутационную систему  широкополосной ЦСИО по схеме Бенеша с числом выходов и входов равным 14-ми. Привести примеры процесса маршрутизации в коммутационной системе данного типа.

 


Рисунок 4.5 - Схема Бенеша

 

КС со многими маршрутами позволяют значительно снизить вероятность конфликтного состояния и блокировки благодаря наличию множества альтернативных маршрутов между каждой парой вход-выход. Кроме того, КС со многими маршрутами обладает более высокой отказоустойчивостью.

Возможны два основных альтернативных варианта осуществления маршрутизации БП в КС со многими маршрутами.

Первый вариант состоит в том, что все БП, передаваемые по одному и тому же виртуальному каналу линии связи, передаются через КС полностью независимо друг от друга любым из возможных маршрутов (аналог дейтаграммного режима передачи пакетов в сети КП). При этом, в соответствии с рекомендациями МККТТ необходимо предусмотреть специальный механизм «сборки» отдельных БП, относящихся к одному ВК, позволяющий сохранить их начальную последовательность.

Второй вариант заключается в передаче всех БП, относящихся к одному ВК, по маршруту, определенному на фазе установления ВК. Это гарантирует сохранение требуемой последовательности БП при использовании БЗУ с дисциплиной обслуживания «первый пришел — первый обслужен». Вместе с тем, этот вариант маршрутизации требует введения достаточно сложного алгоритма маршрутизации для оптимального использования существующих путей в КС. Кроме того, преимущества наличия в КС множества альтернативных маршрутов используются только на этапе установления ВК, а не при передаче БП.

Одним из примеров КС со многими маршрутами может служить КС, получившая название схемы Бенеша (рис. 4.5), в которой имеются две ступени каскадов: каскады выбора маршрута и основные каскады. Основные каскады схемы Бенеша представляют собой обычную схему Баньян (т.е. КС-Б), а следовательно, число основных каскадов в схеме Бенеша, как и в КС-Б, равно  где N - число входов в КС. При N=14 имеется 4 каскада.

Каскады выбора маршрута обеспечивают организацию альтернативных маршрутов. При этом число каскадов в ступени выбора маршрута определяется необходимым числом альтернативных маршрутов. Так, если требуется организовать два альтернативных маршрута, то в ступени выбора маршрута необходимо иметь один каскад, поскольку в этой ступени также применяются двоичные КЭ. При четырех альтернативных маршрутах, очевидно, требуется два каскада, при восьми альтернативных маршрутах - три каскада и т.д. Таким образом, при k альтернативных маршрутах на ступени выбора маршрута необходимо иметь  каскадов.

В КС  допускается выбор одного из четырех маршрутов. Поэтому ступень выбора маршрута содержит два каскада КЭ.

В связи с тем, что при использовании различных альтернативных маршрутов БП поступают на различные входы первого каскада ступени основных каскадов (на различные входы КС-Б), значения разрядов маршрутного поля S БП, передаваемого на какой-либо определенный выход КС, должны быть различны.

Применительно к схеме Бенеша можно использовать любой из перечисленных выше двух вариантов передачи БП. При первом варианте передачи, когда поступающие на один и тот же вход КС БП могут направляться по любому альтернативному маршруту, значения разрядов расширенного маршрутного поля должны приписываться для каждого БП в процессе их передачи. При этом выбор маршрута на ступени выбора маршрута может осуществляться случайно или детерминированно. При случайном выборе в каждом КЭ этой ступени имеется возможность случайным образом выбрать один из двух выходов. Очевидно, что в этом случае после ступени выбора маршрута должны быть определены значения разрядов основного маршрутного поля для определения пути передачи БП по ступени основных каскадов. В связи с этим ступень выбора маршрута также называют ступенью генерации адреса.

При детерминированном выборе маршрут передачи БП со входа на выход КС определяется при установлении ВК. Все БП этого ВК передаются по одному и тому же маршруту. Формирование значений разрядов расширенного маршрутного поля осуществляется на этапе установления связи, т.е. на этапе выбора В К.

В КС, построенной по схеме Бенеша (КС-Бен), как и в КС-Б, возможно возникновение конфликтных состояний, ведущих к состязаниям БП. Как отмечалось выше, такие конфликты БП устраняются с помощью введения БЗУ и специального протокола обмена сигналами RЕQ и АСК, которые позволяют вместо конфликтов (состязаний) иметь дело с внутренними блокировками БП. Однако, это снижает скорость передачи БП по КС. При использовании КС на оптических КЭ, для которых создание БЗУ сопряжено с большими трудностями, применение КС-Б и КС-Бен невозможно.

 

4.5 Емкость памяти широкополосного коммутатора .

Необходимо рассчитать требуемую емкость памяти Lобщ при организации общей очереди для коммутатора Ш-ЦСИО. Коммутационный элемент имеет N входов N выходов. Распределение пакетов по выходам равновероятно. Вероятность наличия пакета на входе коммутатора – Р. Вероятность потери пакета из-за ограниченной емкости буфера Р(Ii>Li) не должно превышать допустимую величину РPLR. Оцените выигрыш при организации общего буфера вместо N выходных (емкости N выходных буферов - LS)

N=21, Р=0.8  РPLR=10-9

Решение

Требуемая емкость памяти коммутатора при организации общей очереди может быть рассчитана как свертка N индивидуальных выходных очередей.

Среднее значение и среднеквадратическое отклонение количества пакетов определены следующим образом.

Емкость i-го буферного устройства.

.

Суммарная память для организации N выходных буферных устройств составляет

.

На организацию общего буфера должен быть отведен следующий ресурс памяти

Выигрыш при организации общего буфера вместо N выходных составляет

.

 

 

Список литературы

Основная

1.                 Лазарев В.Г. Основы построения цифровой сети интегрального обслуживания. Узкополосные ЦСИО: Учебное пособие для студентов и аспирантов по специальности 23.05/МИС.-М.,1990.-89 с.

2.           Лазарев В.Г., Донианц В.Н., Долгушев С.А., Удалова Т.В. Основы построения ЦСИО. Широкополосные ЦСИО и учрежденческие станции: Учебное пособие / МТУСИ.-М., 1992.- 32 с.

3.                 Ершова Э.Б. Принципы коммутации на цифровых сетях с интеграцией служб: Учебное пособие для ВУЗов связи /МТУСИ. – М., 1994.- 43 с.

4.                 Данилов А.Н. Маршрутизация на сетях связи: методические указания для проведения занятий по курсам «Цифровые системы коммутации и сети электросвязи (2 часть)» и «Цифровые сети интегрального обслуживания» /МТУСИ. – М., 1995.-25 с.

5.                       Попова А.Г., Степанова И.В. Цифровые системы коммутации с распределенным управлением.-ч.1.- / Под редакцией Васильева В.Ф. – М.: Информсвязьиздат, 1992.- 178 с.

6.           Попова А.Г., Степанова И.В. Цифровые системы коммутации с распределенным управлением. -ч2. -/ Под редакцией Васильева В.Ф. – М.: Информсвязьиздат, 1992.- 170 с.

7.           Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. -ч.2. – М.: Наука, 1992.-350 с.

8.                      Назаров А.Н., Симонов М.В. АТМ: Технология высокоскоростных сетей. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998. -234 с.

Дополнительная

9.                      Якубайтис Э.А. Архитектура вычислительных сетей. – М.: Статистика, 1980.

10.                  Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. – М.: Радио и связь, 1986.

11.            Боккер П. ISDN. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятие, методы, системы. – М.: Радио и связь, 1991.

 

Содержание

Введение

1 Общие указания и выбор варианта

2 Содержание пояснительной записки курсовой работы

3 Методические указания по разделам курсовой работы

4 Пример решения курсовой работы

Список литературы