автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Разработка и исследование вопросов построения цифровой синхронной сети передачи данных

ЦШТРЛЛЫ1ЙЙ НАУШГО~КССШ0ВАЖШ1КИЙ ИНСТИТУТ 1.ВЯЗЛ

На правах рукогшся : ■ УЖ «2I.393;?4.03?.373

КарпЕцовиЗ Шхавл Аяеясеоют

Разработка п-лсслздовазш вопросов поз?роенж-гдафровод ошщрснной оета передачк дашшх

05.12.14 - Сош0 узяк связи s раснрэдзлеяиэ ■ шйзршщга

Автореферат дисеертэдш! на «¡опекали© ученой c?ens»s кандидата технических наук

Москва - 1988'

?8бо'га выполнена в Денгральном натаО"йдйяайовагзаьокои Еэсжу^е связи"■*■' ..'■•'■ •" • •

Научный руководитель 0ЙЙЦЕ6Л5ЦН8 огшоненга

Ведущее нрздиряЕгва-

-■докгор. .технических науа, '■. крофеееор 'В.О.Ш^арзиан

-» дсизЕор" геашч*. скзх наук, пробаеоор ВоГоЛазарев;

какдЕдег гзаи^еоких наук ВоС«Алешин

" укаеако^в реками Опециа» лйзаровапного оовега

Защиза сасгоатея

1988 р» з

на веседанйй -Спбциаянаирошшого совета К ИЗ.03.01"в Цзнераль-' ноы иаучао-ксзгвдозегегьзЕоы ивезигузо евяэа по адресу? ШШ, Москза, 1-й проэвд Персва ¡золя, д. 8а«

С диссертацией пакта оззакокияьзя в.«нвлаотекв Центрального паучно-исслзкоЕагаяъскоро кнои'игуга связи

Авгорефзраг раэсюнбк

1933 г.

Ученый секретарь Специализированного ооьега кандидат технических паук

5.Н.Стародубцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

___ьность. Стремительный рост потребностей в услугах передачи данных (ПД), а также внедрение новых телематических служб, в частности, системы электронной почты (ЭП) остро ставят вопрос о создании в нашей стране высокоэффективной общегосударственной сети (сетей) передачи цифровой информации. Важность решения этой задачи отмечена в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года", в которых говорится: "Продолжить создание и повысить эффективность работы вычислительных центров коллективного пользования, интегрированных банков данных, сетей обработки и передачи информации" .

В настоящее время проблемы высококачественной передачи цифровой информации решаются созданием специализированных сетей ПД, т.е. сетей, обеспечивающих передачу неречевых видов информации. Одновременно разрабатываются вопросы создания цифровых сетей с интеграцией служб (ЦСИС). Отмечая перспективность последнего направления, необходимо учитывать, что для создания ЦСИС потребуется не одно десятилетие. Поэтому актуальность создания в нашей стране специализированной сети ПД не уменьшается, поскольку такая сеть может быть построена и удовлетворить потребителей в гораздо меньшие сро:си.

Одним из рекомендуемых ЖКТТ способов реализации специализированных сетей ПД является их построение в виде цифровых синхронных сетей данных (ЦССД) с коммутацией каналов (КК), которые в совокупности с сетями коммутации пакетов (КП) обеспечивают удовлетворение всех основных требований абонентов. В то же время вопросам создания ЦССД, несмотря на их важность, уделяется недостаточное внимание. К настоящему времени опубликовано много работ, посвященных общим вопросам построения цифровых синхронных сетей с КК: синхронизации сети," цифровой коммутации и передаче, сигнализации по общему каналу (ОКС), управлению по записанной программе, управлению сетью и маршрутизации сообщений. Большой вклад в решение этих вопросов внесли советские ученые Г.П.Башарин, В.А.Богатырев, Г.Б.Давыдов, Г.П.Захаров, В.А.Ёршов, О.Н.Иванова, В.Г.Лазарев, И.А.Мизин, С.Д.Пашеев, В.Н.Рогинский, С.И.Самойленко, М.А.Шнепс, З.А.Якубайтис и др. Вместе с тем мало исследованы некоторые вопросы построения ЦССД, учитывающие специфические требования передачи данных и электронной почты.

Одним из этих вопросов является выбор наиболее целесообраз-

^ЗД/РСШНШ

1 Р"2..

2 'V

п^. I;. о .;снмз

1 тд ел диссертаций -Г АК'Г.УГЕ

ноя системы передачи в ЦССД смешанного по скорости трафика, обусловленного различаем скоростей работы у.подключаемых к сети уста-• новоя оконечного оборудования данных (00Д). По этому вопросу в литературе имеются данные преимущественно технического характера с примерами. конкретной реализации многоскоростных систем.' Поэтому возникает необходимость разработки методов '.анализа этих систем и методов выбора наиболее рациональных способов их построения,,

Другой ванной проблемой является обеспечение наиболее рациональной организации диалогового обмена данными в с~тях с КК, недостатком которых ятш. .тся низкое использование каналов из-за юс непроизводительное занятия в паузах диалога. Б ряде работ рассматривается возможность повышения эффективности использовг-щя каналов в цифровой сети путем их предоставления абонентам только в активные фазы диалога по методу быстрой коммутации каналов (ЕКК), Реализация этой возможности требует разработки новых способов организации процесса коммутации (алгоритмов ЕЛ1С), обеспечивающих высвобождение каналов в паузах диалога,, а такгсе определения условий целесообразного использования этих способов. Учитывая значительную долю коммутационного оборудования и магистралышх каналов в общей стоимости сети, решение указанных вопросов приводит к большому экономическому. эффекту, что также подтверждается результатам настоящей работы.

Цель работы. Основными целями настоящей работы являются:

1. Исследование методов построения объединенных систем коммутации и передачи ЦССД, обеспечивающих обслуживание с заданным качеством ыкогоскоростной нагрузки, и разрг'отка методов выбора наиболее рационального способа построения эт.'": систем.

2,- Исследование и разработка способов повышения объективность ЦССД при обслуживании диалогового графика 11Д и разработка методов оценки 1гк эффективности.

В шботе рассмотрены и реаены'следующие задачи: аьии'шз и систематизация способов построения многоскорость^х объодснешшх систем коммутации и передачи;

■ разр.лботкг! методов расчета количественных характеристик .структур шогоскороо'пшх объединенных систем коммутации и передачи;

разработка .шшенсркых методов отыскания оптимальной структура млотосксростиэй обгеданснно}? систем; коммутации и передачи;

анализ способов коммутации в ЦССД при обеспечении диалогового о^.'.г.яц: данными;

разработка алгоритмов 1ЕК, направленных на по'чзенпе э^фек-

тшзности использования коммутирует« каналов и охлопанных на г-чаю-динешт сквозного канала в паузах диалогового обмена данными;

разработка методов сравнительной оценки алгоритмов 'быстрой ц традиционной коммутации каналов по требуемой скочости. передачи ь групповых трактах и стоимости сети; -

определение области целесообразного использования алгор;и-;,~;: ЕКК в ДССД. '

Метод исследований. В работе использоылся математически., парат теории телет^афпка, метода численной оптимизации и кистего-онного ыоделлре .алия на ЗВГЛ.

Научная новизна. I. Произведены анализ и систематизации структур шогоскоростшдх систем коммутации и передачи ЦССД, основан-пне на учете требований митип.шзащш задержек и модульности Ьомму-тацношшх систем, а такие возишаост:. адаптации к величине цифровых потоков данных.

2. Предложен, обоснован и реализован комплекс;;: й подход к исследованию много скоростных систем коьмутащш и передачи ЦССД,. основанный на структурного анализе объединенной система коммутация и передачи.

3. Разработаны методы расчета показателей шогоскоросткых систем коммутации и передачи; стоимости, числа групповых трактэз передачи, требуемых объема и быстродействия памяти временной' ком~ мутационной системы. в зависимости от параметров, отрагаицих структуру этих ^лстем, а также топологические, ''нагрузочные, качественные, скоростные, емкостные характеристики сети и технико-экономические показатели используемого оборудовании,

4. Разработаны методы выбора структур многоскоростнш: систем коммутации л передачи з ЦССД, основанные на численной оптимизации структурных параметров этих систем по критерию годовых приведенных затрат на объединенную систему когя-тутацЕЯ и передачи и учитывающие требования унла-ккацш структурных решений з различит: коммутационных сганциях сети.

5» Предлог ч и обоснован новый способ организации процесса коммутации в режиме быстрой коммутации каналов, направленный на поЕышеые эффективности использования ко. лутцруемых кани^оз ДХ,Г, при обеспечении диалогового обмена данными л'основанный ка осуществляемых :од управлением СОД разъединении в паузах лахога сквозного капала при сохранении логического соединения п его оперативном восстановлении в активные фазы диалога по системе с с~.~л-данием.

6. Разработана математическая модель процесса обслуживания диалогового трааика ПД в рекимах быстрой и традиционной ко-нотации каналов, увязывающая вероятностно-временные характеристики диалогового обмена с временными параметрами систем коммутации, скоростью передачи и числом каналов в пучке и позволившая получить в явном виде формулы для расчета требуемой скорости передачи цифровых групповых трактов сети.

7. Разработан метод оптимизации алгоритма БКК по числу и скорости передачи каналов в пучке, основании?! на математической модели процесса обслуживания диалогового трагика в ДССД и позволивший обосновать и реализовать подход к сравнению алгоритмов до требуемой скорости передачи в групповых трактах.

8. Установлены зависимости экономической целесообразности использования предложенного алгоритма БКК от дальности передачи, а такие параметров диалогового обмена: требуемого времени ответа, длительности пауз, объема сообщений, числа активных «аз в диалоге и др.

Практическая ценность. В диссертационной работе доказано, что применение разработанных методов позволяет синтезировать оптимальные по критерию стоимости структуры мпогоскоростных систем коммутации и передачи и обеспечить тем самым удешевление общегосударственной синхронной многоскоростной сети по сравнению с вариантом ее реализации, рекомендуемым МККТТ, на 10-30$.

Разработанные алгоритмы и машинная программа оптимизации сек. дают возможность производить выбор структуры систем коммутации и передачи в широко:«! диапазоне исходных данных, отражающих емкостные, скоростные, топологические, нагрузочные характеристики сети, технико-экономические показатели используемого оборудования и могут быть использованы при проектировании синхронных сетей данных различного масштаба и назначения. Предложенный системный подход, основанный на совместном исследовании систем коммутации и передачи в рамках объединенной системы, мояет быть использован при разработке цифровых сетей с интеграцией служб.

В работе также показано, что применение предав.-.енного алгоритма быстрой коммутации каналов мояет обеспечить существенный выигрыш по сравнен™ с традиционным алгоритмом как в использовании магистральных и абонентских каналов на связях с технологической ЗВМ, так и в общей стоимости сети. Указанный выигрыш может быть обеспечен в шогоскоростной сети, но в наибольшей степени достигается в сетях, подобных ЦСИС, с организацией передачи дан-

них но единой скорости 64 кбит/с. Разработанная методика опрздо~ ления экономической целесообразности алгоритма БКл ноже? быть использована в широком диапазоне значений параметров диалога, длин' магистральных каналов и технико-экономических показателей, используемого оборудования. Разработанные алгоритм. БКК н нетоды его оценки имеют достаточно общий характер и могут быть использованы в любой цифровой пети с КК, в частности» в ЦСИС.

реализация результатов. Исследования, проведенные в работе, являются составной частью ряда НИР по вопросам создания общегосударственных сетей передачи данных и систеш электронной. почяь, выполненных в ДНИНС по Постановлениям Директивных органов, принятых заказчиком и рекомендованных к внедрению» Основные положения диссертационной работы и разработанные в пей методики чаилн ело-' дующее применение в этих НИР; ■

I» Результаты анализа, структур временной коммутационной сис-теш использованы в Е1ИР "Изыскание инженерных решений по созданию общегосударственной систеш; передачи данных", 1979 Го - в Приложении 5 к итогозоку отчету по НИР под названием "Принципы построения специализированной синхронной сети передачи данных". Результаты НИР приняты Государственной межведомственной комиссией и рекснеп-допны к знед*--¡кив.

2. Основные полояения методики выбора экономичных структур систем передачи и коммутации синхронной сети данных, а такпе негодика сравнения алгоритмов БКК я ТКК по использованию магистральных цифровых трактов были использованы в НИР "К-следование пр'-шенепип

в СССР электронной почты к путей ее реализации", 1982 г., выполненной по Приказу Министра связи СССР й от 27 января 1981 г. Работа принята комиссией. Минсвязи СССР к рокомоидоззна к знезрэ-нию.

3. Ме.здика выбора экономичных структур шюгоскоросгнкх систем передачи и коммутации, а такие иетодикз определения зкоиоки-ческой цел'сообразности алгоритма БКК исполх ованк з НИР "Исследование принципов построения общегосударственной цифровой сипхлонпой сети передачи данных с коммутацией каналов", 1983 г., зыпе зелно? на основании, реяення УВКС ?5 276 от 13 июня 1580 г. Акг пряекяи НИР утвернден Заместителей Министра сиязп СССР И.Б. Зубарезтг

10 сентября 1984- г.

Результаты д-ссертациопной работы используется в нзетояцез время в ведущихся в нашей стране разработках средств передача

данных, телематики и выделенной цифровой сети с интеграцие." служб, создаваемой в соответствии с Приказом Министра связи от 21 ноября 1986 года.

-лробацпя. Основше результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов отрасли связи (г.Москва, IS79 г.), на 6-ой (г. Винница, 1980 г.), 7-ой (г. Ереван» 1983 г.) и 8-ой (г. Москва, 1984 г.) Всесоюзной школе - семинара по вычис- ' лительным сетям.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ. 1

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений» Основная часть работы содержит 185 стр0» -ключая 33 рисунка и 14 таблиц. В списке литературы 68 наименований.

КРАТКОЕ С0ДЕЕШ1ИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш исследований и сформулирована це~ь работы.

В первой главе проводится предварительный преимущественно качественный анализ и систематизация еозшшых способов построения многоскоросишх систем коммутации и передачи, отбираются структуры этих систем, удовлетворяющие требованиям передачи данных, и обосновывается системный подход к их количественному исследовании во второй главе нас. jss. :й работы

Выделены отличительные признаки ЦССД, и как один го основных -применение многоскоросишх систем коммутации (ШК) и передачи (Ш1), являющихся, ввиду их интеграции, элементами многоскоростной объединенной системы коммутации и передачи (ШСКП). Используемый и рекомендуемый ШКТТ метод объединения каналов с различными скоростями передачи основан на; а) выделении различного и пропорционального скорости числа канальных интервалов (КИ) в кадре (цикле), образуемом в.гру новом тракте (ГТ) передачи или коммутации; б) образовании в ГТ групповых каналов со скоростью передачи VrK , в кг дом из которых объединяются каналы одинакового класса скоро-ти. Особенностями в построении ЦССД, вызванными су-ществешю меньшими, чем в телефонных сетях, потоками передаваемой информации, являю- гя тагане применение групповых трактов с относительно небольшой скоростью передачи (обычно 64 кбит/с) и использование в качестве коммутационных полей станций глммутации дашшх (СКД) чисто временных структур (В-ксммутаторов). Основные прей-

мужества В-комгдутатора перед прост^анственно-временннми структурами - значительная простота реализации и способность с одинаковым и высоким качеством в отношении внутренних блокировок обслувивать капали различных классов скорости.

Структура шогоскоростной системы передачи (С) может характеризоваться в сспо: ном дву!ля параметрами - шириной диапазона скоростей передачи в каналах данных, задаваемой числом скоростных категорий % , л скорости группового тракта Т.е.

С~ '1,Параметр % может вар:чроваться от 1-1, когда сигналы 00Д всех скоростных категорий передаются на единой и высшей скорости передачи (в этом случае система вырождается в одно-скоростную) до 1 = 7, когда специальные каналы образуются для каадой скоро.гной категории 00Д. Скорость передачи в групповом тракте варьируется на практике от минимальной 64 кбит/с (такая . скорость рекомендуется ЖКТТ) до велич...ш порядка нескольких . Шит/с. .

Проанализированы и' систематизированы методы построения В-ком-мутатора л-югосдоростпых систем- коммутации. Отобраны для дальнейшего исследования метода, обеспечивающие допустимые задержки сиг-налой: данных. Первая группа этих методов позволяет уменьшить объем памяти В-коммутатора. К их числу относятся: метод "группового использования памяти данных" (ИЩИ), основанный на статистическом ипользованин ячеек памяти, о возможность!) утренних блокировок с вероятностью а такяе метод "распределения памяти по каналам" (ИШ), позволяющий избегать роста объема памяти, приходящегося на один канал данных, ьропорционального скорости передач1 .

Другая группа отобранных методов позволяет снизить требуемое быстродействие памяти за счет яг аллельного выполнения операций: записи Ыш считывания по / параллельным каналам - метод "одностороннего параллельного доступа" (ОПД); одновременно заппси по £ каналам и считывав я по Ь каналам - глзтод "двустороннего па- . раллельного доступа" (ДПД). Совокупность: параметров £ , Ь л

определяет структуру временной коммутационной системы (КС). ДЬ. сопряжения ^-коммутатора с каналами сг-лзи выбран безбуферный метод "непосредственного доступа к коммутационной си», .еме" (1ЩКС).

В работе почаззна целесообразность одновременного использо-Ja!шя во всех структурах методов НДКС и РШ(, обеспечивающих приемлемые для высокоскоростной (43 кбит/с) передачи данных задержки сигналов - не более 0,33 ко в одной КС и 9,3 кс в полном циррозом соединении протяженностью I тыс. км. Анализируется возможность и

предлагается схеш модульного построения временных КС на основе многоблочных структур. Определяется общи!: перечень подлежащих дальне!*шему исследованию структур КС.

Анализируется интеграция (слияние) систем коммутации и систем передачи в ЦССД и»делается вывод о целесообразности при-их исследовании использования системного подхода, учитывающего влияние о1 ix или иных структур каждой из систем на технико-:. .юномические характеристики всей объединенной системы коммутации и передачи в целом.

Вторая глава посвящена разработке методов расчета и выбора структур многоскоростных систем коммутации и передачи. На основе исследования объединенной системы коммутацией передачи определяется структура ШСКП Ы) как совокупность структуры ЬЮП и ограниченного набора применяемых в сети структур КС, определяются исследуемый объект в виде множества Е = ££v... j возможных .структур ШСКП и целесообразность их оценки по экономическому критерию в виде годовых приведенных затрат (стоимости).

Для проведения количественной оценкг и выбора структуры ШСКП необходимо решить следующую задачу. Известно: Л -совокупность параметров, отражающих топологические, нагрузочные, емкостные, скоростные характеристики ШСКП, технико-экономические показатели используемого оборудования. Требуется определить: I. Стоимость ЬЮСКП (6"москп) как фушсцию параметров, вход, jux в совокупности об и Е; 2. Такую структуру Е^ .с: Е* при которой S Ь.001Ш"~,"ГГ"'П-

С целью упрощения решения первой части задачи и возможности получения общих аналитических * ранений ..ршшто целесообразным свести задачу к определению функции стоимости участка ШИШ, содержащего, пожало средств Ш1, только одну СКД. В результате получены аналитические выражения для числа групповых трактов, объ -ма памяти коммутационного оборудования, что позволило вывести формулы да.я расчета стоимости ШП и МСК и, в конечном ьтоге, стоимости ШС1Ш. Общее выражение, для .-числа групповых трактов (Н) учитывает различие скг-остей передачи в'каналах-данных, рекомендуете '"КТТ правила-их объединения, возможность построения сиг-Tc.MJ передачи на основе m субсистем, дискретный характер, значений ckojvcth передачи в отдельшх каналах и групповы4' трактах и имеет следуй ■ й вид:

' Vjj Mi]

гп

TS? i * Vr-Ktj) i^K'j)

V 4 rrtj)

где [ ] - означает округление содержимого скобок до большего целого;. X - число направлений связи; Цу и Му, - соответственно скорость передачи в каналах данншс и их число в j -й субсистеме МОП.

Полученные выражения для объема памяти временной КС учитывают возможность комбинированного использования различных методов построения В-коммутатора к £ - кратного резервирования, оборудования» Например, объем основной памяти данных £2 , выраженный в числе интегральных схем (ПС), моино представить в виде

Г " - М 1

•С ЦКс

где С - количество одновременно коммутируемых'бит; М - число каналов данных, и Ь - структурные параметры зременной КС; 8 - коэфф циент концентрации, зависящий от вероятности блокировки ?бл» ^ис и Кио ~ ой,ьем и число ячеек ИС.

Для оценки реализуемости коммутационных структур пасены обобщенные (для всех исследованных структур КС) выражения для требуемого быстродействия памяти В-коммутатора. Например, для основной памяти х. иных время цикла Т определяется из следующей формулы-

= ^¿/Чт н г7 + ь)-

Анализ полученных зависимостей показал реализуемость на сов--решенной элементной базе В-коммутаторов емкостью до 30 тыс. точек подшяоч ения (т.п.).

При решении второй части задачи на основе получению: аналитических выражений разработаны основашгые на методе численной оптимизации алгоритм и машинная программа выбора (синтеза) искомой структуры. При разработке алгоритма, с целью снижения размерное- ' ти задачи и обт>еиа вычислении, предусматривалась процедура типизации участков ШСКП по абонентской емкости и учитывались ограничений! на число структур КС, одновременно используемых на сети св£. и.

Применение разработанных методов было использовано при решении задачи'выбора структуры ШСКП общегосударственной ЦССД-в пи-роком диапазоне абонентских емкостей сет" ( А/0 - 70...700 тыс. аоонентов). и средних по сети скоростей-передачи даг:чх ( 1Г = 50...48000 бит/с). В'результате проведенных расчетов определено, что • рекомендуемая 4,П(КТТ структура Ш7 ( 1Г-, = 64 кбит/с,

= С00...4С000 бит/с) наиболее экономична ь ^етях с V < 1,5...4 кбит/с л /Ус порядка 100...500 тис. абонентов. Увеличе-

ние, в соответствия с современными тенденциями, значения параметра •и'Ср приводит к экономической целесообразности структур ШП с большими групповыми скоростями передачи (например, 8448 кбит/с в сетях с ггср >.■ 20 кбит/с при Л/0 - 700 тыс.) и с более узким диапазоном скоростей каналов (например, начинающимся со скорости 480у кбит/о.душ сетей с *и'ср > 25 кбит/с при N с < 175 тыс.), В части системы коммутации определено, что для значений 1ГСр, лежащих з диапазоне 1...4 кбит/с, наиболее эканошгащмв являются две структуры временной КО - одноблочная структура НДКС + РЖ для узлов малой емкости к!.„.3 тыс. т.п. и мпогоблочная структура ПДКО+РПК-ьОДД для узлов с >едней и большой емкости до 30 тнс» т.п. При больших. 1ГСр по. зляется целесообразность добавления двум указанным третьей структуры НДКС+РЖ+ДПД, рассчитанной, на кк 'ше потоки коммутируемой информации.

• .В третьей главе сформулирована задача повышения эффективности использования каналов при диалоговом обмене, данными, анализируются практические пути ее решения в цифровой1 сети о КК. Предложены новые алгоритмы коммутации.

Для постановки задачи и определения требований к алгоритму коммутации на первом этапе анализируются характеристики и струк-' тура диалогового обмена данными, осуществляемого ыакду абонентской установкой (АУ) и технологической ЭВМ. Для такого взаимодействия характерно получение оператором АУ ответа на каждое посланное им з^ ..росное сообщение. Паузы между активными '¡¡азами (сегментами) диалога, которые используются абонентами для обдумывания и подготовки следующего запроса, как . давило, значительно длительнее активных фаз и имеют продолжительность от нескс ьких секунд до нескольких минут. Важным параметром, характеризуг -им качество об-.слуливания диалогового обмена, является время ответа ~Ь , определяемое от момента подачи запроса на передачу накопленного в АУ запросного сообщения до получения этим АУ первого знака ответного сообщения. Требования ко времени ответа обычно задают вероятностью ^ его непревышения некоторой критической величины -¿0 з виде

Б самом общем виде основная задача заключается в отыскании способов ор • днюации процесса коммутации, обеспечивающих выполнение е.^рыулнрованкого в (I) требования к интерактивному ззаиыо-до1":отв;п: абонентов при : шямуке затрат на связи.

При анализе возможных способов организации диалоговой связи в сети с КК в качестве базового варианта принят режим традиционно: коммутации каналов (ТКК), при котором сквозной .;анал между ьзан; действующиыи установками ООД удерживается в течение всего диалог независимо от длительности пауз. Уже отмеченным выше недостатке?! алгоритма 1КК является непроизводительное *'спользование 'каналов связи в пауз ах <, Также непроизводительно используются и дорогостоящие входа технологической ЗШ. Поэтому основное витание оало уделено рассмотрению новых режимов коммутации, основанных на быстром переключении каналов в паузах диалога - быстрой коммутации каналов (Б1СК). Режш ЕЖ характеризуется разьединением сквозного канала в паузах диалога при сохранении логического соединения и • быстрым (менее I о) его восстановлением,.не приводящим к ограничениям в интерактивном обмене данными»

Имеющиеся в литературе предложения по реализации ЕКК страдают недостатка}®. Так, например, реализацию БКК в виде последователь-ноств обычных вызовов, независимо осуществляемых в активные фазы диалога по системе о отказами и повторными попыткам, нельзя признать удачной из-за низкого качества обслуживания, задержек при ведении диалога к большей нагрузки на управляющие устройства ОВД. Не оптимальны и варианты БКК, при которых, подобно телефонным системам ТА31, функции обнаружения пауз и; принятия решения о временном разрыве или восстановлении соединения возлагаются на оборудование сети связи. В этом случае приштшатано невозможно из-за задержек при коммутации избегать потери информации, если не прибегать к установке буферных накопителей в станциях коммутации. Однако последний вариант неприемлем, поскольку он вызывает задержки в передаче сообщений, не удовлетворяющие требованиям гатер-активного обмена данными. Поэтому в работе рассматриваются только те алгоритмы БКК, которые основываются па осуществлении шпрьша и восстановления соединения под правлением ООД.

С учетом : ебовшшй к качеству обслужив? "¿я диалогового обмена данными, а также к простоте реализации я окономгчн'--тя сети связи оыли разработаны два алгоритма БКК. с высвобождением каналов ца время пауз на магистральном участке (алгоритм ДКГ I) и а высвобожден. м каналов на магистральном к абонентском ¿'-гаотк'.:-: (алгоритм ЕКК-2). Для уменьшения требований к производительности управляющих устройств (УУ) станций коккутацлк сба алгоритма ;; ;:/.--дускатршзаюг установление логических соединений не только па уровне взазмодейс'иззс-ацих ООД, но и в сети данных. 5 этом случае ЛССД

строится так, что после разрыва сквозного канала, устанавливаемого для т чрвого сегмента диалога, в узлах коммутации сети остается информация, ускоряющая процесс установления соединения для всех последующих сегментов диа-~>га. Отличительной чертой предложенных алгоритмов БКК является также обслуживание вызовов (но не сообщений) на пучках каналов ЦССД по системе с ожиданием.

В четвертой главе разработали метода оценки предаояенных алгоритмов БКК в сравнении с традиционным алгоритмом по требуемой ■ скорости передачи в групповых трактах и стоимости сети и определяются условия целесообразного использования различных алгоритмов.'

Возможный вшп^ыш в магистральных каналах за счет применения БКК определялся на примере алгоритма БКК—I и оценивался по коэффициенту использования скорости передачи в групповом трак.о (К), показывающей" соотношение между, средней величиной суммарного потока передаваемых абонента!,и данных и топ скоростью передачи в ГГ„ которая обеспечивает пропускание этого потока при выполнении условия (I). На основе анализа характеристик к временно!! структуры диалогового обмена, а такке процедур установления соединения в сети получено выражение для расчета коэффициента К для алгоритмов ТКК и БКК в виде

// _ 0.5Яж Хэ Я N (2)

Л Лкс. т'1Г-гХагокс и+с^и ,

где 0,5 - коэффициент, учитывающий неодповременность передачи запросного и ответного сообщений; Хз - интенсивность установления диалоговой! связи; с1 - среднее число сегментов в диалоге £ N - число терминалов; к £.ос - средние объемы соот-

ветственно запросного и ответного сообщений; /'оке ~ загРУзка общего канала сигнализации; £ окс - объем служебного сообщения ОКО; т и аГ - соответс зенно число к скорость передачи каналов данных в пучке; с - коэффициент, равный нулю при ТКК в единице при БКК.,

Определена^ коэффициента К по формуле (2) требует знания двух параметров, характеризующих пучок каналов - т и от . При ТКК эти два параметре ■ определяются независимо один от другого: пч - на основе теория полнодоступного пучка с потерями по вероятности потерь Рп и нагрузке У=Ла-с3Л/, где -I -средняя длительность диалога, а V - на основе анализа верояткостно-вре»:окш-2с. характеристик составляющих времени ответа и подбора та-

кого значения искомого параметра, которое обеспечивало бы выполнение условия (I). В случае БКК образуется полнодоступный пучок магистральных каналов с ожиданием, эквивалентный системе с ожиданием типа М/(? /т . При двух узлах коммутации время ответа составит: ¿е (БКК-1) = 2 Кб + 4= » где ^ "

время коммутации, - время ожидания предоставления канала в

пучке, - время передачи запросного сообщения, - время

обработки сообщения в ЭВМ, 3 - объем знака в битах. Если известны

параметры рассеяния случайных величин , -6 ,

и

определены среднее время занятия канала -6ЗК , интенсивность потока сегментов диалога Л*" и вероятность блокировки каналов в пучке г то задача заключается в отыскании множества таких пар значений величин т и тг ,_при которых параметры времени ожидания канала в пучке (среднее -Ь и дисперсия со (~Ь0к)> определяемые по формулам:

Ps -i

зк

а2 (i,K)

эк

2(m-F-k3KN) ¿fO = m-lh И \/ fir (2-Рв),

оказываются подходящими для выполнения условия (I), и среди них такой оптимальной пары {m тг* } , при которой коэффициент К был бы максимален. Для решения этой задачи с помощью теории телетрафика были разработаны математическая модель процесса обслуживания диалогового трафика ПД в режиме БКК, а также методы численной оптимизации алгоритма БКК по числу и скорости передачи каналов в пучке. Получены количественные оценки коэффициента К при различных значениях средней длительности пауз (Т) и -fc^ . При этом показано, что при оптимально выбранной rape (fn*; гг*} и при -¿^ и Т, равгшх соответственно 4 и 100 с, коэффициент К достигает значения, равного 0,ЗЯ, что приблизительно в 10 оаз превышает аналогичный показатель для алгоритма ТКК.

Учитывая новизну разработанных аналитических методов определения параметров времени ожидания на пучке каналов, а также использование приближенных формул и допущений, било проведено имитационное моделирование полнодоступного пучка каналов с ожиданием при обслуживании диалогового трафика в режиме БКК. Сопоставление полученных при этом значений К с результата! ш, полученными аналитическим методом, показало, что они достаточно хорошо совпадают, что

дает основание считать разработанный аналитический метод правильным и рекомендовать его для инженерши; расчетов.

При экономическом сравнении алгоритмов, проводимом по годовым приведенным затратам па сеть данных, учитывались и отрицательные стороны БКК, связашше с увеличением затрат на УУ станций коммутации но сравнению с ТК" и увеличением в 1,5-? раза, как показано в работе, необходимой скорости передачи в отдельных каналах данных. Последнее вызвано необходимостью при БКК более быстрой передачи запросных сообщении, чтобы скомпенсировать дополнительные задержки, связашше с установлением соединений после пауз» Особенность подхода к экономической оценке алгоритма БКК-2 заключается, в его оптимизации не по двум, как при БКК-1, а по трем параметрам ■ числу г, ладов на игиотральном и абонентском участках и скорости передачи«, Показано, что алгоритм БКК-1 становился экономичнее ЕЖ на расстояниях свыше 2 тыс. км в случае использования цифровых каналов и свыше 300 км в случае использования аналоговых каналов. Показано, что алгоритм БКК-2 в широком диапазоне исходных данных оказывается значительно эффективнее алгоритмов ТКК и БКК-1„ Экономический выигрыш по сравнении с И® обеспечивается при лгабык длинах магистрального цифрового канала, если длительность пауз Т превышает 30 с. а при больших Т (порядка 100 с) достигает 2-3-кратного размета. Показана высокая перспективность алгоритма БКК-2 в сетях, подобных ЦСИС, с организацией передачи данных на единой скорости, равной 64 кбит/с.

В Приложении приведены вспомогательные материалы, содеркащие техническое описание временных коммутациошшх систем, расчет озки-даемого экономического эффекта и акт об использовании результатов диссертационной работы.

" ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1, Предложен и .реализован комплексный подход к исоледованио и. оценке многоскоростннх систем кою,утацни и передачи синхронной сети данных, основанный I учете интеграции этих систем, требова-1шй минимизации сетевых задержек сигналов, модульности коммутационной системы, . также возможности адаптацтщ к величине цифровых потоков данных. Предложенный подход может быть использован при исследовании и разработке не- только цифровых синхронных сетей данных^ но и дифр зых сетей с интеграцией служб.

2. Разработаны методы расчета параметров шогоскоростных временных систем коммутации ж передачи; числа гр тповых трактов,

требуемых объема и быстродействия памяти В-коммутатора, а также стоимости этих систем. Эти метода учитывают различие, скоростей в каналах передачи данных,' особенности их объединения,'возможность комбинированного., использования различных, методов построения В-коммутатора и-явют.оь основой для разработки методов выбора ..структур систем коммутации' и передачи. ':..':''

3. разработаны'-основанные на/методе' численной оптимизации алюритм и машинная программа выборе оптималышх структур много-скоростншс систем коммутации и передачи по критерию минимальной стога.юсти объединенной систеш коммутации и передачи. Алгоритм является универсальным по отношению к топологическим, емкостным, нагрузочный, скоростным, качественны?,! характеристикам сети и технико-экономическим характеристикам используемого оборудования, что позволяет использовать его при исследовании и проектировании различных по масштабу и назначению синхронных сетей данных.

4. Установлено, что рекомендуемая Г-ЖКТТ структура шогоско-ростной системы передачи с групповой скоростью передачи 64 кбит/с и диапазоном скоростей каналов данных от вОО до 48000 бит/о оказывается целесообразной в сетях со средними скоростями передачи даеных„ не превышающими 1,5...4 кбит/о при емкости сети порядка 100...500 тыс» абонентов. Показана целесообразность перехода с ростом абонентских скоростей на структуры о более узким диапазоном скоростей каналов данных и с более высокими, чем 64 кбит/с, скоростями групповых трактов, если среднее ¡ее количество в одном направлении связи становится больспм шести.

5. Установлено, что наиболее экономичными структурами коммутационной систеш при средних *о ¡сета скоростях 00Д порядка 1...4 кбит/с являются: структура, использующая метода "непосредственно-' го доступа к когдоутациошгай системе" и "распределения памяти по каналам" для уз. JB'коммугацш малой емкости до 3 тыс. точек подключения (т.п.) и структура, использующая такле и метод "одностороннего параллельного доступа" для узлов коммутации средней и большой емко ти до 30 тыс. т.п-. Показан целесообразность с увеличением скоростей передачи данных применения в .них узлах структур, осп ианшк на методе "двустороннего параллельного доступа1.'

6. Предложены и разработаны алгоритм быстрой коммутации каналов, основанные на повышении использования идгнетральных (алгоритм БКК-1), а татке абонентских каналов на связях с ЗВ.М (алгоритм БКК-2) за счет разъединения физического канала в паузах диалогового обмен0 и отличающиеся от известим алгоритмов БКХ

ми задержками сообщений, отсутствием отказов в соединении и упрощенной процедурой обработки вызовов в узлах коммутации.

7. Разработаны методы расчета, позволяющие для алгоритмов БКК и ТКК определять требуемую скорость передачи в групповом тракте, число и скорость передачи каналов пучков линий, а также стоимость участка сети в широком диапазоне характеристик диалогового трафика, отражающих интенсивность установления диалоговой связи, длительность пауз, объемы передаваемых сообщений, дальность передачи и др. При этом разработаны математическая модель процесса обслуживания диалогового трафика ТД и методы оптимизации алгоритма БКК, позволившие получить в явном виде расчетные формулы для сравнения алгоритмов коммутации различного типа. Правомерность использования для инженерных расчетов новых математических моделей подтверждена моделированием на ЭВМ. Разработанные методы расчета и моделирования на ЭВМ характеристик сети для режима БКК тлеют достаточно общий характер и могут быть применены при проектировании и цифровых сетей с интеграцией служб.

8. Установлено, что при длительных паузах алгоритм БКК обеспечивает примерно 10-кратный, по сравнению с традиционным алгоритмом, выигрыш в требуемой скорости передачи в групповом тракте при почти двойном повышении скорости передачи в канале данных.

9. Установлено, что алгоритм БКК наиболее эффективен при освобождении в паузах диалога, абонентских каналов на связях с ЭВМ (алгоритм БКК-2), приводя при паузах порядка 60...100 с и допустимом времени ответа порядка 4 с к значительному (приблизительно 2-кратному для местных и 3-кратному для магистральных соединений) экономическому выигрышу по сравнению с традиционным алгоритмом.

10. Показана экономическая целесообразность алгоритма БКК-2 в сетях, подобных ЦСИС - с передачей данных на единой скорости 64 кбит/с, во всем диапазоне существующих длин каналов, длительностей пауз и объемов передаваещх сообщений.

В отчетах по ряду проведенных в ЦНИИС -НИР показана целесообразность использования разработанных методов в ведущихся в нашей стране разработках перспективных средств передачи данных, телематики, а также цифровых сетей с интеграцией служб. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составит 270 тыс. рублей при внедрении каждой станции коммутации с емкостью 1,5 тыс. точек подключения.

По яеме дизсертацик опубликовали следующие работа:

Карпинский М»А. Принципы коммутации каналов в синхронной сети передачи дашшх // Сети а аппаратура передачи дашшх: Сб. науч. трв /ЦНИИС. - Mi 1979. - С6 I0I-I08.

Карпинский МсД,. Проблема построения цифровых сетей передачи данных а' коммутацией каналов // 2 Всесоюзная научно-техническая »оифэренщи 'молодке ученых п специалистов отрасли связи: Тез. докл.°. В 2 То - 1980, - Т. I. - С, 72.

Карпинский ILA., Шварпман В.О. Цифровые сшссрлпше сети данных - новое поколение сетей о коммутацией каналов. - Препринт, -J.I.S АН СССР. Научный совет по комплексной проблеме "Кибернетика", 1981. - 68 с.

Карпинский М.А., Осипов В.Г„, Сафонов И.К. Передача дашшх в цифровых специализированных сетях дашшх общего-'назначения // Электросвязь» » 1Г32. - ib I, - С. 28-32. •

Алексеева II.Ю., Карпинский H.A. 'Лодифзщация метода коммутация каналов для обслуживания диалоговой нагрузки в вычислительных сетях //.-.Седьмая всесоюзная школа-семинар по вычислительным оетш: Тез., док-л»;- ,В З'ч,. -- Д.",. j983. - ч. I. - С. 17-23.

Алексеева-Н.Ю„?.\'Карпи1скнй,;'М„А. Выбор скорости работы сконеч-Н1 го оборудования-для службы телетекс /'/ Девятая всесоюзная джола-семинар по вычислительным .сетям: Tf-~. докл.: В 3 ч. - Н., 1984. - Чо 2,2. - С. - П0~П6.

Карпинский М.А. Статистическое уплотнение абонентских линий в вычислительной сети с быстрой ко:.®стацией каналов // Девя 1Я всесоюзная ипгола-сеглинар по вычислительным сетям: Тез. докл.: В 3 Чо » М., 1984. - Ч„ 2,2. - С. 24-30.

Синхронные сети дашшх / d.O.Шварцман, Н.П.Етрухин, Ы.А.Кар-' пинский, В.ГоОсипов, И.К.Сафонов; Под ред. В.О.Шварцмана. - М.: Радио и связь, I98S. - в печати.

Подписано к пе-лт1г19.05.88". -Л 657Й. Зак.й 498/88". Тиране 100 окз.

Отпечатано на рогапринто в ЦНИЙС ШМ, Москза 2-Ш', 1-й проезд Пороза поля , 3