.

Управление в сетях с коммутацией сообщений

В сетях с коммутацией сообщений задача системы управления — доставить сообщение адресату по возможности по кратчайшему пути и в заданное время. Принятое на узле сообщение, снабженное адресом, после запоминания и анализа адреса направляется к следующему узлу по кратчайшему или обходному направлению. Система управления на узле не только распределяет потоки сообщений и регулирует очереди (с учетом приоритетов), но и выполняет другие функции, например: объединяет несколько сообщений в один общий пакет или, наоборот, разделяет длинное сообщение на сегменты, удобные для передачи, объединяя их на приемном узле; осуществляет многоадресные (циркулярные) передачи; выдает “квитанции” о доставке сообщения. Кроме этого, в сетях с коммутацией сообщений система управления осуществляет изменение скорости передачи или перекодирование, если это необходимо. Наконец, УУ может задерживать выдачу информации, пришедшую в то время, когда абонент не работает, до начала его работы.В современных сетях связи способы коммутации (каналов и сообщений) обычно объединяются. Взаимодействие между этими двумя способами также осуществляет система управления. Так, в принятой в настоящее время системе прямых соединений на телеграфной сети страны наряду с коммутацией каналов применяются буферные запоминающие устройства, куда записываются сообщения в случае отсутствия свободных каналов к вызываемому пункту.

Управление на многопунктных линиях Несколько специфические требования предъявляются к управлению работой многопунктных (групповых) линий. Здесь система управления должна не только осуществить вызов требуемого пункта (или определенного устройства одного пункта) и обеспечить доставку информации, но и отрегулировать режим работы линии так, чтобы по возможности устранить взаимное влияние пунктов друг на друга при наилучшем использовании каналов связи. Осуществление управления доставкой информации в групповых линиях производится как аппаратными методами (специальными УУ), так и программными с использованием ЭВМ (специальных управляющих или универсальных, выполняющих одновременно и другие функции). Так в узлах коммутации сообщений управление групповой линией может осуществлять УУ узла.

Управление потоками информации в сети Распределение потоков информации обеспечивает надежность и живучесть сети, ее правильное функционирование в условиях изменений состояния сети — выхода из строя или введения в строй отдельных магистралей и узлов или целых областей сети, возникновения перегрузок на отдельных направлениях и т. п. Основная цель управления потоками информации — обеспечить доставку поступающих потоков по оптимальным путям с соблюдением необходимых качественных требований (правильности и времени доставки, верности принятых сообщений) при возможно меньших материальных затратах. Последнее предусматривает выбор оптимальных путей, загрузку каналов и другого оборудования. Сеть связи непрерывно меняется как за счет состояния отдельных ее ветвей и узлов, так и за счет потоков нагрузки, поэтому система управления должна быть адаптивной. При этом изменения алгоритма функционирования сети должны происходить не слишком редко (чтобы достаточно быстро реагировать на изменение ситуации), но и не слишком часто (чтобы не вызывать излишних перестроек сети при кратковременных перегрузках на отдельных участках и не загружать сеть излишней передачей управляющей информации).

В задачу этого управления входят следующие функции, основанные на сведениях о состоянии сети: осуществление изменений в структуре сети и перераспределения (перекроссировки) каналов между отдельными направлениями или отдельными вторичными сетями; определение и перераспределение направлений доставки информации (выработка алгоритмов управления доставкой); организация прямых каналов; ограничение (когда это необходимо) поступления информации от отдельных групп абонентов или задержка информации; ввод в работу резервного оборудования; осуществление синхронизации в пределах сети. В информационных сетях, включающих различные ВЦ и банки информации, система управления сетью может также осуществлять перераспределение задач между ВЦ в зависимости от их исправности или загруженности. В настоящее время управление распределением потоков информации осуществляется в большинстве случаев вручную с использованием устройств кроссировок на основании априорных сведений, получаемых по распоряжениям диспетчеров вышестоящих станций или по расписанию. При автоматизации системы управления потоками и доставкой информации могут быть объединены в двухуровневую систему. В настоящее время различают три основных принципа построения систем управления сетью: централизованный, территориальный (зоновый) и децентрализованный. По алгоритму управления можно выделить системы с детерминированным управлением (работающие по заранее заданным программам) и стохастическим — адаптивным (при котором новый режим работы сети после изменения ситуации выбирается в результате ряда проб). Одним из наиболее эффективных методов управления сетью, по-видимому, является метод динамического управления сочетающий централизацию и децентрализацию. Коммутируемая телефонная сеть состоит из автоматических телефонных станций и узлов. Для их взаимодействия и передачи необходимой информации на различных этапах установления и разъединения соединения используются определенные электрические сигналы. Совокупность этих сигналов называется системой телефонной сигнализации, в которую входят сигналы, обеспечивающие необходимую и достаточную информацию абоненту при автоматической связи, телефонистке — при полуавтоматической связи, а также информацию для нормальной работы устройств автоматической коммутации на станциях и узлах. Сигналы, передаваемые по абонентским и соединительным линиям, в прямом и обратном направлениях разделяются на три группы:

  • линейные,
  • управления,
  • информационные (акустические).

Линейные сигналы передаются по линиям как в прямом, так и в обратном направлениях с момента начала установления соединения и до полного освобождения линий. Эти сигналы отмечают основные этапы установления соединения: занятие, отбой, разъединение и др.

К сигналам управления относятся сигналы, передаваемые между абонентскими аппаратами и управляющими устройствами, а также между управляющими устройствами узлов и станций в процессе установления соединения как в прямом, так и в обратном направлениях. Основными сигналами управления являются сигналы набора номера, так называемая адресная информация. Кроме этих сигналов в некоторых системах АТС передаются сигналы о категории вызова, запроса аппаратуры определения номера АОН при междугородной связи, виде устанавливаемых соединений, способе передачи управляющей информации и т. д.

Информационные акустические сигналы передаются в основном в обратном направлении (от АТС в ТА) и служат для информации абонентам о состоянии устанавливаемого соединения: “Ответ станции”, “Занято”, “Посылка вызова”, “Контроль посылки вызова”. В АТС с программным управлением передается акустический сигнал, предупреждающий вызываемого абонента, занятого местным соединением, о поступлении внутризонового, междугородного или международного вызова, и др.

Состав каждого из этих видов сигналов зависит от типа коммутационного оборудования станции и узлов сети; типа систем передачи, используемых на тех или иных участках телефонной сети; структуры сети и ее отдельных участков (местная, внутризоновая, междугородная); способа построения управляющих устройств (индивидуальные, общие, программные и т. д.); способа передачи этих сигналов и т. д. Различают системы сигнализации для местных, внутризоновых, междугородных и международных сетей. В данном курсе будем рассматривать передачу сигналов в основном для местных сетей. Системы сигнализации на внутризоновых междугородных и международных сетях изучаются в курсе “Проектирование и техническая эксплуатация сетей электросвязи”. На местных телефонных сетях (ГТС и СТС) имеются станции декадно-шаговой и координатной систем, начинают внедряться квазиэлектронные и электронные АТС, поэтому соединительный тракт между телефонными аппаратами может устанавливаться через несколько однотипных или разнотипных АТС, которые должны обмениваться электрическими сигналами в процессе установления и разъединения соединений.

Линейные сигналы передаются следующими способами - шлейфным по физическим двухпроводным цепям (например, абонентским линиям); частотным по выделенному сигнальному каналу на частоте 3825 Гц в системах передачи с использованием частотного разделения каналов; способом наложения по выделенному сигнальному каналу в цифровых системах передачи; двоичным кодом по общему каналу сигнализации. Допускается применение батарейного способа передачи сигналов по двухи трехпроводным физическим цепям. На СТС допускается индуктивный способ передачи линейных сигналов по двухпроводным физическим цепям. Для передачи сигналов управления применяются по разговорным проводам многочастотный способ с использованием частот разговорного спектра 700, 900, 1100, 1300, 1500, 1700 Гц; по общему каналу сигнализации — двоичный код. Передача адресной информации на участке абонентской линии может осуществляться частотным способом с использованием двухгруппового кода на частотах: 697, 770, 825, 914 Гц (первая группа) и 1209, 1336, 1477, 1633 Гц (вторая). Поскольку на отдельных телефонных сетях могут работать одновременно АТС различных систем, возникает необходимость в согласовании их работы, что должно найти отражение в системе сигнализации. При установлении соединения между ТА местной телефонной сети в соединительном тракте может быть разное число АТС и разное число участков соединительных линий в зависимости от структуры сети (нерайонированная, районированная без узлов, районированная с узлами) и от направления соединения (внутреннее, входящее, исходящее, междугородное). Поэтому в систему сигнализации должны входить сигналы, обеспечивающие процесс установления и разъединения соединения на сети соответствующего типа между любыми ТА абонентов сети. Состав сигналов определяется эксплуатационным процессом, принятым на действующей телефонной сети, а также требованиями, предъявляемыми к современной телефонной сети с учетом ее развития на перспективу

Коммуникационная cеть - система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами. Отличительная особенность коммуникационной сети - большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса, и соответственно различают группы сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др. При функциональном проектировании сетей решаются задачи синтеза топологии, распределения продукта по узлам сети, а при конструкторском проектировании выполняются размещение пунктов в пространстве и проведение (трассировка) соединений. Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.

Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных. Подготовка данных, передаваемых или получаемых ООД от среды передачи данных, осуществляется функциональным блоком, называемым аппаратурой окончания канала данных (АКД или DCE - Data Circuit-Terminating Equipment). АКД может быть конструктивно отдельным или встроенным в ООД блоком. ООД и АКД вместе представляют собой станцию данных, которую часто называют узлом сети. Примером АКД может служить модем.

Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

  • территориальные - охватывающие значительное географическое пространство;
  • среди территориальных сетей можно выделить сети
    • региональные 
    • глобальные,имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы;
  • региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);
  • локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);
  • корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина); это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet.

Различают

  • интегрированные сети,
  • неинтегрированные сети 
  • подсети.

Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.  В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в единую систему комплексной автоматизации (CIM - Computer Integrated Manufacturing). Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.

Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению. Подсети в интерсетях объединяются в соответствии с выбранной топологией с помощью блоков взаимодействия. Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети в отличие от связи через некоммутируемые каналы, обычно закрепленные за определенными абонентами.

Различают следующие способы коммутации данных:

  • коммутация каналов - осуществляется соединение ООД двух или более станций данных и обеспечивается монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто;
  • коммутация сообщений - характеризуется тем, что создание физического канала между оконечными узлами необязательно и пересылка сообщений происходит без нарушения их целостности; вместо физического канала имеется виртуальный канал, состоящий из физических участков, и между участками возможна буферизация сообщения;
  • коммутация пакетов - сообщение передается по виртуальному каналу, но оно разделяется на пакеты, при этом канал передачи данных занят только во время передачи пакета (без нарушения его целостности) и по ее завершении освобождается для передачи других пакетов.