С каждым годом увеличивается процесс сближения компьютерных и телекоммуникационных сетей различных видов. Для этого создаются цифровые сети, которые предоставляют услуги как для компьютерных сетей, так и телекоммуникационных сетей связи, так называемая мультисервисная сеть [1].
Широкополосные цифровые сети с интеграцией служб (Ш-ЦСИС), построенные на асинхронную передачу данных (АТМ), являются сетью которая способна обеспечить реализацию самых различных видов приложений с параметрами качества обслуживания в высокоскоростной сетевой среде [2]. Для краткости в дальнейшем широкополосную цифровую сеть с интеграцией служб, построенную на основе АТМ-технологии, будем называть сетью АТМ.
Сеть АТМ – это сеть которая относится к сетям с устанавливающим постоянные и динамические соединения. Постоянные соединения устанавливаются и разрываются с помощью администратора сети, его действия продолжительны, т.е. соединения постоянные и для каждого нового обмена информацией между абонентами на его установление не нужно тратить время. Динамические соединения устанавливаются и ликвидируются автоматически, при каждом обмене информаций. При постоянном и динамическом соединении указывается заголовок ячеек и получают свой идентификатор и для установления соединения на выбранном пути назначения каждому коммутатору следования передаются соответственные идентификаторы и порты коммутаторов. Коммутатор, которые распознал идентификатор должен направить ячейку в нужный порт. В заголовке указать адрес получатели и отправителя не требуется, так как заголовок короткий – всего 5 байтов [3].
Цель исследования: разработка метода распределения канальных ресурсов сети АТМ для вычисления статистических параметров, характеризующих качество обслуживания в передаче информационного трафика методом коммутации каналов и коммутации пакетов. В рамках сформулированной цели ставятся и решаются следующие задачи: анализ и исследование сети Ш-ЦСИС на основе технологии АТМ и разработать метод формирования узловой нагрузки многоканальных вызовов (МВ) режима коммутации каналов (КК) по матрице маршрутов с обходными направлениями передачи к узлу-адресату; формализовать общую постановку задачи данной проблемы в математическом виде и разработать метод ее решения.
Для объяснения дадим следующее определение: коммутация сети – это механизм соединения нескольких каналов, существующих независимо друг от друга, составляющих один основной канал, создающаий на время связи, в котором с узла-отправителя до узла-адресата можно было обмениваться информацией. Компоненты для коммутируемого канала составляются из свободных, доступных каналов, которые находятся рядом для нужного направления. Коммутация в цифровой сети связи соединение каналов с помощью операций цифрового сигнала без его превращения в аналоговый сигнал [4].
Далее, исследуя многоканальные вызовы в режиме коммутации каналов сети АТМ, определены две основные категории для анализа трафика в двух системах: система с потерями и система с ожиданием [5]. Выбор категории соответствующего метода анализа трафика для определенной системы выбирается от способа распределения системой избыточного трафика. Вероятность отказа при системе с потерями является основным критерием работы системы с потерями. Вероятностью блокировки это процесс организации контролирующего доступа каналов для использования ресурса [4, 5].
Во всех современных компьютерных сетях почти все исходящие данные передаются с помощью цифрового сигнала, очередностью импульсов. При передаче данных может потребляться более двух степеней сигнала и при этом разовый импульс сигнала может показывать не один бит, а несколько битов. Не исключено, что для надёжной передачи данных может расходоваться два импульса сигнала для одного бита [6].
Один из оптимальных методов быстрой коммутации каналов для передачи информации и пакетов в асинхронном режиме переноса информации сети АТМ используется минимальное число операций. Режим передачи данных в сети АТМ определяется такими особенностями, как отсутствие управлении трафиком и от ошибок потоком данных: установка на соединение; коротким заголовкам пакета; относительно обусловленной длиной данных пакета [7].
Рассмотрим широкополосную цифровую сеть с интеграцией служб, на основе АТМ-технологии, в которой используется метод гибридной коммутации, имеющийся гибридных узлов коммутации (ГУК) и связывающийся их интегральным групповым трактом (ИГТ). Все узлы обеспечены специальными коммутационными функциями, уровень интеграции позволяет возможность доступа к ней абонентов для передачи разной информации.
Допустим, что 
– дерево путей передачи информации из узла-отправителя u до узла-адресата j, где Vu(j) – множество узлов дерева, 
– множество его ветвей [8]. Можно через Ku(j) обозначить множество таких узлов k, которые до адресата j создают все исходящие из узла i распределение передачи данных (ik) по дереву путей Gu(j). Для создания дерева путей между парой узлов избираются соответствующие столбцы матриц маршрутов от первого узла и всех находящихся рядом транзитных узлов.
Далее дадим следующее обозначение:
, (1)
здесь 
– параметр пропущенной ветвью (ik) нагрузки ti(j). Функция hik(j) определяет условную вероятность передачи нагрузки ti(j) через ветвь (ik), при блокировки обслуживанием всех транзитных узлов этой ветви в данном направлении.
Далее hik(j) будем обозначать вероятностью обслуживания нагрузки ti(j) на ветви (ik) и значение hik(j) ti(j) – обозначим пропущенной ветвью (ik) при передаче нагрузки.
Следующее формула определяет все транзитные узлы на каждом узле дерева
, (2)
здесь 
, и 
. Без потери общности, полагаем, что для всех узлов дерева путей i = u, значение 
, а для узлов, i,k = j значение 
.
Можно сказать, что независимо от выбора исходящих из него направлений, кроме первого узла, все узлы дерева путей значения всех транзитных нагрузок будут одинаковыми. Исходя из этого, для любого узла 
, 
и всех узлов 
, m = 1,2,...s выбираем следующее соотношение
, (3)
здесь 
– входная нагрузка, поступившая на узел i и направляющая узлу j, s – число направлений исходящих из узла i. В этом случае входные и транзитные нагрузки по существу не отличаются друг от друга. Далее транзитные нагрузки эффективно использовать при расчете узловых нагрузок на любом узле графа G, которые направляются соседними узлами по определенному установленному направлению [9].
(4)
Эта формула определяет структуру распределения входной нагрузки 
по дереву путей Gu(j). Таким образом, мы определили распределение нагрузки режима коммутации каналов на узлах асинхронной сети.
Покажем реализацию алгоритма на конкретном численном примере. Построение дерева путей по матрицам маршрутов. Пусть заданы сеть, представленная на рис. 1, и матрицы маршрутов для каждого узла.
Рис. 1. Сеть передачи
Строки матрицы маршрутов соответствуют номерам исходящих направлений в порядке их выбора, а столбцы – номерам узлов назначения. Элемент матрицы mijj – номер соседнего узла в i-м обходном направлении к j-му узлу. Построим дерево путей для пары узлов (1, 2), полагая, что длина каждого пути не превышает четырех транзитных участков. Для составления дерева определяем соответствующие столбцы матриц маршрутов от начального и транзитных узлов:
Из матрицы Mi определяем ветви 1 и 2 дерева, оканчивающиеся соответственно узлами 2 и 12 (рис. 2).
На рисунке неокрашенными кружками обозначены номера ИГТ. Пропускная способность и число каналов для каждого тракта равна Cj = 10 бит/c, Nj = 50. Время обслуживания одного вызова сети КК равно 1/Cjνjj = 60 с.
Направление через узел 10 не выбирается, так как длина пути через этот узел до узла 2 превышает четыре транзитных участка (рис. 1). В узле 12 процедура повторяется и выбираются узлы 8 и 9 и т.д.
Распределение нагрузки по дереву путей
Для каждой пары узлов распределение нагрузки по дереву путей производится на основе вероятностей потерь на ветвях, вычисленных на предыдущей итерации. При этом делается предположение, что вероятность потерь на каждой ветви характеризует некоторые статистические свойства данной ветви как системы обслуживания и не зависит от вероятностей потерь на других ветвях и от величины распределяемой нагрузки (в процессе распределения).
g112(2) = t11(1,2)*h12(2);
g112(2) = t11(2,2)*h12(2)2;
g112(2) = t11(2,2)*h12(2)3;
t11(1,2)1 = t11(1,2)*h12(2);
h12(2)1 = r1(2)*φ12(2)2*φ12(2)3*(1 – p12(2));
h12(2)2 = r1(2)*φ12(2)1*φ12(2)3*(1 – p112(2))*(1 – p128(2)) *(1 – p82(2));
h12(2)3 = r1(2)*φ12(2)1*φ12(2)2*(1 – p112(2))*(1 – p129(2)) *(1 – p92(2)).
Рис. 2. Дерево путей между парами узлов (1, 2)
Ниже представлены исходные данные для подсети режима коммутации каналов, для численного расчета распределения нагрузки по дереву путей (табл. 1).
Таблица 1
Исходный входной трафик (вызовы в секундах)
|
F1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
1 |
– |
0,507 |
0,3 |
0,1 |
0,08 |
0,1 |
0,507 |
0,3 |
0,1 |
0,08 |
0,1 |
0,507 |
|
2 |
– |
– |
0,6 |
0,04 |
0,07 |
0,06 |
0,07 |
0,6 |
0,05 |
0,07 |
0,06 |
0,1 |
|
3 |
– |
– |
– |
0,56 |
0,083 |
0,1 |
0,083 |
0,1 |
0,56 |
0,083 |
0,35 |
0,06 |
|
4 |
– |
– |
– |
– |
0,708 |
0,09 |
0,507 |
0,05 |
0,1 |
0,08 |
0,19 |
0,1 |
|
5 |
– |
– |
– |
– |
– |
0,64 |
0,1 |
0,6 |
0,35 |
0,07 |
0,06 |
0,05 |
|
6 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,04 |
0,57 |
0,67 |
0,083 |
0,3 |
0,64 |
|
7 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,3 |
0,1 |
0,08 |
0,65 |
0,1 |
|
8 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,04 |
0,07 |
0,06 |
0,08 |
|
9 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,083 |
0,1 |
0,07 |
|
10 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,09 |
0,507 |
|
11 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,642 |
|
12 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
Далее представлены некоторые расчеты статистических параметров качества обслуживания из вышеуказанных исходных данных (табл. 2).
Таблица 2
Расчет статистических параметров качества обслуживания
|
i |
j |
|
|
|
|
1 |
2 |
0,507 |
1,653 |
1,507 |
|
1 |
2 |
1,44 |
2,533 |
1,97 |
|
1 |
2 |
1,24 |
2,4203 |
2,67 |
Выводы
Для реализации цели была выбрана сеть, предположенная как построение дерева путей по матрицам маршрутов, и определены параметры пропущенной ветвью нагрузки, а также все транзитные узлы на каждом узле дерева. Далее выбрано соотношение всех транзитных нагрузок на входную нагрузку, поступившую на узел на любом узле дерева, исходя из этого, было определено распределение нагрузки режима коммутации каналов на узлах асинхронной сети.