Способы коммутации в сетях связи. Коммутация каналов, сообщений и пакетов. Датаграммы

Способы коммутации в сетях связи.

Организация связи в распределительных сетях базируется на принципах коммутации и реализуется в узлах коммутации (УК), обеспечивающих установление, поддержание и разъединение соединений между терминалами (телефонными аппаратами ТА, компьютерами и т.д.), каждому из которых присвоен адрес (номер).

Рассмотрим процедуры передачи сообщения между терминалами отправителя (ТО) и получателя (ТП) при применении различных способов коммутации на примере использования фрагмента сети связи, содержащей Z последовательно соединенных каналами связи узлов коммутации УК1, УК2, …, УКz (рис.1).

Рис.1 Фрагмент сети связи.

Коммутации каналов.

Сущность способа коммутации каналов (КК) при передаче сообщений заключается в следующем. В момент времени t1 (рис.2) от ТО в УК1 поступает заявка на соединение ЗС1 с ТП.

В течение времени tус производится установление соединения в УК1, затем передается заявка на соединение ЗС2 в УК2, где также в течение времени tус устанавливается соединение. Эта процедура продолжается до тех пор, пока не будут произведены все соединения в УК в момент времени tz, после чего от УКz посылается сигнал готовности СГ терминалу отправителя (ТО). Получив СГ, ТО начинает передачу сообщения терминалу получателя (ТП). Передача заявки на соединение от одного УК к следующему осуществляется за время распространения сигнала в среде передачи tр. Время передачи сообщения tпс для цифровых сообщений определяется как  где L-количество бит в сообщении; R-скорость передачи.

Процесс передачи сообщения от ТО к ТП заканчивается в момент времени tк. Общее время доведения сообщения до ТП:

Недостатком КК является низкий коэффициент использования собранного канала (КИК), равного отношению времени, в течение которого передается сообщение tпс, к общему времени занятия каналов на участках между соседними УК .

Причем коэффициенты использования этих участков (КИУ) различны. Самый высокий КИУ на участке (УКz-1 - УКz), а самый низкий – на участке УК1-УК2, т.к. в первом случае – самое меньшее время занятия участка канала, а во втором – самое большое.

При отсутствии свободного канала на каком-либо участке, установленные ранее соединения разрушаются, а потери времени на подобные необслуженные вызовы являются основной причиной неэффективного использования пропускной способности каналов в сетях коммутации каналов.

Рис.2 Диаграмма, поясняющая способ коммутации каналов.

Коммутация сообщений.

При использовании этого способа сообщение отправителя передается в УК 1 (рис.1), где запоминается и передается в следующий УК. Процедура повторяется до тех пор, пока сообщение не достигнет УКz, откуда через канал связи передается получателю (рис.3).

Рис.3 Диаграмма, поясняющая способ коммутации сообщений: пр-прием; пер-передача; tз-время передачи заголовка (З); tр-время распространения сообщения в среде передачи.

Началом цикла передачи является момент времени t1, начиная с которого терминалом отправителя производится обработка сообщения. Обработка сообщения производится также в каждом УК и в общем случае включает анализ адреса и категории срочности, выбор исходящего тракта и т.д. время обработки является величиной случайной и зависит от состояния каналов связи, загрузки терминалов и УК и других факторов. Для получения приближенных оценок этого времени используется среднее время обработки в ТО и УК tобр. После представления исходящего тракта передаются заголовок и сообщение. Процесс передачи от ТО к УК1 заканчивается в момент t1к. при передаче от УК1 к УК2 и так далее все полностью повторяется. Последний этап содержит передачу сообщения из УКz получателю.

Процесс передачи сообщения состоит из (Z+1) одинаковых циклов, каждый из которых имеет длительность . Следовательно, общее время доведения сообщения от отправителя до получателя равно:

Преобразуя это выражение, получим:

Различные участки направления передачи сообщения при этом способе занимаются поочередно лишь на время передачи сообщения. Поэтому коэффициент использования каналов одинаков ля всех участков и равен:

Где -длина заголовка в битах.

Таким образом, характерной особенностью способа КС при полном переприеме сообщений в УК является поочередное занятие каналов и узлов коммутации на маршруте передачи сообщения. Однако, полный переприем сообщений, имеющих в большинстве случаев длину, во много раз превышающую оптимальную, приводит к длительным задержкам в УК и необходимости иметь там запоминающие устройства весьма большой емкости. Эти обстоятельства привели и обусловили широкое применение способа коммутации пакетов (КП)

Способ КС используется для телеграфной связи и передачи данных, когда не требуется работа в реальном времени. По сравнению с КК КС позволяет значительно повысит эффективность использования пропускной способности каналов.