Показатели эффективности использования среды

Будем считать, что среду передачи разделяют всего две станции А и В, а доступ к ней регулируется «случайным» алгоритмом. Примем допущение, что станции имеют какой-либо механизм контроля состояния среды. Тогда, станция А прежде, чем начать передачу кадра, «слушает» среду, чтобы убедиться в ее незанятости. (Механизм прослушивания может представлять собой измерение уровня сигнала на зажимах подключения станции к «общему кабелю»). Пусть интервал времени от отсылки первого бита кадра станцией А до получения этого бита станцией В составляет (время распространения сигнала в среде). Если в течение этого времени станция В не начнет передачу своего кадра, то процесс передачи от станции А завершится успешно. Однако, в какой-то момент , когда станция B еще «не знала» о занятости среды, она может начать передачу своего кадра (рис. 4.4). В момент времени сигналы этих станций «встретятся» и аналоговое состояние линии изменится. Это изменение состояния линии, свидетельствующее о факте коллизии, будет зафиксировано станциями в разные моменты времени и (в приведенном примере ). Очевидно, что необходим механизм разрешения возникшего соперничества за среду передачи.

 

 

 
 

 

 


 

 

 
 

 

 


Ненулевая вероятность возникновения коллизий сама по себе уже приводит к определенным «накладным расходам», снижающим эффективность использования пропускной способности среды передачи. Предположим, что только станция Аимеет данные для передачи.Завершение передачи ею первого кадра станет известным всем станциям в сети через время после передачи последнего бита кадра. И это время сама станция А не имеет права начать передачу очередного кадра. Исходя из принципа "справедливости" станция А должна дать возможность доступа к среде другим станциям и из желания избежать коллизии (станция А ведь «не знает», что у других станций нет кадров для передачи), она попытку передать свой второй кадр должна будет задержать еще на время , в течение которого выясняется, что никакая другая станция не начала свою передачу. Из этого элементарного анализа вытекает, что время является минимальным межкадровым интервалом, необходимым для координации доступа станций к среде передачи (назовем его интервалом уязвимости). Если номинальная скорость работы интерфейса составляет R бит/сек, то минимальное количество «потерянных» бит (то их количество, которое не будет передано в силу реализации дисциплины доступа к среде) составит . Поскольку такие потери сопровождают передачу каждого кадра, то при его размере L бит эффективность использования пропускной способности канала (производительность метода доступа к среде) определится выражением:

(4.1)

Видно, что величина произведения и для МАС-протоколов играет существенную роль. Из выражения (4.1) также следует желательность малой величины параметра а и это накладывает ограничения как на диаметр сети, так и на размер кадра (L). При типичных для ЛС значениях диаметра сети 100 м ( сек) и скорости передачи R=10 Мбит/с для кадра величиной L=12000 бит параметр а оказывается равным , а для кадра с L=512 бит . При таких его значениях максимально достижимая производительность механизма случайного доступа к среде оказывается достаточно высокой.

Однако, выражение (4.1) учитывает лишь один, совершенно неустранимый источник потерь пропускной способности канала, – межкадровый интервал. Это выражение не учитывает время, затрачиваемое на регулирование доступа к среде, время повторных передач кадров испорченных коллизиями. В общем случае, при передаче одного кадра могут возникать несколько коллизий, и их число будет расти с увеличением количества станций в сети.

Для оценки регулирующих свойств МАС-протокола представляет интерес зависимость S(G), где G – предлагаемая нагрузка, измеряемая общим числом кадров, полученных от приложения МАС-модулями передатчиков всех сетевых станций за единицу времени, а S – число кадров, успешно полученных приемниками за тот же интервал времени. Обычно величины G и S нормируют к значению , т.е. к предельному числу кадров, которые могут быть переданы за единицу времени; близкая к такой ситуация может быть достигнута в условиях, когда только одна станция ведет передачу данных, число кадров у нее бесконечно, а межкадровый интервал много меньше времени передачи кадра. Нетрудно предположить, что в реальной сети при малых интенсивностях генерации кадров эта зависимость будет линейной; с ростом предлагаемой нагрузки доля успешно доставляемых кадров будет уменьшаться, а при очень больших нагрузках она должна стремиться к нулю, поскольку вероятность коллизий становится очень высокой.

Второй, не менее важной характеристикой алгоритма доступа, является среднее время доставки кадра ( ). Время доставки кадра ( ) измеряется длительностью интервала от момента прибытия первого бита в МАС-модуль станции отправителя до момента получения последнего бита кадра МАС-модулем станции получателя. Величина этого интервала зависит, в частности, от принятой дисциплины доступа к среде и служит еще одной мерой, характеризующей регулирующую способность МАС-протокола.

Интуитивно ясно, что основной причиной роста времени доставки кадра является рост числа коллизий. Предельная нагрузка , при которой время передачи становится недопустимо большим, должна уменьшаться с ростом параметра a. Действительно, если рост a связан с уменьшение величины кадра, то следствием этого будет увеличение числа передаваемых кадров (попыток получения доступа к среде); следовательно, будет увеличиваться доля времени, затрачиваемого на доступ к каналу и число коллизий. Соответственно, среднее время доставки кадра достигнет своих предельных значений при меньших значениях предлагаемой нагрузки. Если же рост параметра a связан с увеличением битовой скорости интерфейса (R), то при неизменных остальных параметрах это означает увеличение доли времени простоя ( ) в общей длительности цикла передачи кадра , что приводит к увеличению нормированного среднего времени передачи кадра. Рис.4.5 качественно иллюстрирует эту зависимость.