Система обслуживания М/М/1
Система обслуживания М/М/1 - это система с одной обслуживающей линией, Пуассоновским входящим потоком, показательным распределением обслуживания и дисциплиной ОПП (обслуживание в порядке поступления).
Диаграмма изменений состояний во времени для системы может быть изображена следующим образом:
Пусть процессы поступления и обслуживания определяются соответственно параметрами λ и μ . Определим вероятность pn(t+Δt) того, что в момент времени t+Δt в системе будет находиться n клиентов (пакетов или вызовов). Из диаграммы видно, что в момент времени t система могла находиться только в состоянии n-1, n или n+1. Тогда мы можем записать:
Вероятности перехода из одного состояния в другое получены в результате рассмотрения путей, по которым происходят эти переходы, и расчёта соответствующих вероятностей. Например, если система осталась в состоянии n, то могли произойти либо уход и одно поступление с вероятностью μ Δt, либо ни одного ухода или поступления с вероятностью 
,
что и показано в первом случае.
Производя упрощения, иcпользуя разложение в ряд Тейлора, можно показать что для стационарного состояния уравнение упрощается и принимает вид:
(1)
Форма уравнения (1) показывает, что при работе системы действует стационарный принцип равновесия: левая часть описывает интенсивность уходов из состояния n, а правая часть - интенсивность приходов в состояние n из n-1 или n+1. Чтобы существовали вероятности стационарного состояния, эти две интенсивности должны быть равны.
Уравнение (1) может быть решено несколькими способами. При простейшем их них может быть использовано условие равновесия потоков. В результате можно получить решение для установившегося режима:
(2)
Если рассмотреть случай конечной очереди, вмещающей не более N пакетов, то можно показать, что в этом случае:
В частности, вероятность того, что очередь заполнена, совпадает с вероятностью блокировки:
На следующем рисунке приведён график вероятности блокировки в зависимости от нормированной нагрузки ρ.
Область ρ>1 называется областью перегрузки или скученности. Производительность системы, которая близка к нагрузке λ при малых ρ, выравнивается и при возрастании ρ приближается к пропускной способности μ .
Рассмотрим область ρ<1. На основании определения среднего значения pn, проведя суммирование, получим среднее число E(n) клиентов в системе, включая находящихся на обслуживании:
Это отражено на следующем рисунке:
При увеличении ρ среднее число клиентов в очереди резко возрастает за счёт (1-ρ) в знаменателе.
Можно заметить, что при росте нагрузки системы растёт её производительность, однако при этом блокируется всё большее количество клиентов, а следовательно, растёт E(n), что ведёт к увеличению времени задержки в очереди.
Для нахождения времени задержки используют формулу Литтла:
λE(T) = E(n), где E(T) - среднее время задержки в системе.
Для системы М/М/1, используя предыдущие формулы, можно получить:
КОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ
Коммуникационной сетью называется сеть, основной задачей которой является передача данных. Коммуникационная сеть, именуемая также сетью передачи данных, является ядром информационной сети, обеспечивающим передачу и некоторые виды обработки данных. На базе одной коммуникационной сети можно создать несколько информационных сетей. Задачей коммуникационной сети является доставка адресатам блоков данных, которые при этом не должны терять своей целостности, доставляться без ошибок и искажения. Важными в сети являются также операции по предотвращению больших очередей и переполнения буферов систем.
Коммуникационные сети делятся на три класса: сети с маршрутизацией данных, сети с селекцией данных и смешанные сети.
Наряду с сетями, каждая из которых функционирует в соответствии с принятым протоколом, появились многопротокольные сети. Их создание требует больших капиталовложений. Однако затраченные средства быстро окупаются гибкостью работы этих сетей. Высокопроизводительные коммуникационные сети стали именоваться базовыми сетями.
Соответственно типам передаваемых сигналов различают аналоговые сети и дискретные сети.
Аналоговая сеть - коммуникационная сеть, передающая и обрабатывающая аналоговые сигналы. Необходимость передачи звука, речи и изображений привела к созданию аналоговых сетей, в которых носителем данных является аналоговый сигнал. Для передачи речи были созданы телефонные сети.
Как и любая сеть с маршрутизацией данных, телефонная состоит из узлов коммутации, именуемых Автоматическими телефонными станциями (АТС). АТС обеспечивают коммутацию каналов, а в качестве абонентских систем, в первую очередь, используются телефонные аппараты. Чаще всего, телефонная сеть опирается на кабельную сеть, вместе с этим, используются и телефонные радиосети. Первоначально телефонная сеть, обеспечивая телекоммуникации, передавала аналоговые сигналы и поэтому была аналоговой сетью. Это было связано с тем, что акустический сигнал имеет непрерывную форму. Соответственно речи человека частотный диапазон в аналоговой телефонной сети был выбран от 300 до 3400 Гц. Это позволяет передавать понятную речь и даже узнавать говорящего.
В настоящее время телефонная сеть быстро переходит на дискретные сигналы. Это дает возможность использовать многопрофильные коммуникационные сети, строить работу телефонных станций на базе микропроцессоров, расширять виды предоставляемых сетевых служб, повышать качество передачи информации. Дискретная телефонная сеть надежна в работе и обеспечивает высокую помехоустойчивость связи.
Передача движущихся изображений стала осуществляться через телевизионные сети. Телевизионная сеть - сеть, предназначенная для обеспечения функционирования телевидения. На первых этапах своего развития телевизионные сети создавались как аналоговые сети, предназначенные только для передачи движущихся изображений и звукового их сопровождения. Сегодня наряду с этим, телевизионные сети обеспечивают широкий диапазон видов информационного сервиса для многочисленных пользователей. Характерной особенностью всех телевизионных сетей является их высокая пропускная способность, достигающая сотен мегабит в секунду.
На первом этапе своего развития телевизионные сети передавали информацию только в одном направлении - от телецентра к абонентам, имеющим телевизоры. Второй этап характерен тем, что информация стала передаваться в обе стороны - и от ее многочисленных абонентов к телецентру. Возникло интерактивное телевидение. При этом телевизор превратился в многоцелевой терминал.
Большое распространение получают сети кабельного телевидения, особенно с использованием оптических кабелей. На смену древовидной структуре пришла гнездовая структура. Здесь, подключение к центральной станции более простых гнездовых станций позволило существенно улучшить экономичность и качество передачи информации в сети. В гнездовой сети сокращается, длина магистралей, повышается соотношение сигнал-шум.
В телевизионных сетях широко используются спутники связи. Особенно удобны геостационарные спутники, неподвижно расположенные относительно наземных абонентов. Созданы и функционируют системы прямого (непосредственного) телевещания со спутников. Ведутся работы, связанные с переходом телевизионных сетей на передачу и обработку дискретных сигналов. Телевизионная сеть из сети широковещания постепенно превращается в многоцелевую коммуникационную сеть большой пропускной способности.
Основной недостаток аналоговых сетей - искажение сигналов и трудности, связанные с восстановлением их первоначальной формы. С появлением компьютеров стал ясен их второй недостаток - трудности, связанные с обеспечением взаимодействия компьютеров, которые данные передают с помощью дискретных сигналов. В результате, наряду с аналоговыми появились дискретные сети.
В связи с необходимостью интеграции звука, изображений и других типов данных для возможности их совместной передачи, число аналоговых сетей быстро сокращается и они заменяются дискретными.
Дискретная сеть - коммуникационная сеть, передающая и обрабатывающая дискретные сигналы. Разработка теории, массовое производство разнообразных высокоскоростных Интегральных Схем (ИС), создание дискретной аппаратуры для каналов привели к тому, что обработка и передача данных слились в единое целое. Появились протоколы, определяющие дискретные сети, именуемые также цифровыми сетями. Использование в сетях дискретных сигналов позволило обеспечить различные виды коммутации на базе одних и тех же узлов коммутации и каналов. Эта задача решена международным союзом электросвязи, который разработал модель Цифровой Сети с Интегральным Обслуживанием (ЦСИО или ISDN). Для дискретных сетей созданы дискретные системы, обеспечивающие скоростную передачу сигналов. Дискретные сети по сравнению с прежними (аналоговыми сетями) имеют достаточно много преимуществ. К ним, в первую очередь, относятся: высокая помехоустойчивость, широкое использование микропроцессоров и устройств памяти, простота каналообразующей аппаратуры.
Коммуникационные сети характеризуются многими свойствами. Важнейшими из них являются те, которые определяют способы поставки информации конкретным адресатам. В этом отношении коммуникационные подсети делятся на два класса (см. рис.) К первому из них относятся коммуникационные подсети с селекцией информации. Они характеризуются тем, что в них любой блок данных передается от одной абонентской системы-отправителя всем абонентским системам. Системы, получив очередной блок данных, проверяют адрес его назначения. Система, которой адресован блок, принимает его, остальные системы отвергают этот блок. В результате происходит селекция информации, которая позволяет посылать блоки данных одной группе, а также сразу всем абонентским системам, подключенным к коммуникационной подсети.
Рис. Классификация коммуникационных подсетей
Подсети с селекцией информации делятся на две группы: моноканальные и циклические. Они различаются тем, что в подсети первой группы каждый посланный блок данных попадает ко всем абонентским системам практически одновременно, а в подсети второй группы каждый передаваемый блок доставляется всем абонентским системам последовательно (по очереди), проходя мимо каждой из них.
Ко второму классу относятся коммуникационные подсети с маршрутизацией информации. В этих подсетях передача данных в отличие от сетей предыдущего класса осуществляется от одной абонентской системы-отправителя к другой абонентской системе-получателю. Для обеспечения такой доставки информации в коммуникационной подсети используются один либо более узлов коммутации. Каждый узел коммутации принимает блоки данных и передает далее по различным направлениям в зависимости от адресов их назначения.
Моноканальные, циклические и узловые подсети нередко конкурируют друг с другом. При этом, правда, нужно иметь в виду, что моноканальные и узловые подсети могут быть как локальными, так и территориальными. Что же касается циклических подсетей, то они являются только локальными.
10. МОНОКАНАЛЬНЫЕ СЕТИ И МОНОКАНАЛ
Моноканал - это канал, одновременно (с точностью до времени их распространения) передающий сигналы группе систем. Он состоит из одного или нескольких параллельно расположенных общих звеньев, блоков доступа и абонентских звеньев. В случае, если общее звено имеет несколько общих звеньев, повышается его пропускная способность и возрастает надежность передачи. Блоки доступа и абонентские звенья обеспечивают включение в сеть абонентских систем.
Через общее звено каждый блок данных передается сразу всем абонентским системам. Создается это звено на основе витой пары, плоского кабеля, коаксиального кабеля, оптического кабеля либо радиоканала.
При больших скоростях передачи данных сигналы могут отражаться от конечных точек общего звена. В этих случаях на концах общего звена устанавливаются несложные устройства, называемые терминаторами. Чаще всего, роль терминатора выполняет резистор.
Абонентские системы осуществляют прием блоков данных из моноканала следующим образом. Каждая система, получив блок, просматривает его адрес. Направленный ей блок используется для обработки, а "чужой" для нее блок уничтожается. Благодаря этому, блок может передаваться одной, нескольким либо всем абонентским системам.
Общее звено моноканала может быть пассивным, например, состоять из коаксиального кабеля. Однако размеры такого звена ограничены. Поэтому часто используются большие активные моноканалы, содержащие повторители, обеспечивающие регенерацию (восстановление) сигналов. С другой стороны нередко оказывается удобным общее звено моноканала свернуть в группу точек:
В результате получается точечный моноканал. В нем к каждой точке подключается группа абонентских систем, взаимосвязанных выполнением определенных задач (например, группы сотрудников, работающих в операционном зале авиакомпании). На базе точечного моноканала могут быть созданы коммутируемая локальная сеть либо ассоциация локальных сетей.
В зависимости от размеров, топологии, пропускной способности и других характеристик, выделяют несколько типов моноканала: шина, магистральный моноканал, древовидный моноканал.
Моноканальная сеть
Моноканальная сеть - это локальная сеть, ядром которой является моноканал.
Моноканал в соответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем выполняет в сети роль физических средств соединения. В абонентских системах физический и канальный уровни определяются характеристиками моноканала, более высокие уровни от этих характеристик не зависят.
Выбор физических средств моноканала зависит от предъявляемых к ним требований, среди которых, в первую очередь - скорость передачи сигналов, надежность работы, стоимость средств.
Рис. 1. Структура магистрального моноканала
В зависимости от способа передачи сигналов по моноканалам, последние делятся на два вида: физические и частотные. Физическим называется канал, через который возможна одновременная передача только одного сигнала, в частотном канале за счет создания частотных полос одновременно передается группа сигналов (по каждой полосе по сигналу).
На рис. 1 изображен физический моноканал. Он строится на основе коаксиального либо оптического кабеля, витой пары, плоского кабеля, через который одновременно направляется только один сигнал. Последний использует физическую среду полностью.
Частотный моноканал, напротив, занимает только одну полосу, в используемой физической среде. Так, на рис. 2 показана группа частотных каналов, построенных на основе широкополосного коаксиального кабеля. Для упрощения рисунка здесь изображены лишь две используемые полосы: а, б. В действительности же в кабеле создается значительное число частотных полос, на основе которых строится большое число частотных моноканалов.
На основе двух частотных моноканалов, показанных на рис. 2 образованы две не связанные друг с другом информационные сети. Первая из них охватывает абоненты A1 - M1, а вторая - А2 - М2.
Частотные моноканалы чаще всего создаются на основе коаксиальных кабелей. В этих случаях общий канал кроме собственного кабеля имеет значительное число вспомогательных технических устройств: усилителей, разветвителей и т. д.
Рис. 2. Частотный моноканал
Так как эти технические устройства пока являются однонаправленными, это создает определенные трудности: сигналы по общему каналу передаются только в одну сторону. Вследствие этого приходится принимать специальные меры.
Первая из них заключается в том, что общий канал (рис. 2) прокладывается так, чтобы он дважды проходил мимо всех абонентских систем. Далее происходит следующее. В первой сети (полоса а, стрелки) общий канал (в верхней его части) вначале собирает информацию, передаваемую абонентами A1 - M1. Затем в нижней части канала осуществляется раздача полученной информации абонентам A1 - M1. Аналогично этому абоненты А2 - М2 передают информацию через моноканал, созданный на основе частотной полосы б.
Вторая специальная мера заключается в добавлении к общему каналу компонента, именуемого головным преобразователем (рис. 3). Его задачей является передача сигналов из одного частотного канала в другой. Появление в моноканале головного преобразователя, естественно, усложняет его структуру.
Однако в этом случае общий канал не должен, как в схеме на рис. 2 дважды проходить мимо всех абонентских систем. Это позволяет вдвое сократить длину дорогостоящего кабеля. Вместе с тем, в схеме каждый частотный моноканал использует уже не одну, как на рис. 2 две частотные полосы. По одной из них (например, а) информация собирается со всех абонентских систем. По второй частотной полосе (например, б) информация раздается всем абонентским системам сети. Головной преобразователь осуществляет преобразование частот, обеспечивающее соединение пар частотных; полос, например полос а, б на рис. 3.
Рис. 3. Моноканал с преобразованием частоты
В коммуникационных подсетях все шире начинают применяться оптические моноканалы. Это связано с тем, что оптическое волокно по сравнению с металлом имеет ряд важных преимуществ. К ним, прежде всего, следует отнести высокую защищенность от электромагнитных помех, малую массу и отсутствие все более дефицитной меди. Кроме того, если затухание сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, составляет 50-200 дБ/км, то в качественном оптическом волокне оно равно всего 2-5 дБ/км. Это позволяет резко повысить частоту передаваемых в моноканале сигналов и увеличить длину кабеля без повторителей и усилителей. Современные оптические кабели обеспечивают передачу данных со скоростями, превышающими 500 Мбит/с, при расстоянии между повторителями до 5 км.
Невосприимчивость к электромагнитным помехам позволяет прокладывать оптические кабели в цехах и даже возле высоковольтных электрических линий передач. На оптическое волокно не действуют даже грозовые разряды. Так как волокно не заземляется, то в нем не могут возникнуть паразитные контуры.
Масса оптического кабеля резко отличается от массы коаксиального. Так, при замене коаксиального кабеля в подсети Ethernet массой 68 кг, оказалось, что масса оптического кабеля всего 2,3-4,5 кг.
Случайный разрыв оптического кабеля, в отличие от коаксиального, не приводит к появлению искр и поэтому имеет высокую противопожарную безопасность. Важна еще одна особенность. Скорость передачи по оптическому каналу лимитируется не волокном, а электронными устройствами, передающими и принимающими световые сигналы. Поэтому часто повышение скорости в оптическом канале может быть осуществлено лишь при замене излучателей и приемников света. В противоположность этому, для повышения скорости передачи данных в коаксиальном кабеле нужно полностью заменить весь кабель.
Следует также иметь в виду, что оптическое волокно имеет сердцевину и покрытие. Энергия светового сигнала распространяется главным образом внутри сердцевины и очень мало выходит в материал покрытия. В большинстве случаев сердцевина и ее покрытие образуют неразделимую структуру, поэтому покрытие не может быть снято с сердцевины для того, чтобы получить доступ к сигналу.
Благодаря этому оптический канал хорошо защищен от несанкционированного доступа и подслушивания, а точнее говоря - подсматривание информации в оптическом канале является очень сложной проблемой.
Однако при создании оптического моноканала возникают и определенные трудности. Главная из них заключается в том, что изготовление оптического канала с большим числом ответвлений сегодня еще является сложной задачей. Кроме того, свет по оптическому волокну передается пока только в одном направлении. Это требует создания особой структуры моноканала.
Моноканал, в котором сигналы по оптическим волокнам передаются только в одном направлении, показан на рис. 4. Моноканал имеет форму звезды, исходящей из специального устройства, именуемого смесителем (СМ) сигналов. К нему от каждого блока доступа (БД) подходит два оптических волокна. Каждое из них передает сигналы в одном направлении. Задачей смесителя является передача пришедшего по одному из волокон сигнала параллельно всем волокнам, направленным к абонентским системам сети.
В большом оптическом моноканале используется группа активных смесителей, располагаемых в несколько ярусов.
Рис. 4. Оптический моноканал со смесителем сигналов
В трехъярусном моноканале (рис. 5) к каждому смесителю подходит по 16 пар оптических волокон. Поэтому на первом ярусе располагается один смеситель, на втором - 16, а на третьем ярусе находится уже до 256 смесителей. Это позволяет охватывать подобной коммуникационной сетью большую территорию (десятки километров) и подключать к моноканалу до 4096 абонентских систем.
Рис. 5. Трехъярусный моноканал
В оптическом моноканале с зеркальным отражателем (рис. 6) общий канал дважды проходит мимо всех абонентских систем. В каждой точке подключения абонентской системы в оптическое волокно встраивается зеркало. Благодаря ему при приеме информации световой сигнал, отражаясь от общего канала, попадает к блоку доступа (БД), а от него - к абонентской системе.
Рис. 6. Оптический моноканал с зеркальным отражателем
Большое число абонентских систем, включаемых в моноканальную сеть, все возрастающие объемы информации требуют увеличения скоростей передачи блоков данных.
Первый способ повышения скорости передачи данных заключается в создании многоканальных моноканалов. Так, на рис. 7 показан моноканал, содержащий три общих канала (1, 2, 3). Однако следует отметить, что несмотря на наличие нескольких каналов, здесь не возникает, как в узловой подсети, проблема маршрутизации информации. В рассматриваемом моноканале выбирается не маршрут передачи, а номер общего канала. И, несмотря на наличие нескольких каналов осуществляется, как обычно, селекция (выбор по адресам назначения) принимаемых блоков информации.
Рис. 7. Трехканальный моноканал
Второй способ повышения скорости передачи информации заключается в создании иерархии моноканалов. Сущность этого способа иллюстрируется схемой, показанной на рис. 8. В сети функционирует 18 абонентских систем (А - Т). Однако они подключены не к одному, а к шести моноканалам (1-6).
Рис. 8. Иерархия моноканалов
В рассматриваемой сети в большинстве случаев взаимодействующие системы передают данные соответственно через свои моноканалы 1, 2, 4, 5, 6. Что касается моноканала 3, то он используется только тогда, когда необходимо взаимодействие систем, подключенных к разным моноканалам.
В результате использования иерархии моноканалов можно резко повысить скорость передачи информации.
Множественный доступ
К общему звену моноканала подключается значительное число абонентских систем. Поэтому возникает проблема множественного доступа (доступом называют операцию, обеспечивающую запись, модификацию, чтение или передачу данных).
Ситуация, в которой несколько объектов хотят одновременно использовать ресурс, называют состязанием. Упорядочение этой ситуации осуществляется недопущением либо прекращением состязаний. Недопущение состязаний заключается в использовании такого метода доступа, когда ресурс, в принципе, может одновременно использовать только один объект. В противоположность этому, может также использоваться метод, допускающий возникновение состязаний, но обеспечивающий, в случае их появления, быстрое и четкое прекращение.
Множественный доступ с разделением времени (Time Division Multiple Access (TDMA))
Это множественный доступ, основанный на распределении времени работы канала между информационными системами.
Доступ TDMA основан на использовании специального устройства, именуемого тактовым генератором.
Рис. 9. Структура разделения времени
Этот генератор делит время работы канала на повторяющиеся циклы. Каждый из циклов начинается сигналом - разграничителем. Цикл включает n пронумерованных временных интервалов, именуемых ячейками. Интервалы предоставляются для загрузки в них блоков данных.
Первый (простейший) вариант использования интервалов заключается в том, что их число (n) делается равным количеству абонентских систем, подключенных к рассматриваемому каналу. Тогда во время цикла каждой системе предоставляется один интервал, в течение которого она может передавать данные. При использовании рассмотренного метода доступа часто оказывается, что в одном и том же цикле одним системам нечего передавать, а другим - не хватает выделенного времени. В результате - неэффективное использование пропускной способности канала.
Второй, более сложный, но высокоэкономичный вариант заключается в том, что система получает интервал только тогда, когда у нее возникает необходимость в передаче данных, например, при асинхронном способе передачи. При этом возможны два режима. В первом из них передачи данных система может в каждом цикле получать интервал с одним и тем же номером. В этом случае, передаваемые системой блоки данных появляются через одинаковые промежутки времени и приходят с одним и тем же временем запаздыванием. Об этом режиме передачи данных говорят, что осуществляется имитация коммутации каналов. Способ особенно удобен при передаче речи. Во втором режиме система в различных циклах получает интервалы с разными номерами. Более того, в течение одного интервала система, в зависимости от имеющегося у нее количества данных, может получать не только один, но и несколько интервалов. Этот способ называют имитацией коммутации пакетов. Выделение интервалов во втором режиме осуществляется динамически в зависимости от того, какие интервалы в циклах заняты в режиме коммутации каналов.
Множественный доступ с передачей полномочия (Token Passing Multiple Access (TPMA))
Это множественный доступ в моноканал либо циклическое кольцо при помощи полномочия.
Рис. 10. Цикл движения полномочия
Сущность ТРМА заключается в том, что абонентские системы передают по логическому кольцу (пунктир на рис.) друг другу особый блок данных, называемый полномочием, либо маркером, либо жезлом. Получив полномочие, система начинает процедуру доступа и может передать один либо несколько (по предварительному соглашению) блоков данных. Если системе, получившей полномочие, нечего передавать, то она немедленно направляет полномочие следующей по списку системе. Если система передает блоки данных, то полномочие направляется следующей системе после окончания этой передачи.
Метод ТРМА характеризуется двумя важными особенностями. Во-первых, он гарантирует определенное время доставки блоков данных абонентским системам. Во-вторых, он дает возможность предоставления различных приоритетов передачи данных. Вместе с этим, метод имеет немаловажный недостаток. Здесь, всегда есть возможность потери полномочия либо появления в сети нескольких полномочий. В обоих случаях сеть прекращает свою работу. В этой связи в сети создаются централизованный либо распределенный комплекс средств, задачей которого является восстановление потерянного полномочия и уничтожение всех, кроме одного из полномочий. Это значительно усложняет структуру сети.
При использовании метода ТРМА включение в сеть новой абонентской системы и отключение из сети системы связано с изменением адресов всех систем.
Множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений (CSMA/CD)
Это случайный метод множественного доступа в моноканал. Основан на допущении состязаний абонентских систем за право вести передачу данных и организации выхода из этих состязаний.
Сущность метода заключается в том, что каждая абонентская система следит за тем, какие сигналы появляются в моноканале.
Если при прослушивании моноканала выяснится, что ни одна из систем не передает данные, только в этом случае система A может начать передачу блока данных. Если же по моноканалу уже идет передача данных, то система A ожидает ее окончания. Система A, начав передачу, контролирует, не началась ли одновременно передача данных какой-либо другой системой. Если это произошло, то система A прекращает свою передачу и чуть позже (время задержания для каждой станции свое) начинает ее сначала. Если же выяснилось, что передачу осуществляет только система A, то она заканчивает передачу блока.
Данный метод характерен тем, что позволяет включать в локальную сеть новые абонентские системы и отключать из нее системы без изменения адресов и извещения остальных систем. Рассматриваемый метод достаточно прост и надежен. Однако он не гарантирует времени доставки блоков данных. Поэтому, в последние годы появилась его модификация. Она заключается в сочетании данного метода с методом временного уплотнения моноканала. При использовании модифицированного метода система A начинает передачу, как и обычно. Однако, как только обнаруживается, что передачу начали несколько систем, выделяются временные интервалы, по одному на систему, и столкновение ликвидируется.
Множественный доступ с разделением частоты (Frequency Division Multiple Access (FDMA))
Это множественный доступ, основанный на использовании в канале группы полос частот, образующих логические каналы.
Рис. 12. Схема выделения логических каналов
При использовании FDMA широкая полоса пропускания канала делится (см. рис.) на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. В каждой узкой полосе создается логический канал. Размеры узких полос могут быть различными. Передаваемые по этим каналам сигналы накладываются на разные несущие и поэтому в частотной области не должны пересекаться. Вместе с этим, иногда, несмотря на наличие защитных полос, спектральные составляющие сигнала могут выходить за границы логического канала и вызывать шум в соседнем логическом канале.
Метод доступа FDMA относительно прост, но для его реализации необходимы передатчики и приемники, работающие на различных частотах.
Множественный доступ с разделением волны (WDMA)
Данный метод широко используется в оптических каналах. В нем разделение частоты осуществляется направлением в каждый из них лучей света с различными частотами. Благодаря этому пропускная способность физического канала увеличивается в несколько раз, и уже превысила 1 Тбит/с.
ЦИКЛИЧЕСКИЕ СЕТИ.
Циклическое кольцо - это кольцевой физический канал, обеспечивающий последовательную передачу сигналов группе систем.
Циклическое кольцо является одним из типов сети с селекцией данных. Эта локальная сеть состоит из общего звена, блоков доступа и абонентских звеньев.
Общее звено блоками доступа делится на сегменты, создаваемые на основе витой пары, плоского коаксиального кабеля либо оптического канала. Блоки доступа (Б) при помощи абонентских звеньев соединяются с абонентскими системами. В базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем кольцевой канал представляется физическими средствами соединения. Передача сигналов осуществляется в кольце в одном направлении: от одного блока доступа к другому. При этом, блок, передавший кадр, после того, как последний пройдет по всему кольцу, должен его уничтожить. Остальные блоки доступа транслируют передаваемый кадр.
Блоки доступа анализируют проходящие через них кадры и принимают решение о необходимых формах взаимодействия с кольцом: снять копию кадра, передать его далее и т. д. Для этого, прежде всего, блок доступа читает адрес назначения кадра. Если он адресован данной системе, то она снимает для себя его копию и направляет ее своим прикладным процессам для обработки. В оригинале кадра, остающемся в кольце, блок доступа делает отметку о том, что кадр принят.
Принятый адресатом кадр с отметкой должен по кольцу быть доставлен его отправителю. В противном случае отправитель пошлет кадр вторично. Вследствие этого, в кольце посланный кадр может быть передан только одному адресату.
В кольце должна быть обеспечена синхронизация работы всех блоков доступа. Для этого осуществляется тактирование движения кадров. Оно достигается следующим образом. Один из блоков доступа объявляется главным. Под такты работы этого блока подстраиваются все остальные блоки сети.
Взаимодействие систем в кольце обеспечивается множественным доступом с передачей полномочия. Благодаря этому, не допускается возможность того, что две либо более систем будут вести передачу данных, мешая друг другу.
Общее звено кольца может состоять из одного кольцевого канала, например, в кольцевой тактируемой сети. Однако, тогда кольцо имеет довольно низкую надежность. В случае обрыва канала либо его неисправности в любой точке звена прекращает работу вся сеть. Чтобы избежать этого, применяют различные модификации циклического кольца.
1. Кольцо с переключающими концентраторами - кольцевая сеть, представленная в форме одной либо группы взаимосвязанных звезд.
Задачей переключающего концентратора является обеспечение надежности работы циклического кольца. Для этого концентратор соединяет дуги друг с другом таким образом, чтобы была создана в смысле топологии звездообразная сеть. В результате образуется единое кольцо, проходящее через все блоки доступа (Б).
При появлении неисправности в дуге либо в абонентской системе концентратор отключает из кольца соответствующую дугу. Благодаря этому, остальная часть кольца продолжает нормальную работу. В зависимости от надобности в сети устанавливается один либо несколько концентраторов.
Сложное кольцо может иметь не только несколько переключающих концентраторов, но также содержать ретрансляционные системы. Последние соединяют кольцо с другими коммуникационными сетями.
Переключающий концентратор может быть как пассивным, так и активным. В первом случае концентратор содержит лишь электронные реле, выводящие дуги из кольца. Активный концентратор, кроме этого, имеет логические элементы, способные обнаруживать и обходить возникающие неисправности.
2. Двойное кольцо - кольцевая сеть, образованная двумя кольцевыми каналами.
Двойное кольцо состоит из двух общих звеньев, блоков доступа (Б) и абонентских звеньев. Оба общих звена проходят сквозь блоки доступа и в нормальном режиме работы работают параллельно, передавая сигналы в разные стороны. Абонентские системы и административные системы подключаются к обоим общим звеньям.
При разрыве одного из общих звеньев, сигналы продолжают передаваться по другому общему звену. В тех случаях, когда происходит разрыв обоих общих звеньев, соответствующий их сегмент выходит из строя. В этом случае два общих звена превращаются в одно кольцо, а блоки доступа, примыкающие к сегменту разрыва, обеспечивают разворот сигналов и передачу их из одного разорванного общего звена в другое. На приведенных ниже рисунках показана работа двойного кольца в нормальном режиме и в случае разрыва обоих общих звеньев.
