Оценка эффективности алгоритмов коммутации

Эффективность алгоритмов коммутации оценивается по вероятностно-временным характеристикам: Tср - среднее время задержки и s_Т -среднеквадратичное отклонение времени задержки пакета при прохождении через ЦСИО; r - коэффициент загрузки КСв; g - коэффициент избыточности.

Общее время задержки пр передаче от абонента к абоненту по транспортному каналу определяется выражением:

,

где d_ti - время задержки в i-м КСв; d_ni - время задержки из-за обработки в i-м УК; d_m - время, затрачиваемое на местную обработку вне сети (аналого-цифровое или цифро-аналоговое преобразование, время пакетирования и распаковки пакетов, время первичного кодирования или декодирования, время шифровки); N - число УК, через которые проходит транспортный канал.

В ЦСИО каждое из слагаемых времени задержки может оказаться решающим при определении наиболее эффективного режима коммутации. Например, использование спутниковой связи и переменная топология сети приводят к заметному увеличению d_li.

Величины T и s_T определяют как функции от длины пакета, части пакета, занятой информацией пользователя, части пакета, занятой индикатором длины пакета и от алгоритма коммутации.

Алгоритм коммутации учитывает разбиение передаваемой информации на пакеты и кадры, совмещение по времени прохождение пакетов и кадров через звенья сети, а так же форматы кадров.

Возможные форматы кадров, которые могут иметь место в ЦСИО:

Составной кадр из пакетов (пакет эквивалентен сообщению)

------------------------------------------------------------------------------------

¦ ¦ Индика- ¦ ¦ |Индика- ¦ ¦ |

¦Заголовок ¦ тор ¦Пакет 1 ¦ ....... ¦ тор ¦ Пакет N | Концевик ¦

¦ ¦ длины 1 ¦ ¦ |длины N ¦ ¦ |

------------------------------------------------------------------------------------

Единичный пакет (пакет эквивалентен сообщению)

---------------------------------------

¦Заголовок¦ Пакет ¦ Концевик ¦

---------------------------------------

Кадр (часть пакета)

----------------------------------------------------

¦Заголовок ¦ Информация пользователя ¦

----------------------------------------------------

Заголовки и концевики могут иметь следующие форматы:

---------------------------------- ---------------------------------

¦Флаг ¦ Адрес¦ Управление¦ ¦Контрольное поле¦ Флаг ¦

----------------------------------- ---------------------------------

Основными факторами, которые влияют на коэффициент использования КСв r, являются алгоритм коммутации каналов, протокол канального уровня (алгоритм установления и поддержания информационного канала), протокол сетевого уровня (алгоритм установления и поддержания логического соединения), протокол транспортного уровня (алгоритм управления потоками и маршрутизацией).

Например, r<1, если в системе служебная информация передается по специальным каналам (на канальном уровне в своих каналах кадра, хотя физический один канал, передающий весь кадр), либо всегда присутствуют неиспользуемые интервалы времени от конца предыдущего периода до начала следующего.

Протоколы каждого уровня имеют избыточную информацию, хотя бы контрольные поля для обнаружения ошибок передачи, супервизорные и ненумерованные кадры на канальном уровне, служебные пакеты сетевого уровня при каждом установлении и разъединении логических каналов и т.д. Избыточность оценивается по длине избыточной информации, приходящийся на один пакет.

Эффективность алгоритмов коммутации, с точки зрения загрузки КСв, имеет два аспекта: первый связан с уменьшением избыточности информации, вносимый протоколами различных уровней, а второй - с возможностью оперативного уплотнения КСв при ограничениях на задержку передаваемых пакетов.

Проведенные рядом специалистов в области моделирования расчеты приводят к следующим выводам.

Резервирование каналов для передачи служебной информации в случае использования режима КК вызывает уменьшение общей производительности сети за счет неполного использования пропускной способности КСв. Поэтому при большом трафике, особенно для малых и средних длин передаваемых данных, режим КК не является приемлемым.

Для больших длин данных и длинных транспортных каналов при слабом использовании каналов КК дает лучшие результаты по сравнению с КС и КП, так как обеспечивает меньшую задержку и приблизительно такое же время установления соединения.

При фиксированной пропускной способности магистрали очень важной является операция выбора числа каналов по направлениям в режиме КК. При их малом числе ЦСИО быстро доходит до состояния насыщения, когда происходит резкое возрастание времени установления соединения. В противном случае возможно увеличение задержки за счет возрастания длин транспортных каналов и числа транзитных УК.

Использование режима КП позволяет получить меньшую задержку, чем при режиме КС для малых и средних интенсивностей поступления данных. При росте интенсивности и малых значениях длин сообщений задержка при КП оказывается больше, чем при КС. Задержка в сети с КП зависит от длины пакета и скорости передачи . Однако сокращение длины пакета приводит к увеличению стоимости коммутационной системы. Вместе с тем увеличение скорости при сохра­нении размера пакета не вызывает ее удорожания. Ес­ли скорость передачи от абонента составит 10 Мбит/с, то на сетях связи между УК скорость передачи должна быть примерно 100 Мбит/с. Возрастает также вероятность перегрузки, поскольку снижается коэффициент использования КСв. В этих случаях хорошо работает коммутация датаграмм.

Выбор метода коммутации по критерию производительности УК зависит от длины сообщения: при малых длинах лучше КП или КС, для более длинных - КК.

Выбор режима коммутации в УК должен в идеале определяться динамически, на основе расчета параметров передачи и коммутации в зависимости от текущего состояния сети, природы передаваемой информации, распределения длин пустых периодов и длин данных.

Таким образом, для ЦСИО наиболее приемлемы методы и алгоритмы гибридной и адаптивной коммутации, на которых мы остановимся более подробно.