Сравнение характеристик качества обслуживания в сетях с коммутацией каналов и коммутацией пакетов

Анализ времени доставки сообщений в сети с коммутацией каналов. Анализ времени доставки сообщений в сети с коммутацией каналов Передача данных по сетям с коммутацией каналов осуществляется в три фазы установление соединения передача данных разъединение соединения. Сигнализация в сети с коммутацией каналов. Рассмотрим случай: найдем время установления соединения которое будет являться функцией нагрузки в сети длины управляющих и информационных сообщений интенсивности передачи сигнальных сообщений и данных скорости передачи а...

2015-01-12

1.18 MB

5 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


Лекция  №11

по дисциплине “Теория распределение информации»

Наименование темы: Сравнение  характеристик качества обслуживания в сетях с коммутацией каналов и коммутацией пакетов

1. Анализ времени доставки сообщений в сети с коммутацией каналов

2. Анализ времени доставки сообщений в сетях с коммутацией пакетов

1. Анализ времени доставки сообщений в сети с коммутацией каналов

Передача данных по сетям с коммутацией каналов осуществляется в три фазы - установление соединения, передача данных, разъединение соединения. Для реализации этих процессов применяется система сигнализации. На рис. 1 показаны упрощенно сигнальные сообщения, которыми обмениваются абоненты и коммутационные узлы в процессе передачи.

Рис. 1  Сигнализация в сети с коммутацией каналов.

Передача сигнализации  может осуществляться как по специальному общему для всех коммутируемых каналов каналу сигнализации (ОКС), так и в полосе речевого сигнала, т.е. по тем же соединительным линиям, по которым передаются информационные сообщения. Рассмотрим  случай: найдем время установления соединения, которое будет являться функцией нагрузки в сети, длины управляющих и информационных сообщений, интенсивности передачи сигнальных сообщений и данных (скорости передачи), а также числа каналов (соединительных линий) предоставленных для связи. Рассмотрим модель сети с коммутацией каналов в виде системы обслуживания, в которой вызовы ожидают освобождения каналов, а не блокируются. Отбросим  на этом этапе проблему маршрутизации, предположив сеть полносвязной. На рис. 2 показана модель СМО, соответствующая сделанным предположениям. Два узла коммутации А и В связаны между собой N каналами (СЛ) с пропускной способностью СL ,бит/с. Пусть это также и скорость передачи по абонентскому шлейфу . С этой скоростью данные будут передаваться по каналу после установления соединения. Вызовы от абонентских устройств поступают на узел А  и находятся в очереди пока не станет свободным хотя бы одна СЛ до узла В. На рис. 3 показаны все составляющие времени Тс –времени установления соединения от момента передачи сообщения запроса передачи до момента приема сообщения о начале передачи. Временем на соединение узла В и получателя пренебрегаем. Показанные отрезки времени требуется для передачи каждого из сигнальных сообщений, обработка в узлах А и В требует в каждом случае среднее время M<Тр>. Среднее время ожидания в очереди в узле А до освобождения одного из  N каналов обозначено M<W>.

Теперь примем для простоты, что каждое сигнальное сообщение имеет одну и ту же длину и требует времени передачи Тs . Время передачи сообщения о соединении примем равным ТI. При таком упрощении время соединения равно:

.

Рис. 2 Пара узлов в полносвязной сети с коммутацией каналов; модель системы обслуживания; сигнализация по разговорному каналу.

 

       Рис. 3  Составляющие времени установления соединения.

Для расчета среднего времени ожидания M<W> воспользуемся моделью системы обслуживания  типа M/M/N  с бесконечной длиной буфера и N серверами. Предположение о пуассоновском распределении потока вызовов является, как правило, адекватным в задачах со многими абонентами, допущение о показательном распределении времени обслуживания существенно более грубое, однако описание времени обслуживания статистикой общего вида сильно усложнит задачу.

Пусть интенсивность потока вызовов в узел А равна λ, а среднее значение времени обслуживания – 1/μ. Тогда можно использовать модель M/M/N  со следующими характеристиками интенсивностей переходов

Здесь n - состояние СМО, т.е. число установленных соединений, включая обслуживаемый вызов. Решение уравнений равновесия для данной системы было дано ранее.  Введя параметр ρ=λ/(μN), стационарные вероятности состояний определяются как

2. Анализ времени доставки сообщений в сетях с коммутацией пакетов

Теперь перейдем к рассмотрению сети с коммутацией пакетов, а чтобы быть более точным, сети с передачей данных не ориентированной на соединение. В такой сети каждый пакет доставляется индивидуальным маршрутом и передача пакета считается завершенной только после получения подтверждения о его приеме. На рис.4. приведен фрагмент сети, состоящий из двух узлов и соединяющих их дуплексных каналов. Для сопоставимости результатов с сетью с коммутацией каналов будем считать полную интенсивность потока во входящем узле равной λ, пропускную способность дуплексного канала между узлами положим равной СТ=NСL  в каждом направлении, где величина СL определяет максимальную скорость доступа к узлу от индивидуального абонента (пропускная способность абонентской линии).  В этой сети принципиально отсутствуют расходы времени на установление соединения, однако в качестве накладных расходов выступает время на получение подтверждений о приеме пакета. Рассмотрим два способа передачи подтверждений. Первый состоит в передаче от узла В отдельных пакетов с информацией о подтверждении, а второй предполагает, что в  информационные пакеты обратного направления  встраиваются специальные поля битов подтверждения о приеме пакетов встречного направления. Рассмотрим сначала первый способ. Пусть каждый принятый пакет генерирует отдельное подтверждение фиксированной длины LI бит. Тем самым в каждом узле образуется поток пакетов переменной длины, состоящих из некоторого фиксированного поля длины LI  и поля случайной длины со средним значением mc . Такие пакеты поступают в очередь на входном узле и обслуживаются в порядке поступления.

Рис. 4.  Пара узлов; сеть с коммутацией пакетов.

Очевидно, что здесь мы должны использовать модель СМО с произвольным распределением  времени обслуживания в силу специфики структуры пакетов. Поставим задачу найти среднее время отклика TD от узла до узла, используя модель M/G/1. На рис. 5 показано как можно рассматривать входную очередь и какой вид функции распределения времени обслуживания следует принять.

Найдем среднее значение времени обслуживания на один пакет. Поскольку весь выходной поток узла считывается в канал со скоростью СТ, можно записать, что время на передачу будет равно:

.

Первая составляющая представляет собой время на передачу «заголовков», а вторая составляющая – время на передачу собственно данных. Средняя длина подтверждений также равна th . Таким образом, среднее «эквивалентное» время обслуживания в системе M/G/1 следует принять равным

.

Поскольку поступления двух типов входящих сообщений равновероятны, и обслуживание происходит в порядке поступления, можно считать, что коэффициент использования для данной системы будет определяться как

.

Рис. 5  Передача отдельных подтверждающих пакетов.

Здесь был введен параметр ρM=λtm эффективный коэффициент использования передаваемых через канал битов. Его смысл полностью совпадает с введенным выше с тем же обозначением коэффициента для сети с коммутацией каналов. Действительно из соотношений

Таким образом, мы ввели для сети с коммутацией пакетов  параметр сравнения, совпадающий с параметром сети, ориентированной на соединение.

Вспомним теперь, что для СМО типа M/G/1 среднее время ожидания зависит от второго момента распределения времени обслуживания. Найдем

.

Используя формулу Полячека-Хинчина, получаем выражение для среднего значения времени ожидания пакета в системе:

В конечном счете общее время отклика от узла до узла складывается из только что полученного времени задержки в очереди в узле А и задержки в очереди подтверждений в узле В, а также среднего времени передачи пакета и времени передачи подтверждения.  Искомое время равно

.

Для сравнения полученной величины со временем соединения в сети с коммутацией каналов, нормируем эту величину на время передачи данных по абонентской линии, как это делалось ранее. Вводя обозначение отношение длины управляющего пакета к длине информационного пакета k=LI /mc=th /tm, получим

.

На рис. 6 приведены графики зависимости этой величины  от ρM при тех же параметрах сети, что и сети с коммутацией каналов k=0.1, N=10.

Рис. 6  Нормированное время ответа; случай коммутации пакетов.

Рассмотрение и сравнение  зависимостей показывает, что если сигнальные сообщения имеют ту же длину, что и сообщения об установлении соединений, максимальное использование канала в сети с коммутацией канала составляло величину в 0.67. При сигнальных сообщения в десять раз короче, эта величина возрастала до 0.88. В сети с коммутацией пакетов полезное использование не превышает 0.83. На рисунке приведены также зависимости для второго способа передачи подтверждающих прием пакета сообщений в теле обратных пакетов (вложенные подтверждения). Можно показать, что в этом случае  нормированное время отклика  может рассчитываться по формуле

Как видно из графика вложенные подтверждения несколько эффективнее при больших нагрузках и сильно ухудшают характеристики сети при малых нагрузках. На этом же рисунке приведены результаты расчетов, сделанные в приближении экспоненциального  распределения времени обслуживания. Как видно учет второго момента распределения незначительно влияет на результаты даже при больших нагрузках, если только правильно выбрать средние значения.

В заключение приведем сравнение двух видов коммутации в зависимости от длины передаваемых данных. Будем определять величину задержки в системе как функцию длины информационной части пакета mc.

Для сети с коммутацией каналов величина задержки определяется временем соединения TC =M<W>+TI+3TS, где среднее время ожидания в очереди и время на передачу сигнализационных сообщений необходимо выразить через длины  пакетов, пропускные способности и сопоставимую величину коэффициента эффективного использования ρM. Для сети с коммутацией пакетов и потоком подтверждений будем находить время ответа TD, выраженное через те же самые величины.

На рис. 7 приведены  сравнительные графики, рассчитанные по приведенным выше формулам для случая сети с 16 битовыми сигнальными сообщениями, сообщениями запроса и подтверждения длиной 160 бит и скоростями на абонентской линии и межузловом канале в 2.4 Кбит/c и 120 Кбит/с  соответственно. На рис. 8 приведены результаты расчетов для сети с медленными каналами в 110 бит/с на абонентской линии и 1100 бит/c  на межузловом канале.

Длина сигнального сообщения о соединении и подтверждения имеет длину в 100 бит, а другие сигнальные сообщения в 50 бит.

В целом рассмотрение полученных результатов приводит к следующим выводам. Коммутация пакетов может дать меньшее время реакции в диапазонах малых длин сообщений (пакетов), тогда как коммутация каналов имеет преимущества при больших длинах сообщений. Каналы с большей пропускной способностью при коммутации пакетов тем эффективнее, чем меньше коэффициент полезного использования ρM. При увеличении длины сигнального сообщения характеристики сети с коммутацией каналов сильно ухудшаются (в том случае, если для передачи сигнальной информации используются те же каналы).

Рис. 7 Сравнение коммутации пакетов и коммутации каналов. Пример 1.

Рис. 8  Сравнение коммутации пакетов и коммутации каналов. Пример 2.



6270. Анализ характеристик каналов с интеграцией речи и данных 14.86 KB   Решение уравнения равновесия для неё было найдено в виде Найдем производящую функцию Выражения для полученных здесь производящих функций будут использованы далее при рассмотрении сетей с интеграцией средств коммутации пакетов и каналов. Модели интеграции речи и данных Рассмотрим объединение двух видов нагрузки – обслуживание с коммутацией каналов кратко – речь и нагрузка требующая обслуживания с коммутацией пакетов – данные. Этот тип нагрузки требует одного временного канала и при отсутствии свободных каналов – блокируется. 17391. Повышение уровня сервиса и качества обслуживания ООО «ChinaFood» 582.59 KB   Характеристика элементов формирующих уровень обслуживания клиентов ресторана. Технологии сервисного обслуживания ресторана. Анализ процесса обслуживания клиентов на примере ресторана японской кухни ChinFood. Общая характеристика деятельности ресторана ООО ChinFood... 11081. Характеристика и пути повышения качества обслуживания в магазине ООО ТД «Камилла» 38.82 KB   Поэтому в торговле происходит определенное обособление услуг от овеществленных товаров реализация которых обычно связана с торговым посредничеством и возможностями хранения. Таким образом основная услуга которую оказывает розничная торговля это реализация товаров в магазинах различных типов а также вне магазина. 17269. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ УРОВНЯ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ ООО «ПИВОВАР» 243.36 KB   Повышение качества обслуживания в ООО Пивовар. Таким образом в современной ситуации появилась потребность в разработке теоретического и методического обеспечения в области формирования показателей и оценки качества услуг в новом подходе к решению организационно-экономических проблем... 18803. Организация совершенствование коммерческой деятельности по улучшению качества обслуживания в общественном питании 184.51 KB   Теоретические основы коммерческой деятельности по обеспечению качества обслуживания на предприятиях общественного питания; особенности формирования системы управления качеством обслуживания; уровень качества обслуживания в столовой УПК; 13146. Сравнение латинского и греческого алфавита для понимания культурных явлений и сравнение латинского и греческого языков 65.37 KB   Алфавит Сегодня мы воспринимаем алфавит как должное забывая о том какое это необыкновенное изобретение. В древних культурах алфавит рассматривался как нечто целое. Тем самым объясняется первое назначение алфавита как целого: он рассматривался как средство призванное отвести злых духов так называемым апотропеическим средством. С этим первым свойством алфавита которое он имел в глазах древних связано его второе свойство: алфавит ощущался как модель мира. 10015. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЫТА И КАЧЕСТВА СОЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ И СОЦИАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ГРАЖДАН ПОЖИЛОГО ВОЗРАСТА КАК ОБЪЕКТА СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ГБУ «ЦСОГПВИИ ПЕРЕВОЗСКОГО РАЙОНА» 320.73 KB   Актуальность работы заключается в возникновении общественной потребности в эффективной социальной помощи пожилым людям в условиях социально-экономических изменений, происходящих в нашей стране. Социальная работа направлена на психологическую поддержку пожилых в различных трудных и кризисных ситуациях, вызывающих психологический дискомфорт и эмоциональную нестабильность, на содействие эффективной адаптации к социальной среде, к изменяющимся социальным условиям. 735. Совершенствование развития отделения Социально-бытового обслуживания на дому на примере Комплексного центра социального обслуживания населения Навашинского района 85.53 KB   Теоретико-методологические основы социального обслуживания населения в РФ. История возникновения направления и функции социального обслуживания населения в России. Экономико-правовые основы социального обслуживания населения. 1388. Разработка и реализация программного обеспечения ориентированного на определение вероятностных характеристик надежности элементов по наблюдениям вероятностных характеристик надежности всей системы 356.02 KB   Естественным подходом, эффективно применяемым при исследовании СС, является использование логико-вероятностных методов. Классический логико-вероятностный метод предназначен для исследования характеристик надёжности структурно-сложных систем 2144. Методы нормирования параметров цифровых каналов 88.4 KB   Анализ и проверка домашней работы Ответьте на вопросы: Методология измерений каких каналов является фундаментом измерений цифровых каналов связи как учитываются систем с различными типами модуляции и кодирования Основное назначение бинарного цифрового канала Какие типы измерений бинарного канала вы знаете7 Приведите пример. Что такое мониторинг Что лежит в основе методов измерения без отключения канала Перечислите и дайте определение основным источником ошибок в цифровом канале. Что является важным источником шумов в...
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.