BC/NW 2010; №2 (17):7.2

 

 

ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТОКОЛА КОМБИНИРОВАННОГО ДОСТУПА С  ИНТЕРВАЛОМ БЕЗОПАСНОСТИ  Для ЛОКАЛЬНой СЕТи

Гезалов Э.Б.

(Азербайджанский технический университет, Баку)

 

В настоящее время актуальна проблема передачи неоднородного трафика в распределенных информационных системах [1,2]. Коммуникационной системой таких систем являются локальные сети связи.

Проблеме передачи неоднородного трафика в единой локальной сети посвящены работы многих авторов. В них рассматриваются анализ характера трафика, дисциплины и модели обслуживания сообщений в однородной и неоднородной по протоколу доступа локальной сети, комбинированные протоколы доступа, вопросы технической реализации и т.д. При этом недостаточное место уделяется определению и исследованию показателей эффективности протоколов комбинированного доступа для неоднородных локальных сетей, обеспечивающих управление передачей неоднородного трафика (речи, видео и данных). Данная проблема очень важна при проектировании и технической реализации локальных сетей, поскольку от ее решения зависит качество обслуживания неоднородного трафика в сети.

 В [3] предложен протокол комбинированного доступа с интервалом безопасности для локальной сети, объединяющий протоколы маркерного, контролируемого и синхронно- случайного (синхронная ALOHA) доступа и обеспечивающий однократную передачу пакетов видео и многократную передачу данных в цикле доступа каждой станции, а также пакета данных во временных окнах, неиспользуемых другими станциями.

В [4] разработана модель в дискретном времени неоднородной локальной сети с протоколом комбинированного доступа и интервалом безопасности, выбраны и определены в общем виде характеристики исследуемой сети.

 Представляет теоретический и практический интерес определение показателей эффективности неоднородной локальной сети с протоколом комбинированного доступа и интервалом безопасности.

Рассмотрим автоматизированную информационную систему, основными элементами физической структуры которой являются абонентские станции (АС), представляющие собой автоматизированные рабочие места (АРМ) сотрудников предприятия, коммуникационные станции (КС), реализующие доступ компьютеров сотрудников через моноканал локальной сети к центральной базе данных (БД), организованной на сервере. Используемый тип моноканала коллективного пользования в рассматриваемой системе ‑ шина. Каждый сотрудник предприятия имеет возможность передавать и принимать неоднородный трафик (видео и данные). Кроме того, все сотрудники предприятия имеют право доступа к базе данных, расположенной на сервере. Для доступа к общему каналу и передачи абонентские станции в сети используют комбинированный протокол доступа с интервалом безопасности [3].

 В локальной сети связи с протоколом комбинированного доступа АС и сервер работают следующим образом. На каждой АС и сервере имеются два буфера передачи : буфер-1 для хранения пакетов видеоинформации, другой буфер-2 для хранения пакетов данных. Если в буфере-1 станции, получившей управление на доступ, имеются пакет видеоинформации, он передается в множественно-вещательный канал. После чего станция передает маркер, в котором содержится информация о режиме работы станции по передачи пакета или пакетов данных в следующем за маркером временным окном. Если в буфере-2 станции имеется один или “m” пакетов данных, то она оповещает об этом другие станции. После передачи маркера станция занимает одно или “m” временных окон для передачи пакетов данных.

Если же в буфере-2 станции нет пакетов данных, то после передачи маркера доступ к каналу получает станция, следующая в логическом кольце. Станция, получившая маркер, может выйти в канал спустя одно временное окно. Поскольку текущее временное окно свободно, то станции, имеющие пакеты данных, пытаются захватить моноканал в соответствии с протоколом синхронно-случайного доступа, то есть передают пакеты данных с вероятностью q_D<1. По окончании длительности текущего временного окна управление переходит к станции, удерживающей маркер, то есть к соседней в логическом расположении станции. При этом протоколе каждая станция, получив маркер, анализирует состояние канала связи в течение интервала безопасности для устранения конфликтных ситуаций, возникающих в сети из-за ошибок в канале связи или ошибок в станциях сети.

В качестве показателей эффективности протокола комбинированного доступа с интервалом безопасности для рассматриваемой неоднородной локальной сети неоднородной локальной сети выберем следующие характеристики сети: среднее время обслуживания видеосообщения и сообщения-данных, средние скорости передачи видеосообщения и сообщения-данных в коммуникационной системе абонента, коэффициент использования канала связи.

Среднее время обслуживания видеосообщения и сообщения-данных определяется соответственно так :

                                          (1)

 _.

где  и  - среднее дискретное время обслуживания соответственно видеосообщения и сообщения-данных, _-длительность такта цифрового канала связи локальной сети, ,  – скорость модуляции в канале связи, и  – Z- преобразование ряда распределения интервала обслуживания сообщения соответственно в подсистеме видеоинформации и подсистеме данных.

Средние скорости передачи видеосообщения и сообщения-данных в канале связи локальной сети определяются соответственно выражениями [5]:

                           (2)

и  - длина информационной части соответственно видеосообщения и сообщения-данных в битах.

Для определения характеристик рассматриваемой неоднородной локальной сети обратимся к модели сети, разработанной в [4].

Согласно модели сети, представленной в [4], Z- преобразование ряда распределения интервала обслуживания сообщения соответственно в подсистеме видеоинформации и подсистеме данных с учетом переспросов в канале из-за ошибок имеют вид :

                                     (3)

 

где и - Z-пр.р.р. интервалов обслуживания соответственно видеосообщений и сообщений-данных для режима однократной передачи,  - вероятности безошибочной передачи кадра видеоинформации и данных длиной соответственно  и  бит, , - вероятности обнаружения ошибки при передаче кадра видеоинформации и данных длиной соответственно  и  бит,  - вероятность ошибки в биномиальном дискретном канале,_-вероятность передачи пакета данных в режиме синхронно-случайного доступа,– вероятность передачи пакета данных в режиме контролируемого доступа, _-пр.р.р. интервала обслуживания пакета данных в режиме синхронно-случайного доступа, -пр.р.р. интервала обслуживания пакета данных в режиме контролируемого доступа, -вероятность занятости буфера-1, -вероятность пустого состояния буфера-2, -вероятность того, что в буфере-2 имеется один пакет данных,  - вероятность того, что в буфере-2 имеется  пакетов данных, - длина временных окон для передачи соответственно видео и данных в битах, - длина маркера в битах, _-количество станций в сети.

Z-пр.р.р. интервала обслуживания пакета данных в режиме синхронно-случайного доступа имеет вид [4]:

 

                          (4)

 

где Q_с- вероятность того, что остальные N-1 станций не оказывают мешающее успешной передаче рассматриваемой станции действие.

Z-пр.р.р. интервала обслуживания пакета данных в режиме контролируемого доступа определяется так :

 

                       (5)

 

Определим среднее время обслуживания видеосообщения и сообщения-данных в коммуникационной системе абонента.

Учитывая (3) в (1), и после ряда преобразований получим выражения для определения среднего времени обслуживания видеосообщения и сообщения-данных в коммуникационной системе абонента:

 (6)

 

С учетом (6) в (3) запишем выражения для определения средней скорости передачи соответственно видеосообщения и сообщения-данных в канале связи локальной сети :

    

      (7)

 

Коэффициент использования канала связи неоднородной локальной сети с протоколом комбинированного доступа и интервалом безопасности определяется выражением :

                                                   (8)

где _-средневзвешенная скорость передачи информации в канале связи.

Средневзвешенная скорость передачи информации в канале связи определяется так:

 

                                   (9)

где _,  – вероятности поступления сообщений на интервале  соответственно в буферы-1 и буферы-2 станций сети,  λ_1, λ₂ – интенсивности входящих потоков сообщений, поступающих соответственно в буферы-1 и буферы-2 станций сети.

Таким образом, выбраны и определены показатели эффективности протокола комбинированного доступа с интервалом безопасности для неоднородной локальной сети, позволяющие оценить качество обслуживания сообщений в сети. Данные показатели эффективности используются при решении задач анализа, синтеза и оптимизации неоднородных локальных сетей распределенных автоматизированных информационных систем и при выполнении различных проектных процедур.

Литература

1.     Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы . -СПб.: Питер, 2010.

1.     Таненбаум Э.С.  Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2010. 992 с.

2.     Гезалов Э.Б. Комбинированный протокол доступа с интервалом безопасности для локальной сети // Труды Международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии». Том 3. –Москва , 2005. С. 157-160.

3.     Гезалов Э.Б. Модель локальной сети с протоколом комбинированного доступа и интервалом безопасности . // Журнал «Телекоммуникации». 2007. №4. С. 9-13.

4.     А.В. Суздалев, О.С. Чугреев. Передача данных в локальных сетях связи. М.: Радио и связь, 1987.