Применение технологии ATM для транспортирования ин формации, когда каждый источник (абонент) получает от телекоммуникационной сети только тот ресурс пропускной способности, который ему нужен, дает возможность использовать выгоды статистического мультиплексирования для повышения эффективности использования пропускной способности цифровых трактов связи [15,31–35].

В упрощенной форме принцип статистического мультиплексирования показан на рисунке 6.1. В верхней части рисунка показаны источники (видеодисплей, сервер, видеокамера и монитор) и генерируемый ими пачечный трафик типа "вкл-выкл" (on-off).

В нижней части рисунка показан суммарный трафик, для транспортирования которого требуется только цифровой тракт с пропускной способностью, равной пропускной способности двух индивидуальных каналов вместо четырех. Естественно предположить, что чем больше источников мультиплексируются вместе, тем больший выигрыш можно получить.

Будем оценивать эффективность метода статистического мультиплексирования в момент t отношением суммарного количества виртуальных соединений N (t) =  N (t) абонентов к – служб i-го узла связи:

N_ВСi (t) =  N (t). (6.5)

Рисунок 6.1 – Принцип статистического мультиплексирования

Полипачечный трафик который мультиплексирует ся с заданным для каждой службы качеством Р  < Р , к =1,2….К в цифровом групповом тракте с пропускной способностью В_ТРi (t) к числу каналов N_{МСКК i} (t), которое может быть образовано в тракте методом многоскоростной коммутацией каналов:

G_i (t) = N_ВСi (t) / N_{МСКК i} (t). (6.6)

Таким образом:

N_{МСКК i} (t) = N ^(К)_{МСКК i} (t) = В_ТРi (t) / В^(К)_max. (6.7)

В момент t при одновременной работе N (t) абонентов ор ганизуется N_ВСi (t) виртуальных соединений, для функционирования которых требуется пропускная способность с известными числовыми характеристиками. Следовательно, для функционирования N (t) независимых абонентов в момент t им должен быть предоставлен ресурс пропускной способности, равный В_ТРi (t) [33, 35].

Таким образом, статистическое мультиплексирование дает значительный выигрыш только при условии, когда скорость любого источника значительно ниже скорости цифрового тракта, это означает, что пропускная способность (полоса пропускания) абонентских линий, где может мультиплексироваться малое количество высокоскоростных источников, должна быть способна обеспечить их одновременную работу.

В реальных концентраторах, мультиплексорах или коммутаторах доступа поступают потоки от разнородных по скорости источников. Ограничением на допуск пользователей в сеть может быть или ограниченная производительность коммутатора доступа или ограниченная пропускная способность цифрового тракта, связывающего коммутатор доступа с транзитным коммутатором.

Таким образом, отслеживая количество виртуальных соединений в каждом цифровом групповом тракте, можно проконтролировать выполнение требований к пропускной способности трактов и производительности центров коммутации [19,24].

ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭФФЕКТА СТАТИСТИЧЕСКОГО МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ В ATM СЕТИ

Рассчитаем выигрыш по количеству обслуживаемых с одинаковым качеством соединений, который дает технология ATM по сравнению с многоскоростной коммутацией каналов. Будем пола гать, что между двумя центрами быстрой коммутации пакетов ис пользуется цифровая система передачи синхронной цифровой иерархии со скоростью 155 Мбит/с, которая предназначена для обес печения пользователей трех служб с однопачечным графиком [15].

Исходные данные для расчета:

– Видеотелефония (В^(ВТФ)_max = 10 Мбит/с, В^(ВТФ)_ср = 2 Мбит/с,

К^(ВТФ)_п =5);

– Телефония (В^(ТФ)_max = 64 кбит/с, В^(ТФ)_ср = 2 кбит/с, К^(ТФ)_п =2);

– Высокоскоростная передача данных (В^(ПД)_max = 2 Мбит/с,

В^(ПД)_ср = 2 Мбит/с, К^(ПД)_п =1);

– В_ТР = 155 Мбит/с.

– Вероятность потери пакета составляет Р_{ПОТ. ПАК} £ 10^-3

Произведем расчет для видеотелефонии, зная В_ТРВТФ и В^(ВТФ)_max рассчитаем соотношение:

В^(ВТФ)_max / В_ТРВТФ =10*10⁶/155*10⁶ = 0,0645

Учитывая К^(ВТФ)_п =5 и соотношение В^(ВТФ)_max / В_ТРВТФ =0,0645 находим числовое значение показателя эффективности статистического мультиплексирования G_ВТФ=2,25 (из рисунка 5.1 на странице 152 в [28]).

По формуле (7.7) произведем расчет числа каналов, которое может быть образовано в тракте методом многоскоростной коммутации каналов:

N_{МСКК ВТФ} = В_ТРВТФ / В^(ВТФ)_max = 155*10⁶/10*10⁶ = 16 соединений

Суммарное количество виртуальных соединений для видеотелефонии выразим из формулы (7.6):

N_{ВС ВТФ} = G_ВТФ * N_{МСКК ВТФ} = 2,25 * 16 = 36 соединений.

Произведем расчет для телефонии, зная В_ТРТФ и В^(ТФ)_max рассчитаем соотношение:

В^(ТФ)_max / В_ТРТФ =64*10³/155*10⁶ = 0,0041

Учитывая К^(ТФ)_п =2 и соотношение В^(ТФ)_max / В_ТРТФ =0,0041 находим числовое значение показателя эффективности статистического мультиплексирования G_ТФ=1,878 (из рисунка 5.1 на странице 152 в [28]).

По формуле (6.7) произведем расчет числа каналов, которое может быть образовано в тракте методом многоскоростной коммутации каналов:

N_{МСКК ТФ} = В_ТРТФ / В^(ТФ)_max = 155*10⁶/64*10³ = 2422 соединений

Суммарное количество виртуальных соединений для телефонии выразим из формулы (7.6):

N_{ВС ТФ} = G_ТФ * N_{МСКК ТФ} = 1,878 * 2422 = 4548 соединений.

Произведем расчет для высокоскоростной передачи данных, зная В_ТРПД и В^(ПД)_max рассчитаем соотношение:

В^(ПД)_max / В_ТРПД =2*10⁶/155*10⁶ = 0,0129

Учитывая К^(ПД)_п =1 и соотношение В^(ПД)_max / В_ТРПД =0,0129 находим числовое значение показателя эффективности статистического мультиплексирования G_ПД =0,704 (из рисунка 5.1 на странице 152 в [28]).

По формуле (7.7) произведем расчет числа каналов, которое может быть образовано в тракте методом многоскоростной коммутации каналов:

N_{МСКК ПД} = В_ТРПД / В^(ПД)_max = 155*10⁶/2*10⁶ = 78 соединений.

Суммарное количество виртуальных соединений для видеотелефонии выразим из формулы (6.6):

N_{ВС ПД} = G_ПД * N_{МСКК ПД} = 0,704 * 78 = 55 соединений.

Проведенные расчеты показывают, что если вся пропускная способность цифрового тракта используется для обслуживания виртуальных соединений только одной службы, то в цифровом тракте 155 Мбит/с может быть обеспечено:

- 4548 соединений для телефонии;

- 55 соединений для высокоскоростной передачи файлов;

- 36 соединений для видеотелефонии.

Результаты расчетов предельного количества виртуальных соединений для трех служб приведены на рисунке 6.2.

Если N_SВC = N^(ТФ) _SВC + N^(ПД) _SВC + N^(ВТФ) _SВC находится на плоскости АВС или ниже ее, то цифровой тракт обеспечивает вероятность потери пакетов не более допустимого значения.

Выберем на плоскости АВС точку D (x=1546; y=21; z=12).

Рисунок 6.2 – Количество виртуальных соединений различных служб, органи зуемых в цифровом групповом тракте связи

Цифровая система передачи тракта обслуживает с заданным ка чеством одновременно:

– 1546 виртуальных соединений для телефонии;

– 21 виртуальное соединение для высокоскоростной передачи данных;

– 12 виртуальных соединений для видеотелефонии.

Расчеты показывают, что такое же количество соединений с таким же качеством обслуживания методом многоскоростной коммутации каналов потребовало бы цифровой тракт со скоростью не менее 420 Мбит/с. Таким образом, технология ATM, решающая проблему статистического мультиплексирования всех видов ин формации в едином цифровом тракте, обеспечивает, как показывают расчеты, выигрыш в пропускной способности трактов не менее чем в 2,5-3 раза. Расчетные соотношения показывают, что статистическое мультиплексирование дает значительный выигрыш тогда и только тогда, когда скорость любого источника значительно ниже скоро сти цифрового тракта. При этом, чем больше коэффициент пачеч ности источника тем выше эффективность статистического мультиплексирования.