Работа № 8. Изучение методов оценки структурной надежности сетей связи

Цель работы: Исследование структурной надежности сети связи методом полного перебора и методом статистического моделирования.

Типы структур сетей связи

Основными характеристиками сетей связи независимо от систем передачи информации являются: структура, топология и структурная надежность.

Структура сети связи – взаимное расположение узлов коммутации и линий связи без учета их расположения на местности.

Топология сети – структура сети связи с учетом реального расположения ее элементов.

В качестве количественных оценок структуры сети связи, как правило, используют количество узлов коммутации (УК) – s; количество линий связи – М; количество каналов в линии связи, соединяющей i-й и j-й узлы коммутации – Kij^(i,j= 1, 2,…s; i ≠ j); степень узла коммутации, которая показывает общее число линий связи от данного узла к соседним – Ri; сечение сети – минимальное число линий связи, одновременный отказ которых приводит к несвязности сети – v.

Одной из основных характеристик сети связи является структурная надежность – свойство сети обеспечить связность сети в условиях выхода из строя ее элементов.

Сеть считается связной, если все узлы коммутации можно соединить между собой цепью примыкающих друг к другу линий связи.

Существует большое число структур сетей, которые объединяют заданное множество УК, однако среди них можно выделить три типа: сетеобразные, древовидные и кольцевые.

Кольцевые структуры имеют при s узлов коммутации М (М = s) линий связи и Ri= v = 2. Капитальные затраты для создания сети связи кольцевой структуры относительно невелики. Однако, и структурная надежность такой сети тоже невысокая. Так, при выходе из строя всего двух соседних узлов коммутации сеть оказывается несвязной.

К древовидным структурам сетей связи относятся все структуры, имеющие v = s – i. Это – звездообразные (v =1), линейные (v =1, Ri=2) и иерархические (v =1) структуры. Отличительная особенность древовидных структур – минимальные капитальные затраты дляихсоздания.

Сетеобразные структуры сетей, в зависимости отих изображения на плоскости разделяются на плоские (не имеют пересекающихся линий связи) и объемные (нельзя представить без пересечения линий связи).

Объемные структуры, в зависимости от степени каждого УК могут быть полносвязными и неполносвязными.

В полносвязных структурах каждая пара УК соединена линией связи (Ri= v = s – 1). Для ее построения необходимо иметь M = s^∙(s – 1)/2 линий связи. Структурная надежность таких сетей по сравнению с другими самая высокая. Однако, основным недостатком полносвязных сетей являются большие капитальные затраты на их создание.

В неполносвязных структурах не каждая пара УК соединена линией связи. Для их построения при s УК необходимо M = sr_СР/2 линий связи, где Rср– средняя степень УК сети.

Плоские сетеобразные структуры разделяются на ячеистые и радиально-кольцевые. Последние имеют высокую степень концентрации УК в центре сети. Радиально-кольцевые структуры, как правило, применяются в сетях с явно выраженным характером тяготения отдельных УК к центру. Структурная надежность таких сетей, ввиду большого числа маршрутов между произвольной парой УК, достаточно высокая. При этом капитальные затраты относительно небольшие.

Ячеистые структуры в отличие от радиально-кольцевых структур имеют относительно равномерное распределение УК по всей площади сети связи. Каждый УК имеет связь только с небольшим числом других узлов, как правило, ближних по расстоянию или имеющих большое тяготение. Из-за наличия большого числа маршрутов между произвольной парой УК ячеистые структуры обладают достаточно высокой структурной надежностью при небольших капитальных затратах по сравнению с объемными. Ячеистые структуры разделяют на регулярные и нерегулярные. К последним относятся структуры, в которых степень Riкаждого УК различна. Для них количество линий связи M = s*rср/2.

В ячеистых регулярных структурах каждый УК имеет степень Ri= 3 (сотовые), Ri= 4 (квадратные), Ri= 6 (треугольные). Для их создания необходимо M =Ri*s/2 линий связи.

На рис.1 показаны некоторые типы структур сетей связи:

а) древовидная звездообразная;

б) неполносвязная;

в) непланарная (объемная) полносвязная;

г) непланарная (объемная) неполносвязная;

д) кольцевая;

е) древовидная с общей шиной;

ж) древовидная иерархическая;

з) планарная регулярная квадратная;

и) планарная регулярная сотовая.

Рис. 8.1. Структуры сетей связи

Выбор той или иной структуры сети зависит от требований пользователей, величины нагрузки и других факторов.