|
В - восстановленного сигнала
Рассмотрим передачу непрерывного сообщения, например передачу значений яркости строки изображения или передачу электрического сигнала с телеметрического датчика, отображающего поведение температуры, давления и др., с использованием простейшего устройства сжатия — предсказателя нулевого порядка. Аналоговое сообщение (рис. а) вначале подвергается дискретизации по времени, т.е. аналоговое сообщение заменяется последовательностью узких импульсов, следующих через некоторый интервал времени Т. Эти узкие импульсы с амплитудами, равными значению аналогового сообщения в этом моменте времени, называются выборками аналогового сообщения. В устройстве сжатия устанавливается апертура предсказания А. Если амплитуда последующей выборки лежит в пределах той же апертуры Л относительно последней переданной по каналу связи выборки, то она по каналу связи не передается. Выборка, которая попадает в следующую амплитудную зону, называется существенной (рис., б), оцифровывается и передается по каналу связи. У получателя сообщения по существенным выборкам восстанавливается переданное сообщение (рис., в). Оцифрованные существенные выборки на выходе устройства сжатия создают, как видно из рис. б, пульсирующий трафик. Коэффициент сжатия, равный отношению числа существенных выборок к числу выборок на входе устройства сжатия в единицу времени, может быть весьма большим. Так, при передаче телевизионных изображений при сжатии по алгоритму MPEG-2 коэффициент сжатия достигает величин 50—100.
Сравнение сетей с коммутацией каналов и пакетов
Основным параметрам, по которым оценивают разницу между сетями с коммутацией каналов и пакетов, – задержка передачи пакетов, связанная с возникновением задержек на путях передачи пакетов и прохождение по очередям в коммутаторах. Пусть на пути передачи данных расположены два коммутатора и в первом случае случае: через сеть с коммутацией каналов (рис., а), а во втором через сеть с коммутацией пакетов (рис., б). В сети с коммутацией каналов данные после задержки, связанной с установлением канала tprg и времени передачи сообщения в канал ttrns. Таким образом, время доставки данных Т= tprg+ ttrns. Наличие коммутаторов в сети с коммутацией каналов никак не влияет на суммарное время, прохождения данных через сеть.
Рисунок – Временные диаграммы передачи информации по сети с коммутацией каналов (а) и в сети с коммутацией пакетов (б) Время установлением канала ограничено распространением сигналов через физическую среду, протяженностью L:
tprg = L/S,
где L – расстояния между абонентами; S – скорости распространения электромагнитных волн в конкретной физической среде, которая колеблется от 0,6 до 0,9 скорости света (с0) в вакууме S=0,6…0,9 с0. Время передачи сообщения в канал ограничено объемом данных по отношению к пропускной способности канала передачи:
ttrns= V/B,
где V- объем сообщения V в битах; B – пропускная способность канала в битах в секунду.
В сети с коммутацией пакетов передача данных не требует обязательного установления соединения. При передаче того же объема V, что и в предыдущем случае, но разделённого на пакеты, каждый из которых снабжен заголовком, пакеты передаются от узла N1 в узел N2, между которыми расположены два коммутатора. На каждом коммутаторе каждый пакет изображен дважды: в момент прихода на входной интерфейс и в момент передачи в сеть с выходного интерфейса. Из рисунка видно, что коммутатор задерживает пакет на некоторое время. Здесь Т1 — время доставки адресату первого пакета сообщения. Т.к. физическая среда и пропускная способность одинакова, то tprg и ttrns такие же как и в сетях с коммутации каналов. Однако разбиение передаваемого сообщения на пакеты с последующей их передачей по сети с коммутацией пакетов приводит к дополнительным задержкам. Время передачи одного пакета от узла N1 до коммутатора 1 можно представить в виде суммы нескольких слагаемых: t1 – время формирования пакета (пакетизации); t2 – время передачи в канал заголовка; t3 – время передачи в канал поля данных пакета; t4 – время распространения сигналов по каналам связи, представляющего один бит информации, от узла N1 до коммутатора 1; На промежуточном коммутаторе тратиться: t5 – время приема пакета с его заголовком из канала во входной буфер коммутатора, равно (t2 + t3); t6 – время ожидания пакета в очереди, заранее неизвестно, так как зависит от текущей загрузки сети; t7 – время коммутации пакета при его передаче в выходной порт фиксировано для конкретной модели и обычно невелико (от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд). Таким образом время передачи пакета из узла N1 на выходной интерфейс коммутатора 1 (TN1-S1): T N1-S1= t1 + t4 + t5 + t6 + t7.
Cлагаемые t2 и t3 отсутствуют в сумме, т.к. из рис. Б видно, что передача битов из передатчика в канал совмещается по времени с передачей битов по каналу связи. Время, затрачиваемое на оставшиеся два отрезка пути, обозначим соответственно TS1-S2 и TS2-N2. Эти величины имеют такую же структуру, что и TN1-S1, за исключением того, что в них не входит время пакетизации, и, кроме того, TS2-N2 не включает время коммутации (так как отрезок заканчивается конечным узлом). Итак, полное время передачи одного пакета по сети (Т1):
Т1= TN1-S1+ TS1-S2 + TS2-N2
Время передачи всего сообщения, состоящего из нескольких пакетов будет значительно меньше, чем сумма значений времени передачи каждого пакета сообщения. Точно рассчитать это время сложно из-за неопределенности состояния сети и, вследствие этого, неопределенности значений времени ожидания пакетов в очередях коммутаторов. Однако если предположить, что пакеты стоят в очереди примерно одинаковое время, то общее время передачи сообщения, состоящего из n пакетов, можно оценить следующим образом TPS = Т1 + (n - 1) (t1 + t5).
Пример: Сравнить задержки передачи данных в сетях с коммутацией пакетов с задержками в сетях с коммутацией каналов, основываясь на описанной модели. Пусть тестовое сообщение, которое нужно передать в обоих видах сетей, составляет 200 000 байт. Отправитель находится от получателя на расстоянии 5000 км. Пропускная способность линий связи составляет 2 Мбит/с. Решение. Время передачи данных по сети с коммутацией каналов складывается из времени распространения сигнала, которое для расстояния 5000 км можно оценить примерно в 25 мс, и времени передачи сообщения в канал, которое при пропускной способности 2 Мбит/с и размере сообщения 200 000 байт равно примерно 800 мс, то есть всего передача данных абоненту занимает 825 мс. Оценим дополнительное время, которое требуется для передачи этого сообщения по сети с коммутацией пакетов. Будем считать, что путь от отправителя до получателя пролегает через 10 коммутаторов. Также предположим, что сеть работает в недогруженном режиме и очереди в коммутаторах отсутствуют. Исходное сообщение разбивается на пакеты по 1000 байт, всего 200 пакетов. Если принять интервал между отправкой пакетов равным 1 мс, тогда время передачи сообщения увеличится на дополнительные 200 мс. Время передачи сообщения в канал также увеличится из-за необходимости передавать заголовки пакетов. Предположим, что доля служебной информации, размещенной в заголовках пакетов, по отношению к общему объему сообщения составляет 10 %. Следовательно, дополнительная задержка, связанная с передачей заголовков пакетов, составляет 10 % от времени передачи исходного сообщения, то есть 80 мс. При прохождении пакетов через каждый коммутатор возникает задержка буферизации пакета. Эта задержка при величине пакета 1000 байт, заголовке 100 байт и пропускной способности линии 2 Мбит/с составляет 4,4 мс в одном коммутаторе. Плюс задержка коммутации 2 мс. В результате прохождения 10 коммутаторов пакет придет с суммарной задержкой 64 мс, потраченной на буферизацию и коммутацию. В результате дополнительная задержка, созданная сетью с коммутацией пакетов, составляет 344 мс. Учитывая, что вся передача данных по сети с коммутацией каналов занимает 825 мс, эту дополнительную задержку можно считать существенной. Хотя приведенный расчет носит очень приблизительный характер, он делает более понятными те причины, по которым для отдельного абонента процесс передачи данных по сети с коммутацией пакетов является более медленным, чем по сети с коммутацией каналов. ![]() ![]() Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... ![]() Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... ![]() Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор... ![]() ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|