Несимметричная многомаркерная кольцевая локальная сеть с буферами конечной емкости и ординарной дисциплиной обслуживания (стр. 2 из 6)

Различают два основных класса методов доступа – детерминированные и случайные. Случайный метод доступа характеризуется тем, что любой узел может сделать попытку передать информацию в сеть в произвольный момент времени, Однако в этом случае возможно столкновение передач двух узлов и более. В случае столкновения узлы, начавшие передачу, должны прекратить ее и возобновить попытку передачи после некоторой случайной задержки времени. Этот метод применяется лишь в незагруженных сетях, его основной недостаток – низкий коэффициент использования общего канала.

Детерминированные методы доступа позволяют полностью использовать каналы связи. Они обеспечивают гарантию каждому абоненту определенного времени выхода в сеть. При этом могут устанавливаться приоритеты абонентам. Конфликтные ситуации, вызванные одновременным обращением к каналу нескольких абонентов, отсутствуют. Все это достигается за счет невозможности доступа абонентов в сеть в любой момент времени. Из детерминированных методов доступа наибольшее распространение получил маркерный метод.

При использовании маркерного метода передачу производит только та абонентская станция, у которой в данный момент имеется маркер (эстафетная палочка). Остальные станции в это время осуществляют только прием. Последовательность передачи маркера от одной станции к другой, т.е. последовательность подключения станций для передачи информации, задается управляющей станцией сети. Абонентская станция, получившая маркер (полномочия на передачу информации), передает свой подготовленный кадр в шину, если кадра для передачи нет, АС сразу посылает маркер другой станции согласно установленному порядку передачи полномочий. Так продолжается до тех пор, пока управляющая станция не инициирует новую последовательность передач маркера. ЛВС с циркулирующим маркером позволяет передавать сообщения произвольной длины.

В 1980 г. в рамках Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) был образован комитет 802 по стандартизации ЛВС, задачей которого являлось определение набора процедур, посредством которых различные устройства могут взаимодействовать. Для подготовки проектов отдельных стандартов были учреждены подкомитеты. Стандартом маркерного кольца занимался подкомитет 802.5. Разработка этого стандарта была завершена в 1984 г., а в 1985 г. Американский национальный институт стандартов (ANSI) утвердил стандарт ANSI/IEEE 802.5 в качестве национального стандарта США. В 1986 г. этот стандарт был утвержден в качестве международного. В Европе в 1982 г. Европейская ассоциация производителей ЭВМ (ECMA) независимо от ANSI выпустила стандарт маркерного кольца ECMA-89. Стандарт ANSI/IEEE 802.5 совместим со стандартом ECMA-89.

КЛВС с маркерным доступом относится к протоколам детерминированного множественного доступа циклического типа. ЛВС «маркерное кольцо» представляет собой совокупность станций, соединенных последовательно двухточечными линиями. Каждая станция действует как активный повторитель, регенерирует сигналы, поступающие из входящей линии, и выдает их в исходящую линию. Станции имеют право на передачу кадра при получении специального кадра-маркера, циркулирующего по кольцу в промежуток между передачей информации, станция, имеющая кадр для передачи, удерживает поступивший маркер, преобразует его в кадр (для передачи, удерживает поступивший маркер), добавлением адресной информации, данных и других необходимых полей и выдает в исходящую линию. Каждая станция анализирует адресную информацию кадра и при несовпадении адреса назначения и собственного адреса копирует кадр в исходящую линию. Станция, обнаружившая адресованный ей кадр, копирует его в приемный буфер, устанавливает в нем признак того, что пакет принят, обнаружив вернувшийся кадр, анализирует признак приема пакета и в случае, если пакет принят, удаляет его из кольца и из своей очереди пакетов на передачу. Если пакет не принят, станция удаляет его из кольца и оставляет в своей очереди для передачи при получении маркера. Одна из станций кольца выполняет функции активного монитора, обеспечивая нормальное функционирование сети. Другие станции выполняют функции неактивного монитора, и в случае его отказа готовы перейти в состояние активного монитора. Кроме того, станции определяют ошибки функционирования сети и информируют о них все остальные станции для восстановления нормального функционирования.

Преимущества КЛВС с маркерным доступом:

· гарантируется доступ каждого абонента в сеть через определенные промежутки времени независимо от нагрузки сети;

· отсутствие проблемы маршрутизации сообщений, т. к. маршруты передачи сообщений фиксированы;

· возможность расширения;

· низкая стоимость подключения новых узлов в сеть;

· невысокая стоимость сетевых интерфейсов, реализующих прямые методы передач и управления доступа в сеть;

Недостатки КЛВС:

· сложное управление;

· при добавлении или замене узла необходимы остановка в работе сети и временный разрыв кольца;

· выход из строя узла сети прерывает работу всей сети.

В математических моделях, описывающих функционирование ЛВС, принимаются предложения о числе станций в сети (конечное или бесконечное), наличии (размере) буферов у станции, содержащих ожидающие передачу сообщения, предложения о входящем потоке сообщения, времени перехода маркера между станциями и некоторые другие.

Математическими моделями описанной ЛВС «маркерное кольцо» являются циклические СМО. Теория циклических СМО получила развитие в работах иностранных ученых, обзор которых насчитывает более 200 наименований.

Под циклической понимается СМО с N очередями и одним прибором, обслуживающим очереди в циклическом порядке. Емкость накопителей (буферов) может быть конечной или бесконечной. В циклических СМО существует несколько дисциплин обслуживания, регламентирующих пребывание прибора у каждой очереди. Наиболее распространенными являются следующие:

1) исчерпывающие или с опустошением, когда прибор отключается от очереди в момент, когда в ней нет сообщений;

2) вентильное, когда прибор отключается от очереди, обслужив все сообщения, находящиеся в ней к моменту подключения прибора к очереди;

3) с ограничением k, когда прибор отключается от очереди, обслужив в ней не более k сообщений (если в системе не осталось сообщений, то прибор отключается, обслужив менее k сообщений);

4) ординарное, когда прибор обслуживает по одному сообщению в каждой очереди;

5) Бернулли, когда прибор обслуживает одно сообщение в очереди (если оно там есть), а затем отключается с вероятностью p, и берет следующее с вероятностью 1-р (если сообщений в системе нет, то прибор отключается с вероятностью 1);

6) с сокращением k, когда прибор отключается от очереди, обслужив r сообщений, где r=min(x,k), где x – это число сообщений в очереди в момент подключения к ней прибора.

Обслуживание сообщения в КЛВС эквивалентно передаче пакета, время переналадки прибора с очереди на очередь – времени передачи маркера от одной станции к другой. Имитационное моделирование, учитывающее подробности функционирования КЛВС, показало адекватность этой математической модели.

Наиболее распространенным подходом к анализу функционирования ЛВС является исследование средних значений таких вероятностно-временных характеристик как времена задержки сообщений (заявок), длины очередей, коэффициентов загрузки сообщений и некоторые другие.

1 Математические модели функционирования несимметричных, многомаркерных КЛВС с конечнымибуферами различной емкости и ординарной дисциплиной обслуживания

1.1 Математическая модель функционирования многомаркерной, несимметричной КЛВС с N АС, с k маркерами (1<k<N) и буферами различной емкости

Рассмотрим несимметричную КЛВС с протоколом маркерного доступа, которая состоит из N абонентских станций, на i-тую АС поступает простейший поток сообщений интенсивности

На каждой АС имеется буфер с емкостью

, который служит для отправки сообщений по кольцу, а также есть приемный буфер, который позволяет принимать любое количество сообщений. АС пронумерованы таким образом, что номер АС увеличивается по направлению движения свободных маркеров, причем после прохождения N-ой АС свободный маркер поступает на первую АС. Для передачи сообщений используются k маркеров, 1<k<N.

Буфер на i-той станции назовем полностью свободным, если на АС нет сообщений для передачи и полностью занятым, если на АС имеется

сообщений, подлежащих передаче.

Если свободный маркер поступает на свободную АС (не содержащую ни одного сообщения), то он немедленно отправляется на очередную АС. Если маркер поступает на АС, где имеется хотя бы одно сообщение, то немедленно начинается передача имеющихся сообщений в соответствии с дисциплиной обслуживания.

Дисциплина обслуживания – ординарная, т.е. при поступлении маркера на АС обслуживается не более одного сообщения, стоящего в очереди в момент прихода маркера.

Будем считать, что во время передачи сообщения все поступающие на эту АС сообщения, подлежащие передаче, теряются. Т.е. в этом случае на АС, с которой передаются сообщения, происходит блокировка буфера, в котором находились сообщения в момент прихода маркера. Время блокировки равно времени передачи сообщения, находившихся на АС-отправителе в момент прихода маркера.