Введение. При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Однако, для того, чтобы канальный уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетей должна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол канального уровня – Ethernet – рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине [1-4].

Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики локальных сетей остановились на совместном использовании кабеля всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляет собой неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имеет и негативные стороны, из которых наиболее неприятным является ограничение по производительности и надежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети ограничивает пропускную способность сети тем, что только одна станция может передавать данные, а другие должны ждать окончания передачи. В случае если канал связи оказывается свободным, и несколько станций одновременно пытаются передавать данные в него, то происходит наложение сигналов и соответственно искажение данных. Подобные ситуации принято называть коллизиями.

1-постоянный алгоритм доступа. Работу канала при 1-постоянной алгоритме случайного доступа можно проиллюстрировать временными диаграммами, приведенными на рис. 1.

Из рис. 1. следует, что в момент времени t₁ вторая станция, прослушав канал и убедившись, что он свободен, начинает передачу. В момент времени t₂ первая станция начинает прослушивать канал. Канал занят и первая станция продолжает непрерывное прослушивание до момента его освобождения, т.е. до момента времени t₃, а затем начинает передачу. В момент времени t₅ n-ая станция начинает прослушивать канал.

Рис. 1. Временная диаграмма работы канала связи при 1-постоянном алгоритме случайного доступа

Канал свободен и n-ая станция начинает передачу. В то время как n-ая станция ведёт передачу, вторая станция в момент времени t₆ обратилась к каналу связи, прослушала его, и убедившись что он занят стала ждать его освобождения. Чуть позже в момент времени t₇ первая станция обратилась к каналу связи, застала его занятым и вместе со второй станцией стала ждать его освобождения. В момент времени t₈ первая и вторая станции одновременно начинают передавать в канал связи, после чего происходит коллизия второго типа.

Из временной диаграммы видно, что вероятность возникновения коллизии второго типа прямо пропорциональна длине сообщений, передаваемых по каналу связи. Это обусловлено тем, что при передаче длинного сообщения большее количество станций может обратиться к каналу связи и начать ожидать его освобождения, а если этих станций больше одной, то при 1-постоянном алгоритме случайного доступа коллизия при освобождении канала связи гарантирована.

1-постоянный алгоритм проще по своей структуре, чем непостоянный алгоритм, т.к. при этом алгоритме не надо генерировать случайные интервалы времени задержки, через которые повторяется прослушивание. Временная диаграмма также показывает, что при этом алгоритме время простоя канала связи гораздо меньше, чем при непостоянном алгоритме. То обстоятельство, что при 1-постоянном алгоритме вероятность возникновения коллизии явно выше, чем при непостоянном, рекомендует его использовать в каналах связи с высокой пропускной способностью и передаваемыми сообщениями маленькой длины, причём его применение там скажется только в лучшую сторону.

Обобщенный алгоритм работы разрабатываемой имитационной модели для 1-постоянного алгоритма доступа к каналу связи показан на рис. 2.

Рис. 2. Обобщённая блок-схема алгоритма работы имитационной модели

В данной блок схеме в блоке 1 производится ввод параметров, в блоке 2 выполняется один такт моделирования, в блоке 3 увеличивается на 1 количество удачно переданных сообщений. В блоке 4 производится увеличение такта моделирования на 1. В блоке 5 производится проверка на окончание такта моделирования. В блоке 6 выводятся результаты моделирования.

На рис. 3. представлена блок-схема алгоритма функции OMT (см. рис. 2), реализующаяся по методу 1-постоянного алгоритма случайного доступа.

Рис. 3. Блок-схема функции OMT, реализующаяся на основе 1-постоянного алгоритма случайного доступа

Алгоритм, представленный на рис. 3. работает следующим образом:

Блок 1. Проверяется событие заставания станцией или станциями канала занятым. Если канал занят, то дальнейшее движение идёт по правой ветке, иначе по левой;

Блок 2. Генерируется равномерно распределённое в интервале [0, 1] число, которое будет представлять собой вероятность входа в свободный канал одной или нескольких станций;

Блок 3. Проверяется событие одновременного выхода в свободный канал больше чем одной станции;

Блок 4. В канал связи вышла только одна станция и поэтому сообщение передано удачно;

Блок 5. В свободный канал связи вышло сразу несколько станций и сообщение не будет передано, так как произойдёт коллизия;

Блок 6. Готовим счётчик по всем станциям плюс одна лишняя, т.к. на следующем шаге мы получим нужное число;

Блок 7. Декрементируем счётчик станций;

Блок 8. Проверяем событие одновременного выхода в свободный канал связи сразу I станций;

Блок 9. В индивидуальный счётчик коллизий по первому случаю добавляем единицу;

Блок 10. Инкрементируем общий счётчик коллизий по первому случаю;

Блок 11. Канал связи, одна или несколько станций застали занятым, и поэтому сообщение передано не будет;

Блок 12. Генерируется равномерно распределённое в интервале [0, 1] число, которое будет представлять собой вероятность обращения к каналу одной или нескольких станций;

Блок 13. Проверяется событие одновременного выхода в занятый канал больше чем одной станции;

Блок 14. Готовим счётчик по всем станциям плюс одна лишняя, т.к. на следующем шаге мы получим нужное число;

Блок 15. Декрементируем счётчик станций;

Блок 16. В индивидуальный счётчик коллизий по второму случаю добавляем единицу;

Блок 17. Инкрементируем общий счётчик коллизий второго типа.

1-постоянный алгоритм отличается от непостоянного тем, что при застании канала связи занятым коллизия возникает всегда, когда канал застали занятым больше чем одна станция, а при непостоянном необходимо было также условие совпадения времени повторного прослушивания у нескольких станций.

Обе ветки 1-постоянного алгоритма визуально практически не различаются, но каждая из них несёт разный смысл. Так, в левой ветке проверяется событие заставания канала свободным сразу несколькими станциями и если их несколько, то коллизия, иначе сообщение передано удачно. В правой ветке сообщение передано неудачно, так как канал был застигнут занятым, а коллизия не произойдёт тогда, когда в канал вышла только одна станция.

1. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. — 6-е изд. стер. — М.: Высш. шк., 1999.— 576 c.
2. Одом У. Компьютерные сети. Первый шаг = Computer Networking: First-step / Пер. В. Гусев. — СПб.: «Вильямс», 2006. — 432 с.
3. Заргарян Е.В., Заргарян Ю.А., Коринец А.Д., Мищенко А.С. Разработка имитационной модели системы передачи информации с непостоянным алгоритмом доступа к каналу связи // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/46697
4. Заргарян Е.В., Кузьминов А.А. Применение методов теории систем массового обслуживания для исследования однородных переключений в энергосистемах. Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2006. Т. 70. № 15. С. 63-66.

Все статьи автора «Заргарян Елена Валерьевна»