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.

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.

Для понижения вероятности возникновения коллизии, внутри канального уровня действует несколько алгоритмов доступа к каналу связи. В данной работе рассмотрен непостоянный алгоритм доступа к каналу связи.

Тема работы является актуальной, так как работа посвящена разработке имитационной модели для задач исследования возникновения коллизий в сетях с «непостоянным» алгоритмом доступа к каналу связи.

Непостоянный алгоритм случайного доступа. Работу канала при непостоянном алгоритме случайного доступа можно проиллюстрировать временными диаграммами, приведенными на рис. 1.

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

Из рис. 1 следует, что в момент времени t₁ первая станция, прослушав канал и убедившись, что он свободен, начинает передачу. В момент времени t₂ вторая станция начинает прослушивать канал. Канал занят и вторая станция возобновляет прослушивание, через случайный промежуток времени (t₄ – t₂), в момент времени t₄. Обнаруживает канал связи свободным и приступает к передаче. В момент времени t₅ n-ая станция начинает прослушивать канал. Канал занят и n-ая станция возобновляет прослушивание, через случайный промежуток времени (t₈ – t₅), в момент времени t₈, но в момент времени t₇ = t₈ первая станция тоже начала прослушивать канал и после того как они одновременно начнут передавать данные произойдёт коллизия [1-4].

Непостоянный алгоритм проявляется в том, что интервалы повторного прослушивания случайные и их величина вычисляется при аппроксимировании какой либо кривой распределения плотности вероятности. Если это кривая равномерного закона распределения на отрезке [t_min, t_max], то значения будут находиться из формулы (1).

t=random (t_max-t_min)                                                                                                                           (1)

где random – это функция, возвращающая равномерно распределённое в интервале [0, 1] число. Для кривой экспоненциального закона распределения с интенсивностью λ случайное время будет находиться из формулы (2).

 t= – (1/λ)·ln(random)                                                                                                                        (2)

На рис. 2 представлена обобщенная блок-схема алгоритма, необходимого для создания программного обеспечения, написанного по методу непостоянного алгоритма случайного доступа.

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

На рис. 3. представлена блок схема алгоритма OMT, реализующаяся по методу непостоянного алгоритма случайного доступа. Алгоритм работает следующим образом:

Блок 1. Проверяется событие застания 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 канал связи вышло одновременно больше одной станции, и поэтому произойдёт коллизия, в следствие чего сообщение передано не будет;

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. Общий счётчик коллизий по первому случаю увеличиваем на единицу;

Блок 11. Канал связи застигнут станцией или станциями занятым и поэтому на этом такте сообщение передано не будет;

Блок 12. Генерируется равномерно распределённое в интервале [0, 1] число, которое будет представлять собой вероятность входа в занятый канал связи одной или нескольких станций;

Блок 13. Проверяется событие одновременного обращения к занятому каналу 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. Проверяем событие одновременного выхода в занятый канал связи сразу I станций;

Блок 17. Генерация времени ожидания перед повторным прослушиванием канала связи по одному из двух законов распределения. Алгоритм, соответствующий равномерному закону распределения представлен на рис. 4., а экспоненциальному на рис. 5;

Блок 18. Обнуляем количество станций, время ожидания которых совпало;

Блок 19. Пускаем счётчик по всем станциям, с целью сравнения сгенерированного ими времени задержки между собой;

Блок 20. Обнуляем временное количество станций, время ожидания которых совпало;

Блок 21. Запускаем счётчик по всем станциям, чтобы сравнить сгенерированное время задержки по типу «каждый с каждым»;

Блок 22. Проверяется условие различия сгенерированного J-ой и L-ой станциями времени задержки на величину меньшую чем Δt. Также здесь проверяется, чтобы это была не одна и та же станция;

Блок 23. Инкрементируем временное количество станций, время ожидания которых совпало;

Блок 24. Проверяем, не превысил ли полученный объём станций, время ожидания которых совпало, максимальный объём. Группа с максимальным количеством станций выбирается потому что должна быть ориентация на наихудшую обстановку;

Блок 25. Переопределяем максимальное количество станций, время ожидания которых совпало;

Блок 26. Проверяется событие появления хоть одной группы станций, время ожидания которых совпало, с целью выявления возможной коллизии;

Блок 27. Произошла коллизия по второму случаю и поэтому инкрементируем соответствующий счётчик;

Блок 28. Индивидуальный счётчик коллизий второго типа увеличиваем на единицу.

В алгоритме предполагается, что за сгенерированный в подпрограмме TIME промежуток времени канал связи освободится и коллизия, при совпадении этого интервала времени у нескольких станций, неизбежна.

На рис. 4. представлена блок схема подпрограммы TIME, реализующаяся на основе равномерного закона распределения времени повторного прослушивания.

Рис. 4 Блок-схема подпрограммы TIME, реализующаяся на основе равномерного закона распределения времени повторного прослушивания

Подпрограмма TIME, блок-схема которой представлена на рис. 4. работает следующим образом.

Блок 1. Пускается цикл по всем станциям, одновременно обратившимся к занятому каналу связи;

Блок 2. Для каждой станции генерируется случайный интервал времени, через который она повторит прослушивание. Значение времени получается равномерно распределённым в интервале [0, t_max-t_min].

Счётчик RT содержит значения сгенерированных интервалов времени и будет использоваться в дальнейшем при определении двух интервалов времени, отличающихся на величину меньшую либо равную Δt. Выявление двух указанных интервалов будет осуществляться по условию:

На рис. 5. представлена блок схема подпрограммы TIME, реализующаяся на основе экспоненциального закона распределения времени повторного прослушивания.

Рис. 5. Блок-схема подпрограммы TIME, реализующаяся на основе экспоненциального закона распределения времени повторного прослушивания

Подпрограмма TIME, блок-схема которой представлена на рис. 5. работает следующим образом.

Блок 1. Пускается цикл по всем станциям, одновременно обратившимся к занятому каналу связи;

Блок 2. Для каждой станции генерируется случайный интервал времени, через который она повторит прослушивание. Значение времени получается распределённым по экспоненциальному закону с интенсивностью λ.

На основе разработанной имитационной модели в дальнейшем будет разработано программное приложение для исследования системы передачи информации с непостоянным алгоритмом доступа к каналу связи [4].

В результате работы была разработана имитационная модель системы передачи информации с непостоянным алгоритмом доступа к каналу связи для исследования коллизий в протоколе CSMA/CD. Разработанная имитационная модель в большей степени построена за счёт использования методов теории систем массового обслуживания, а также принципов системного анализа.