Анализ гидроакустических сетей

Коммутация сообщений и коммутация пакетов относятся к соединению с накоплением информации. В случае коммутации сообщений все сообщение помещается в БЗУ, а через некоторый промежуток времени считывается в исходящие каналы в выбранном направлении. При коммутации пакетов все сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами (при использовании АТМ - на ячейки длинной 53 байта) и затем эти пакеты передаются из одного узла сети в другой.

Существует два режима передачи пакетов: режим датаграмм и режим виртуальных каналов [5]. При датаграмном режиме каждый пакет информации содержит заголовок, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты перемещаются в сети совершенно независимо друг от друга, при этом коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети - работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и так далее. Метод датаграмм удобен тем, что не требует предварительного установления соединения, так как маршрут выбирается в процессе передачи каждого пакета, поэтому не возникает задержки перед передачей данных. Это особенно удобно для передачи небольшого объема данных, когда время установления соединения соизмерим со временем передачи данных.

Метод быстрой коммутации пакетов, который используется в Ш-ЦСИО, относится к режиму передачи пакетов по виртуальному каналу. В этом случае перед началом передачи данных получателю направляется служебный пакет, обеспечивающий виртуальное соединение [5]. При этом маршрут определяется по таблице маршрутизации, а фиксация маршрута осуществляется в таблицах коммутации, которые содержат информацию вида: пакеты k-го виртуального соединения, пришедшие из i-го канала, следует направлять в j-й канал. В памяти управляющего компьютера существует виртуальное (условное) соединение. Дойдя до абонента-получаетеля, служебный пакет запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем памяти понадобится для приема. Если компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается согласие обоненту-отправителю (также в виде специального служебного пакета) на передачу сообщения. Получив подтверждение, абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами.

При быстрой коммутации пакетов ячейка, поступившая на вход коммутационной системы, характеризуется номером входного виртуального тракта и номером виртуального канала (поля ИВТ и ИВК в заголовке). Быстрая коммутация пакетов (БКП) состоит в выполнении следующих действий:

системы принятие входящей ячейки;

чтение заголовка ячейки (определение ИВТ и ИВК);

изменение ИВТ и ИВК в заголовке за счет обращения к таблице коммутации, информация в которую записана на этапе определения маршрута;

добавление к ячейке информации о маршрутировании в коммутационной системе, которая называется заголовок быстрого пакета; таким образом получают пакет быстрой коммутации, который поступает на один из входов коммутационной;

заголовок быстрого пакета самомаршрутизирует пакет быстрой коммутации через коммутационную систему и, следовательно, быстрый пакет поступает на требуемый исходящий виртуальный тракт и исходящий виртуальный канал (согласно таблице коммутации);

в выходном контроллере заголовок быстрого пакета изымается и, таким образом, быстрый пакет обратно преобразуется в ячейку.

Коммутаторы пакетной сети имеют буферное запоминающее устройство для временного хранения пакетов. Это связано с необходимостью разнесения во времени быстрых пакетов, одновременно поступивших на различные входы и требующих передачу на один и тот же выход.

Таким образом, при использовании БКП время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется быстрой последующей передачей всего потока пакетов. Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному каналу (в каждом узле их ждет инструкция, которая обрабатывается управляющим компьютером) и в том же порядке попадают абоненту-получателю.

5 Маршрутизация. Основные определения

5.1 Общая классификация методов маршрутизации

Маршрут - это список узлов коммутации от узла-источника до узла-получателя. Маршрутизация - это набор процедур, позволяющих определить оптимальный маршрут по заданным параметрам на сети связи между парой узлов коммутации [9].

На рисунке 5.1 приведена общая классификация методов маршрутизации.

Маршрутизация делится на [2]:

централизованную, когда решающие функции закреплены за одним узлом, который посылает соответствующие команды основным узлам;

децентрализованную, когда каждый узел самостоятельно выбирает маршрут передачи (или ее направление) на основе собственной информации.

В зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации алгоритмы маршрутизации делятся на три класса [2]:

алгоритмы фиксированной или статической маршрутизации;

алгоритмы простой маршрутизации;

алгоритмы адаптивной маршрутизации.

В алгоритмах фиксированной маршрутизации все записи в ТМ являются статическими. Все записи о том, какой маршрут выбран для передачи пакетов с теми или иными адресами, заносятся вручную самим администратором сети. если в таблицу требуется внести изменения, например, при отказе в какого-либо маршрутизатора в сети и возложении его функций на другой маршрутизатор, то они делаются вручную. Различают одномаршрутные таблицы, в которых для каждого адресата задан один маршрут, и многомаршрутные таблицы, определяющие несколько альтернативных путей для каждого адресата. В многомаршрутных таблицах должно быть задано правило выбора одного из маршрутов. Как правило, один путь является основным, а остальные резервные. Такой алгоритм маршрутизации применим только в небольших сетях с простой топологией, или для работы на магистральных крупных сетях, так как сама магистраль может иметь простую структуру с очевидными наилучшими путями следования пакетов в подсети, присоединенные к магистрали.

В алгоритмах простой маршрутизации таблицы маршрутизации(ТМ) или не используется, или строится без участия протоколов маршрутизации.

Существует три типа простой маршрутизации:

случайная маршрутизация, когда прибывший пакет посылается в первом попавшемся случайном направлении, кроме исходного;

лавинная маршрутизация, когда пакет широковещательно посылается по всем возможным направлениям, кроме исходного;

маршрутизация по предыдущему опыту, когда выбор маршрута осуществляется по таблице, но таблица строится путем анализа адресных полей пакетов, появляющихся на входных портах.

Самыми широко используемыми являются алгоритмы адаптивной или динамической маршрутизации. Эти алгоритмы обеспечивают автоматическое обновление ТМ после изменения конфигурации сети. Протоколы, построенные на основе этих алгоритмов, позволяют всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети, оперативно обрабатывая все изменения конфигураций связей.

К адаптивным алгоритмам маршрутизации предъявляется несколько требований:

обеспечение рациональности маршрута;

простота для того, чтобы их реализация не требовала слишком много сетевых ресурсов;

обладание свойством сходимости, то есть достижение однозначного результата за приемлемое время.

Адаптивные протоколы обмена маршрутной информацией делятся на две группы [10]:

дистанционно-векторные алгоритмы (DVA - Distance Vector Algorithms);

алгоритмы состояния связей (LSA - Link State Algorithms).

В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Возможна и другая метрика, учитывающая не только число промежуточных маршрутизаторов, но и время прохождения пакета по сети между соседними маршрутизаторами. При получении вектора от соседа маршрутизатор наращивает расстояния до указанных в векторе сетей на расстояние до данного соседа. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. Таким образом каждый маршрутизатор узнает информацию о всех имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.

Дистанционно-векторные алгоритмы удобно использовать в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут обрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, полученной через посредников.

Наиболее распространенным протоколом, основанным на DVA, является протокол RIP (Routing Internet Protocol).

Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях нечасто. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети. Распространяемая по сети информация состоит из описания связей различных типов: маршрутизатор-маршрутизатор, маршрутизатор-сеть.

Чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами HELLO со своими ближайшими соседями. Этот служебный трафик тоже засоряет сеть, но в меньшей степени, чем протокол RIP, так как пакеты HELLO имеют намного меньший объем.

5.2 Формирование плана распределения информации

В общем случае маршрутизация состоит из трех этапов:

Формирование и коррекция плана распределения информации (ПРИ), то есть таблиц маршрутизации для каждого узла коммутации;

Формирование таблиц коммутации, обеспечивающих оптимальное для каждой службы маршруты доставки сообщений пользователей;

Передача информации пользователя.

Совокупность таблиц маршрутизации на сети называется планом распределения информации. Считается, что ПРИ задан, если определены все таблицы маршрутизации для каждого узла коммутации. Таблица маршрутизации представляет собой матрицу Мi, в которой число строк равно N-1, где N - число узлов коммутации сети (строка в матрице Mi для узла i не отводится), а число столбцов равно числу соседних с рассматриваемым узлом коммутации i узлов. Таблицы маршрутизации могут быть составлены по различным критериям: минимальное количество транзитных узлов, минимальная задержка при передаче пакетов, максимальная надежность и так далее.

Формирование плана распределения информации может быть централизованным, распределенным и комбинированным. В первом случае, сбор информации и составление таблиц маршрутизации для всей сети осуществляет один узел, а затем передает эти таблицы в каждый узел коммутации.

При распределенном методе формирования ПРИ каждый узел коммутации самостоятельно составляет таблицу маршрутизации, собирая информацию о состоянии сети и топологии связей. Однако, в случае большой распределенной сети формирование ПРИ таким образом потребует значительных затрат времени и ресурсов сети. Поэтому используют комбинированный способ формирования ПРИ. При этом структуру сети делят на сегменты, в каждом из которых ПРИ формируется либо централизованным, либо распределенным способом.

Кроме того ПРИ может быть статическим и динамическим. Если ПРИ меняется в процессе эксплуатации сети (то есть происходит переформирование ПРИ), то ПРИ называется динамическим, в противном случае - статическим. Динамические методы формирования ПРИ обеспечивают автоматическое обновление таблиц маршрутизации в дискретные моменты времени.

В настоящее время существует три основных способа формирования плана распределения информации: метод рельефов, игровой и логический а также совмещенный метод - логически-игровой.

Метод рельефов.

При использовании метода рельефов для каждого узла коммутации строится свой рельеф, на основе которого составляется таблица маршрутизации. Произвольно выбирается i-ый произвольный узел сети для формирования i рельефа. Из этого узла по всем исходящим трактам передачи сообщения пересылается число 1. Все узлы, в которые поступила 1, увеличивают ее значение на 1 (то есть получаем 2). Теперь уже эта 2 передается во все исходящие тракты. Эта процедура выполняется до тех пор, пока не будет охвачена вся структура сети. Таким образом, получается i рельеф.

Такой рельеф строится для каждого узла. Для выбора оптимального маршрута, по заданным критериям, между i-ым узлом и любым другим нужно выбирать наименьший вес.

Достоинства данного метода в том, что имеется полная информация о состоянии сети на момент формирования рельефа, можно определить исходящие линии связи (ИЛС) не только первого, но и второго, третьего и последующего выбора. Недостатки: большая загруженность сети, особенно при динамическом ПРИ, в случае ввода в эксплуатацию новых УК и в случае загруженности или неисправности сети потребуется переформировать ТМ.

Игровой метод.

Формирование ПРИ происходит по вероятности установления соединения между заданной парой узлов. Перед началом функционирования сети устанавливается начальный набор ТМ. Каждому значению элемента в этой таблице присваивается некоторый весовой коэффициент. При поиске маршрута к i-му УК приходит обращение к i-ым строкам ТМ. В i-ых строках определяется максимальный весовой коэффициент и следовательно выбирается исходящая ЛС. Если в результате маршрут между заданной парой узлов был определен, то весовые коэффициенты данных исходящих ЛС увеличиваются. А если маршрут не был найден, то весовые коэффициенты уменьшаются. После этого строки, в которых были изменены элементы, нормируются.

Достоинства данного метода: нет необходимости передачи служебной информации при формировании ПРИ, оптимизация по критерию - вероятность установления соединения между парой узлов. Отрицательные же стороны - это инерционность, то есть при выходе из строя элементов сети потребуется некоторый период времени для переформирования ТМ на сети, а также необходимость передачи служебной информации о переформировании ТМ при вводе в эксплуатацию новых узлов.

Логический метод.

В каждом УК выполняется процедура, которая позволяет определить исходящую ЛС максимально близкий к геометрическому направлению к узлу получателю. Для этого вся сеть связи помещается в прямоугольную систему координат. Каждому узлу присваиваются свои координаты (x,y). Затем происходит вычисление геометрического направления на заданный узел, путем сравнения своих координат с координатами узла получателя. После этой процедуры выбирается та ЛС, которая имеет наибольшее совпадение с вычисленным геометрическим направлением.

Достоинства: отсутствие служебной информации, простота алгоритма вычислений исходящей ЛС позволяет уменьшить объем оперативной памяти, так как нет необходимости использовать ТМ, упрощается процедура маршрутизации и ввода в эксплуатацию новых узлов. Недостатки: при выходе из строя элемента сети, то это явление не будет отмечено никакой информацией, так как этот метод не является динамическим, не учитываются возможности ранее забракованных из-за загруженности, но более предпочтительные направления.

Логически-игровой метод

Логически-игровой метод - это объединение двух методов: логического и игрового. Данный метод вобрал в себя достоинства обоих методов: отсутствие необходимости передачи служебной информации на сети при формировании (во время ввода в эксплуатацию УК), и переформирования уже в процессе эксплуатации УК таблиц маршрутизации. А так же решение задач глобальной оптимизации сети связи по критерию - формирование ПРИ по накопленной ранее статистике установления соединения между заданной парой УК.

Логически-игровой метод заключается в том, что сеть вводится в прямоугольную систему координат (логический метод), в соответствии, с которой каждому узлу сети присваивается собственный адрес (X,Y), и использует ранее накопленную статистическую информацию о состоявшихся разговорах (игровой метод). Следовательно, логический метод используется при вводе нового УК в эксплуатацию. В каждом УК сети имеется матрица, которая имеет следующий вид (таблица 5.2.1). Данная матрица содержит SN строк. Учитывая возможное увеличение числа УК на сети, SN выбирают таким, чтобы SN>J.

Количество столбцов матрицы PN(j) для УК под номером j равно: (Hj + 3), где Hj -число исходящих ЛС из j- го узла; три столбца отводится для номеров УП, представленных о общепринятой нумерации (№ УП) и прямоугольной системе координат (X,Y).

На момент ввода узла в эксплуатацию матрица содержит только информацию о смежных номерах УК с данными, выраженных в прямоугольной системе координат (т. е. координаты смежных УК). По мере функционирования сети связи матрица заполняется и корректируется.

Определение исходящей ЛС осуществляется логическим методом, а заполнение и корректировка матрицы - игровым методом.

Рассмотрим пример формирования ПРИ на сети логически-игровым методом. Вложим структуру сети в прямоугольную систему координат (X,Y) (рисунок 5.2.1). Будем считать, что УП № 1, 2, 3, не эксплуатировались, поэтому их матрицы содержат информацию только о смежных узлах и имеют вид:

№УП	Координаты УП	Значения весовых коэффициентов в исходящих ЛС к смежным УК с координатами
		УК №1	УК №5
	X	Y	X1=1, Y1=2	X5=5, Y5=2

№УП	Координаты УП	Значения весовых коэффициентов в исходящих ЛС к смежным УК с координатами
		УК №1	УК №5
	X	Y	X1=1, Y1=2	X5=5, Y5=2

№УП	Координаты УП	Значения весовых коэффициентов в исходящих ЛС к смежным УК с координатами
		УК №1	УК №5
	X	Y	X1=1, Y1=2	X5=5, Y5=2
				0,28

№УП	Координаты УП	Значения весовых коэффициентов в исходящих ЛС к смежным УК с координатами
		УК №2	УК №3	УК №3
			X2=2, Y2=3	X3=3, Y3=2	X4=4, Y4=1
					0,28

Допустим, что от пользователя УК № 2 с координатами X2=2, Y2=3 поступила заявка на организацию маршрута к УП № 1 с координатами X1=1, Y1=2. Причем, количество транзитных узлов не должно превышать двух

Этап 1. В УК № 2 на основе анализа координат смежных узлов (X1,Y1; X5,Y5) и координат УП (X1,Y1) делается вывод: исходящие ЛС к УК № 1 и УК № 2 являются ИЛС первого и второго выбора. Так как УК № 2 не эксплуатировался и не имеет статистике по организации маршрутов в предыдущие моменты времени, то первоначальные весовые коэффициенты исходящих ЛС будут одинаковыми и равными ?. Однако, предпочтительность выбора исходящих трактов сохраняется и соответствует результатам анализа координат данного узла и УП.

Предположим что исходящий тракт первого выбора в данный момент времени не доступен. Тогда проверяется ситуация доступности исходящего тракта второго выбора. Исходящая ЛС УК № 5 с координатами Х5=5, У5=2 доступен. Следовательно данный тракт участвует в организации данного маршрута.

Этап 2. В УК № 5 (Х5=5, У5=2) производится анализ координат смежных УК и определение исходящих ЛС первого, второго и третьего выбора. Ими будут исходящие ЛС к узлу УК № 3 и 4. с целью избежания зацикливания маршрутов ИЛС к УК № 2 из данной процедуры исключен.

Учитывая, что узел № 5 не имеет статистики организации маршрутов, то первоначальные весовые коэффициенты исходящей ЛС будет одинаково и равно ?. Предпочтительность выбора остается за исходящим трактом к УК № 3, т.к. он наиболее близок по направлению к УП № 1. Допустим, что данный тракт доступен.

Этап 3. В узле коммутации № 3 (Х3=3, У3=2) аналогично происходит анализ координат смежных узлов коммутации и определение исходящей ЛС первого выбора по направлению к УП № 1. Так как маршрут найден, то он имеет вид 21={УК № 2,УК № 5,УК № 3,УК № 1}. ЛС, участвующий в организации маршрута, поощряются (допустим на величину 0.2). Строки матриц узлов № 2,5,3 нормируются и окончательно принимают следующий вид:

№УП	Координаты УП	Значения весовых коэффициентов в исходящих ЛС к смежным УК с координатами
		УК №1	УК №5
	X	Y	X1=1, Y1=2	X5=5, Y5=2
1	1	2	0,3	0,7

№УП	Координаты УП	Значения весовых коэффициентов в исходящих ЛС к смежным УК с координатами
		УК №1	УК №5
	X	Y	X1=1, Y1=2	X5=5, Y5=2
1	1	2	1	0

№УП	Координаты УП	Значения весовых коэффициентов в исходящих ЛС к смежным УК с координатами
		УК №2	УК №3	УК №3
	X	Y	X2=2, Y2=3	X3=3, Y3=2	X4=4, Y4=1
1	1	2	0	0,72	0,28

Таким образом, в соответствующие строки матрицы УК № 2, 3, 5 внесены изменения о предпочтительности выбора исходящих ЛС при организации маршрута 21 . Корректировка таблиц и предпочтительность выбора ИЛС в дальнейшем производится игровым методом.

5.3 Выбор исходящей линии связи

Выбор исходящей линии связи в узле коммутации может быть последовательным, параллельным и комбинированным. Если выбор исходящей линии связи последовательный, то в каждом узле коммутации, начиная с источника, осуществляется выбор только одной исходящей линии связи. На сети формируется только один маршрут, состоящий из последовательного наращивания коммутационных участков из узла-источника (УИ) к узлу-получателю(УП). А в параллельном методе поиск маршрута осуществляется одновременно по всем направлениям в ограниченной зоне сети связи. Комбинированный метод является совокупностью компонентов последовательного и параллельного методов.

Существует три основных класса последовательных алгоритмов выбора исходящих ЛС, которые определяются в зависимости от характера распространения по сети поиска маршрута: градиентный, диффузный, комбинированный. Градиентный метод характеризуется тем, что маршрут организуется на сети только в сторону УП. Диффузный метод маршрутизации допускает возможность выбора любых из доступных исходящих ЛС. В результате реализации градиентного алгоритма маршрутизации организуется короткий путь с минимальным числом узлов коммутации. Диффузный метод проигрывает по сравнению с градиентным из-за большей длины маршрута, но он более гибкий, то есть позволяет избегать поврежденные участки сети.

Процедура выбора ИЛС в каждом УК может быть детерминированный и стохастический (вероятностный). При использовании детерминированного метода выбор ИЛС осуществляется однозначно, по максимальному значению одного из элементов вектора. А в случае стохастического, метода выбор производится в результате случайного розыгрыша, причем ИЛС имеют большее значение в таблице маршрутизации и получают большую вероятность выбора. Сочетание элементов этих двух методов также дает комбинированный метод выбора ИЛС.

При выборе параллельного метода маршрутизации поиск маршрута между УИ и УП производится одновременно по всем направлениям в определенной зоне сети связи. При этом, однозначный выбор зоны для поиска маршрута по заранее выбранным критериям также будет называться детерминированным. А выбор зоны поиска маршрута, произведенный с помощью случайного розыгрыша - это вероятностный выбор.

К параллельным методам с детерминированным выбором зоны поиска маршрута относится волновой метод маршрутизации. Для установления связи между УИ и УП формируется поисковая посылка, которая адресуется всем соседним узлам коммутации, а там эта процедура повторяется. То есть поисковая посылка попадает во все узлы сети, причем через время, равное времени его передачи по кратчайшему маршруту. Но передача поисковой посылки во все стороны создает дополнительную нагрузку на сеть.

Локально-волновой метод устраняет недостаток волнового за счет того, что из УИ организуется волновой поиск, направленный только в сторону УП, при этом находится оптимальный маршрут.

6 Структурная схема маршрутизатора с использованием логически-игрового метода формирования плана распределения информации

6.1 Алгоритм работы маршрутизатора

Рассмотрим алгоритм работы маршрутизатора, который использует логически-игровой метод формирования ПРИ. Логический метод используется только тогда, когда в сеть вводится новый УК, а игровой метод используется для установления соединения уже эксплуатированных узлов коммутации. Основные преобразования осуществляются на втором подуровне маршрутизатора (подуровень формирования таблицы коммутации или подуровень сигнализации). Рассмотрим принцип работы маршрутизатора и функциональное назначение основных его блоков.

Структурная схема маршрутизатора состоит из шести основных блоков (рисунок 6.1):

фильтр входящей информации;

таблица маршрутизации;

вычисление весовых коэффициентов;

определение оптимального маршрута;

таблица коммутации;

виртуальный коммутатор (коммутатор ВК).

Фильтр входящей информации обрабатывает поступающую информацию. Он определяет, какого типа сообщения поступают на вход маршрутизатора (служебные или пользовательские). На выходе фильтра информации служебная информация поступает на блок вычисления весовых коэффициентов, а пользовательская информация поступает на вход виртуального коммутатора.

В таблице маршрутизации хранится информация о всех смежных УК. В каждой ячейки таблицы маршрутизации хранятся координаты смежного узла и весовой коэффициент, который показывает вероятность прохождения данного транзитного УК.

Схема

Вычисление весовых коэффициентов происходит в том случае, если в сеть был введен новый УК и в таблице маршрутизации коэффициенты имеют нулевое значение. А так же при нормировке вектора, который формируется в результате поиска оптимального маршрута. Вектор нормируется на величину ?p, которая задается оператором или в процессе конструкции маршрутизатора.

Определение оптимального маршрута происходит в два этапа. Первый этап соответствует логическому методу формирования ПРИ, а второй - игровому методу формирования ПРИ. Метод выбирается в зависимости от типа УК. Если УК имеет нулевые весовые коэффициенты, то используется логический метод. Если УК имеет значение весовых коэффициентов, то используется игровой метод.

Таблица коммутации содержит информацию, которая была получена в результате поиска оптимального маршрута.

Коммутатор виртуальных каналов коммутирует ВК в соответствии с данными взятыми из ТК.

Рассмотрим работу структурной схемы более подробно.

Сообщения, поступающие на фильтр информации, разделяются на два типа: служебные и пользовательские. Пользовательская информация поступает на подуровень пользователя и пересылается по найденному маршруту. Служебная информация - это типы посылок, которые разделяются на три типа:

посылка на установление соединения;

посылка на отказ в установлении соединения;

посылка на установленное соединение (отбой).

После фильтра информации служебные сообщения поступают на декодер, и определяет тип посылки. Рассмотрим путь каждой посылки по отдельности. Посылка на установление соединения поступает на декодер. Так как в посылке имеется информация о пункте назначения, то декодер определяет, к какому УП следует найти маршрут. Затем посылка поступает на схему определения максимального коэффициента. Одновременно с этим сигнал поступает на блок определения наличия весового коэффициента, куда в это же время поступила информация из таблицы маршрутизации. Эта информация содержит весовые коэффициенты и координаты узла получателя.

Если весовые коэффициенты равны нулю, то в работу запускается логический метод поиска маршрута. Происходит поиск смежных УК. Затем формируется геометрическое направление. И после этого рассчитывается минимальный угол, на который смежное направление отклоняется от геометрического. Полученный в результате анализа исходящая ЛС, проверяется на доступность. Если линия свободна, то эта информация поступает в ТК и в ТМ, присваивая весовой коэффициент. Если тракт не доступен, то включается счетчик. В счетчике происходит сравнение номера смежной ИЛС (А) с общим числом смежных (В). Как только А=В будет сформирована посылка на отказ в установлении соединения.

Если значение весового коэффициента не равно нулю, происходит выбор максимального. После определения максимального коэффициента происходит чтение ИЛС. Если направление с максимальным коэффициентом свободно, то посылка передается на следующий блок. Если же это направление занято, то берется следующий весовой коэффициент, который меньше максимального, но больше всех остальных. Далее следует проверка на доступность, например, k-ого ИЛС. Если данное направление свободно, то происходит увеличение k-ого коэффициента. Если нет, то коэффициент уменьшается. Увеличение или уменьшения весового коэффициента происходи на некоторую величину ?p, которая задается оператором или при конструировании маршрутизатора. После определения направления и преобразований весовых коэффициентов происходит нормировка вектора (геометрического направления). Измененные весовые коэффициенты заносятся в таблицу маршрутизации.

Найденное направление поступает на блок «проверка на узел получателя», и параллельно с этим происходит заполнение таблицы коммутации. Проверка на узел получателя необходима, так как нужно определить по какому направления дальше будет посылаться информация. Если данный маршрутизатор транзитный, то формируется посылка установление соединения будет направлена в ИЛС к другому маршрутизатору. Если данный маршрутизатор последний, то формируется посылка на установление соединения и направляется абонентский пункт (АП) вызываемого пользователя

При поступлении посылки на отказ в установлении соединения происходит изменение в таблице коммутации. То есть происходит обнуление того направления, по которому пришли ячейки.

Поступившая посылка отбоя поступает на дешифратор, где определяется, от какого вызывающего пользователя поступила заявка на установление соединения. В соответствии с этим в таблицу коммутации будут внесены изменения. То есть при занятии тракта передачи будет внесена информация, что данный тракт занят. При освобождении тракта будет внесена информация, что данный тракт свободен.

Пользовательская информация поступает на виртуальный коммутатор, который состоит из контроллера, формирования БКП (присоединение нового заголовка), коммутационной системы и кодера. Заявка поступает на контроллер, где происходит обращение к ТК. Из ТК будет считана информация о найденном направлении. Эта информация будет присоединена новым заголовком к сообщению пользователя. Полученная новая ячейка будет отправлена через коммутационную систему в ИЛС или в АП вызываемого пользователя.

7 Безопасность жизнедеятельности

Так как большая часть дипломной работы выполняется на компьютере, то в данном разделе мы рассмотрим некоторые вопросы охраны труда при работе с ЭВМ.

7.1 Общий обзор вредных факторов

Операторы электронных вычислительных машин (ЭВМ) сталкиваются с воздействием таких физических и психологических опасных факторов, как повышенная температура внешней среды, отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещённость рабочей зоны, электрический ток, статическое электричество, умственное перенапряжение, перенапряжение зрительных анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.

Основным источником проблем, связанных с охраной здоровья людей, использующих в своей работе персональные компьютеры, являются дисплеи с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ). Они представляют собой источники наиболее вредных излучений, неблагоприятно влияющих на здоровье операторов. Существует два типа излучений, возникающих при работе монитора [1]:

электростатическое;

электромагнитное.

Первое возникает в результате облучения потоком заряженных частиц. Неприятности, вызванные им, связанные с пылью, накапливающейся на электростатически заряжённых экранах, которая летит на пользователя во время его работы за дисплеем. Электромагнитное излучение создаётся магнитными катушками отклоняющей системы, находящимися около цокольной части ЭЛТ. Специальные измерения показали, что невидимые силовые поля появляются даже вокруг головы оператора во время его работы за дисплеем. Допустимые нормы для этих параметров представлены ниже [1]:

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения на расстоянии 0,05 м вокруг видеомонитора - 100мкР/час.

Электромагнитное излучение на расстоянии 0,5 м вокруг видеомонитора

по электрической составляющей:

в диапазоне 5Гц-2 кГц - 25 В/м;

в диапазоне 2-400 кГц - 2,5 В/м.

по магнитной составляющей:

в диапазоне 5 Гц-2 кГц - 250 нТл;

в диапазоне 2-400 кГц - 25 нТл.

3. Поверхностный электростатический потенциал - не более 500 В.

Человеку, вероятно, уже никогда не удастся полностью избежать пагубного влияния передовых технологий, но можно свести его к минимуму. Большинство проблем решается при правильной организации рабочего места, соблюдении правил техники безопасности и разумном распределении рабочего времени.

Благодаря существующим достаточно строгим стандартам дозы рентгеновского излучения от современных видеомониторов не опасны для большинства пользователей. Исключение составляют люди с повышенной чувствительностью к нему. Также считается, что интенсивность электромагнитного излучения не представляет опасности для здоровья человека. Но до тех пор, пока не будут проведены тщательные исследования по комплексному изучению воздействия излучений на организм человека, рекомендуется принимать следующие меры предосторожности: ограничить дневную продолжительность рабочей деятельности перед монитором, использовать отражающие и поглощающие экраны, не размещать мониторы концентрированно в рабочей зоне, выключать монитор, если на нём не работают.

7.2 Требования к монитору

В компьютере существует очень важная часть, на которую очень редко обращают внимание программисты, но именно она больше всего влияет на здоровье - это монитор.

Основными параметрами изображения на экране монитора являются яркость, контраст, размеры и форма знаков, отражательная способность экрана, наличие или отсутствие мерцаний. Кроме того, в СанПиН включены нормативы еще для нескольких параметров, характеризующих форму и размеры рабочего поля экрана, геометрические свойства знаков и другие.

Яркость изображения (имеется в виду яркость светлых элементов, т. е. знака для негативного изображения и фона для позитивного) нормируется для того, чтобы облегчить приспособление глаз к самосветящимся объектам. Ограничены также в пределах (25%) и колебания яркости. Нормируется внешняя освещенность экрана (100 - 250 лк). Исследования показали, что при более высоких уровнях освещенности экрана зрительная система утомляется быстрее и в большей степени.

Часто фактором, способствующим быстрому утомлению глаз, становится и контраст между фоном и символами на экране. Малая контрастность затрудняет различение символов, однако, и слишком большая тоже вредит. Поэтому контраст должен находиться в пределах от 3:1 до 1,5:1. При более низких уровнях контрастности у работающих быстрее наступали неблагоприятные изменения способности фокусировать изображение и критической частоты слияния световых мельканий, регистрировалось больше жалоб на усталость глаз и общую усталость.

Человеческий глаз не может долго работать с мелкими объектами. Вот почему нормируются размеры знаков на экране. Например, угловой размер знака должен быть в пределах от 16 до 60 угловых минут, что составляет от 0,46 до 1,75 см, если пользователь смотрит на экран с расстояния 50 см (минимальное расстояние).

Отражательная способность экрана не должна превышать 1%. Для снижения количества бликов и облегчения концентрации внимания корпус монитора должен иметь матовую одноцветную поверхность (светло-серый, светло-бежевый тона) с коэффициентом отражения 0,4-0,6, без блестящих деталей и с минимальным числом органов управления и надписей на лицевой стороне.

Основные нормируемые визуальные характеристики мониторов и соответствующие допустимые значения этих характеристик представлены ниже [1, 4]:

Яркость знака или фона (измеряется в темноте): 35 - 120 кд/м2;

Контраст: от 3:1 до 1,5:1;

Угловой размер знака: 16 - 60;

Отношение ширины знака к высоте: 0,5 - 1,0;

Отражательная способность экрана (блики): не более 1%.

7.3 Правильная организация рабочего места

Рабочее место - это оснащённое техническими средствами пространство, где осуществляется деятельность исполнителя. Организацией рабочего места называется система мероприятий по оснащению рабочего места средствами и предметами труда и размещение их в определённом порядке. Совершенствование организации рабочего места является одним из условий, способствующих повышению производительности труда.

Для обеспечения нормальных условий труда, санитарные нормы устанавливают для взрослых пользователей на одно рабочее место с компьютером площадь производственного помещения не менее 6,0 м2, а объём - не менее 20,0 м3 [11]. Организация рабочего места включает антропометрические и биологические характеристики человека, выбор физиологически правильного рабочего положения и рабочих зон, рациональную компоновку рабочего места, учёт факторов внешней среды.

Антропометрические характеристики человека определяют габаритные и компоновочные параметры рабочего места и свободные параметры отдельных его элементов.

Положение тела и наиболее частые позы, которые принимает или вынужден принимать человек при выполнении работы, являются одним из основных факторов, определяющих производительность труда. Работу оператора организуют в положении сидя. При этом основная нагрузка падает на мышцы, поддерживающие позвоночный столб и голову, а подавляющая часть массы тела передаётся на бёдра, препятствуя проникновению крови в нижнюю часть тела. Поэтому при длительном сидении время от времени необходимо смещать массу тела и сменять фиксированные рабочие позы. К тому же при работе сидя обычно естественный спинно-поясничный прогиб вперёд изменяется на изгиб назад, что зачастую является причиной болей в пояснице. Для физиологически правильно обоснованного рабочего положения сидя рекомендуется обеспечить следующие оптимальные положения частей тела: корпус выпрямлен, сохранены естественные изгибы позвоночного столба, нет необходимости в сильных наклонах туловища, поворотах головы и крайних положениях суставов конечностей.

Основными элементами рабочего места являются: рабочее кресло, рабочая поверхность, экран монитора и клавиатура. Рабочее кресло обеспечивает поддержание рабочей позы в положении сидя, и чем дольше это положение в течении рабочего дня, тем настоятельнее требования к созданию удобных и правильных рабочих сидений. Можно дать следующие рекомендации по конструированию рабочего кресла: необходимость регулировки наиболее важных его элементов - высоты сиденья, высоты спинки сиденья и угла наклона спинки, причём процесс регулировки не должен быть сложным. Установка правильной высоты сиденья является первоочередной задачей при организации рабочего места, так как этот параметр определяет прочие пространственные параметры - высоту положения экрана, клавиатуры, поверхности для записей и других. Диапазон регулировки высоты сиденья находится в пределах 380-500 мм. Регулируемая высота рабочей поверхности оптимальна в пределах 670-800мм. Высота нижнего ряда клавиатуры от плоскости пола может быть в пределах 620-700 мм [1]. Передний ряд клавиш располагают таким образом, чтобы клавиатуру можно было без труда, обслуживать слегка согнутыми пальцами при свободно опущенных плечах и горизонтальном положении рук, плечо и предплечье образуют при этом угол в 90 градусов. Высота экрана определяется высотой уровня глаз наблюдателя и требованием перпендикулярности плоскости экрана к нормальной линии взора.

При компоновке рабочего места, оборудованного компьютером, в первую очередь исходят из типа выполняемых задач и длительности работы. Нельзя создать фиксированную и при этом оптимальную компоновку, которая была бы удобной для всех пользователей. Если производится работа только по вводу данных, то экран и клавиатуру удобно располагать на одной линии, а документ - слева от клавиатуры. Для задач, требующих длительных записей, внесения поправок в документ, документ и экран могут размещаться на одной линии, а клавиатура смещается вправо или экран и клавиатура остаются на одной линии, а документ переносится вправо от клавиатуры. Следовательно, наиболее правильный путь - это компоновка основных элементов рабочего места по желанию пользователя.

7.4 Рабочая среда

Любая работа выполняется в определённой рабочей среде, где одновременно проявляются много различных факторов, воздействующих на организм человека. Рассмотрение рабочей среды как единого целого не исключает необходимости изучения отдельных её составляющих и их нормирования.

Освещение рабочего места. В наибольшей степени отрицательное физиологическое воздействие на операторов ЭВМ связано с зрительными условиями из-за неправильно спроектированного освещения: прямые и отражённые от экрана блики, вуалирующие отражения, неблагоприятное распределение яркости в поле зрения, неверная ориентация рабочего места относительно светопроёмов.

К системам освещения предъявляют следующие требования:

соответствие уровня освещенности рабочих мест характеру выполняемой зрительной работы;

достаточно равномерное распределение яркости на рабочих поверхностях и в окружающем пространстве;

отсутствие резких теней, прямой и отраженной блесткости (повышенной яркости светящихся поверхностей, вызывающей ослеплённость);

постоянство освещенности во времени;

оптимальная направленность излучаемого осветительными приборами светового потока;

долговечность, экономичность, электро и пожаробезопасность,

эстетичность, удобство и простота эксплуатации.

Рекомендуемая освещенность для работы с экраном дисплея составляет 200 лк, а при работе с экраном в сочетании с работой над документами - 400 лк. Рекомендуемые соотношения яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1 - 5:1 [1].

В дисплейных залах, обычно, применяют одностороннее естественное боковое освещение. Мониторы располагают подальше от окон и таким образом, чтобы окна находились сбоку.

Если экран дисплея расположен к окну, необходимы специальные экранирующие устройства (светорассеивающие шторы, регулируемые жалюзи, солнцезащитная пленка с металлизированным покрытием).

Для искусственного освещения дисплейных помещений лучше использовать люминесцентные лампы, так как у них высокая световая отдача (до 75 лм/Вт и более), продолжительный срок службы (до 10000 часов), малая яркость светящейся поверхности, близкий к естественному спектральный состав излучаемого света, что обеспечивает хорошую цветопередачу.

Для исключения засветки экранов дисплеев прямыми световыми потоками светильники общего освещения располагают сбоку от рабочего места, параллельно линии зрения оператора и стене с окнами. Такое размещение светильников позволяет производить их последовательное включение в зависимости от величины естественной освещенности и исключает раздражение глаз чередующимися полосами света и тени, возникающее при поперечном расположении светильников.

Требования к микроклимату. Микроклиматические параметры влияют на функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье и на надёжность работы средств вычислительной техники. Особенно большое влияние на микроклимат оказывают источники теплоты, находящиеся в помещении. Основными источниками теплоты в дисплейных залах являются: ЭВМ, приборы освещения, обслуживающий персонал, а также солнечная радиация. Основным тепловыделяющим оборудованием в дисплейном зале является ЭВМ - в среднем до 80% суммарных выделений. Тепловыделения от приборов освещения составляют в среднем 12%. Поступление теплоты от обслуживающего персонала -1%, от солнечной радиации - 6%, приток теплоты через непрозрачные ограждающие конструкции - 1%. Эти источники теплоты являются постоянными.

На организм человека и работу компьютеров оказывает влияние относительная влажность воздуха. При относительной влажности воздуха более 75-80% снижается сопротивление изоляции, изменяются рабочие характеристики элементов ЭВМ, возрастает интенсивность отказов элементов ЭВМ. Скорость движения воздуха также оказывает влияние на функциональную деятельность человека и работу высокоскоростных устройств печати. Большое влиянием на самочувствие и здоровье операторов ЭВМ, а также на работу устройств ЭВМ (магнитные ленты, магнитные диски, печатающие устройства) оказывает запыленность воздушной среды.

С целью создания нормальных условий для операторов ЭВМ установлены нормы микроклимата (ГОСТ). Эти нормы устанавливают оптимальные и допустимые значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в дисплейных помещениях с учетом избытков явной теплоты, тяжести выполняемой работы и сезонов года.

Под оптимальными микроклиматическими параметрами принято понимать такие, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения реакции терморегуляции, создают ощущение теплового комфорта и являются предпосылкой высокого уровня работоспособности.

Допустимые микроклиматические параметры могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжения реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей, не создающие нарушений состояния здоровья, но вызывающие дискомфортные тепло ощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности. Нормальные условия микроклимата обеспечиваются системами водяного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Требования по электробезопасности. Электроустановки, к которым относится практически все оборудование ЭВМ, представляют для человека большую потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. Специфическая опасность электроустановок: токоведущие проводники, корпуса стоек ЭВМ и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждали бы человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при протекании последнего через тело человека.

Таким образом, лаборатория является помещением с повышенной опасностью поражения людей электрическим током. В связи с этим применяются следующие меры защиты от поражения электрическим током:

все токоведущие детали изолированы диэлектриком и к ним нет прямого доступа;

защитное зануление;

использование общего выключателя, при помощи которого в нужный момент можно прекратить подачу напряжения на все установки.

При прикосновении к любому из элементов ЭВМ могут возникнуть разрядные токи статического электричества. Такие разряды не представляют опасности для человека, однако, могут привести к выходу из строя ЭВМ. Для снижения величин возникающих зарядов в дисплейных залах применяют покрытие технологических полов из однослойного поливинилхлоридного антистатического линолеума марки АСК.

Еще одним методом защиты является нейтрализация статического электричества ионизированным газом. Можно также применить общее и местное увлажнение воздуха.

Воздействие шума. Установлено, что шум неблагоприятен для человека, особенно при длительном воздействии. У оператора это выражается в снижении работоспособности, в ускорении развития зрительного утомления, изменении цветоощущения, повышения расхода энергии и так далее. Шум на рабочих местах создаются внутренними источниками: техническими средствами, компрессорами и так далее.

Рекомендуется, чтобы шум в помещении, где выполняют работу, требующую концентрации внимания, не превышал 55 дБ, а при однообразной работе - 65 дБ [4]. Шум отдельных приборов не должен более чем на 5 дБ превышать фоновый шум. Для снижения шума, следует:

ослабить шум самих источников, в частности, предусмотреть применение в их конструкциях акустических экранов, звукоизолирующих кожухов;

применять рациональное расположения оборудования;

использовать архитектурно-планировочные и технические решения, направленные на изоляцию источников шума.

Пожарная безопасность. Одна из возможных чрезвычайных ситуаций, которая может возникнуть при работе с компьютером - это пожар. Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и создающее угрозу жизни и здоровью людей. Опасными факторами пожара являются: открытый огонь и искры, повышенная температура воздуха и окружающих предметов, токсичные продукты горения, пониженная концентрация кислорода в воздухе, а также обрушение и повреждение зданий, сооружений, установок. Горение представляет собой сложное, быстропротекающее химическое превращение, сопровождающиеся выделением большого количества теплоты, как правило, свечением. Для возгорания необходимы наличие горючего воздуха (окислителя, чаще всего кислорода) и источника воспламенения.

В современных ЭВМ очень высока плотность размещения элементов электронных схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются соединительные провода, коммуникационные кабели. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты, что может привести к повышению температуры отдельных узлов до 80 - 1000С. При этом возможно оплавление изоляции соединительных проводов, их оголение и, как следствие, короткое замыкание, сопровождаемое искрением, которое ведёт к недопустимым перегрузкам элементов электронных схем. Они, перегреваясь, сгорают, разбрызгивая искры. Как известно, для отвода избыточной теплоты от ЭВМ служат системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Однако, мощные, разветвлённые, постоянно действующие системы вентиляции и кондиционирования - дополнительная пожарная опасность, так как, с одной стороны, воздуховоды обеспечивают подачу кислорода-окислителя во все помещения, а с другой - при возникновении пожара быстро распространяют огонь и продукты горения ко всем помещениям и устройствам, с которыми они связаны.

Напряжение к ЭВМ подаётся по кабельным линиям, которые представляют особую пожарную опасность. Наличие горючего изоляционного материала, вероятных источников зажигания в виде электрических искр и дуг, разветвлённость и труднодоступность делают кабельные линии местом наиболее вероятного возникновения и развития пожара.

Следовательно, при эксплуатации ЭВМ необходимо принимать меры пожарной профилактики. Пожарная профилактика - это комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей, на предотвращение пожара, а также на создание условий для успешного тушения пожара. К мерам борьбы с пожарами относятся своевременные профилактические осмотры и ремонт оборудования, правильное размещение оборудования, противопожарный инструктаж работников, соблюдение противопожарных норм и правил при проектировании, устройстве электропроводов и оборудования, отопления, вентиляции, освещения.