Этапы проектирования

Процесс проектирования ЛВС состоит из многих последовательных этапов. Прежде всего, необходимо выбрать те технические средства и ту конфигурацию сети, которая обеспечит решение поставленной технической задачи при минимальной стоимости затрат.

После выбора технических средств и конфигурации сети, необходимо произвести предварительные расчеты допустимых нагрузок на все устройства и средства сети. Необходимо проверить, не превышают ли реальные нагрузки, возникающие при заданном трафике сети", их допустимые значения.

Очень часто процесс проектирования является итеративным. Вначале делаются предположения о возможном варианте сети. Затем выясняется соответствие данного варианта заданным требованиям, путем проведения ориентировочных расчетов. Если заданные требования не выполняются, то сеть видоизменяется таким образом, чтобы они выполнялись, после чего анализируются различные варианты, обеспечивающие минимальную стоимость сети. После выбора конфигурации сети для оптимизации этой конфигурации используются различные алгоритмы моделирования, реализуемые с помощью ЭВМ. Процесс проектирования ЛВС состоит из следующих этапов.

1. Определение типов сообщений.

2. Определение объемов трафика.

3. Выбор критерия времени ответа.

4. Анализ возможных процедур управлением доступом к физической среде.

5. Определение топологии сети.

6. Определение характеристик станций.

7.Определение характеристик физической среды. Если не удовлетворительный результат, то перейти к п.З.

8. Построение аналитических моделей отдельных звеньев.

9. Проведение ориентировочных расчетов. Если результат неудовлетворительный, то перейти к п.4.

10. Уточнение конфигурации сети.

11. Разработка программ и проведение имитационного моделирования.

12. Уточнение интенсивности трафика.

13. Доработка модели сети. Если результат неудовлетворительный, то перейти к п.5.

14. Анализ условий технической эксплуатации.

Приведём краткую характеристику этих этапов.

Этап 1. После получения задания на проектирование сети прежде всего определяются типы передаваемых сообщений. Являются ли эти сообщения текстовыми, предназначены для передачи файлов данных или фрагментов программного обеспечения. Тип сообщений определяет их приоритет и требования к надежности передачи. Так, в соответствии с требованиями МККТТ вероятности ошибочной передачи символа не должны превышать:

- при передаче смыслового текста – 10^-3 ;

- при передаче данных -, 10^-5-10^-6 ;

- при передаче программ - 10^-9.

Поскольку ЛВС предназначены для передачи текста, данных и программных файлов, требования по надежности для них весьма высоки.

Этап 2. Для каждого типа сообщений определяется объем трафика в каждой станции ЛВС. Объемы трафика изменяются во времени, поэтому весь анализируемый промежуток времени необходимо разделить на интервалы стационарности, в течении которых вероятностные характеристики циркулирующих сообщений остаются неизменными.

Этап 3. Выбор критерия по времени ответа. С точки зрения пользователя ЛВС предназначена для транспортировки сообщений, в основном, между персональными ЭВМ, обмен данных между которыми должен происходить с весьма высокими скоростями. Время ответа (задержка доступа) в таких сетях складывается из двух составляющих. Первая составляющая представляет собой среднее время, прошедшее с момента поступления запроса на передачу сообщения до момента готовности сообщения для передачи. Вторая составляющая - среднее время, прошедшее с момента готовности сообщения к передаче до момента успешного завершения его передачи. В процессе передачи могут происходить безуспешные попытки, приводящие к потерям времени на повторные передачи. Эти затраты также должны учитываться при определении среднего времени передачи. Необходимость гарантии получения времени ответа, не превышающего допустимые значения, существенно влияет на выбор способа доступа к передающей среде. Напомним, что способ случайного доступа, в отличии от способов маркерного или тактируемого доступа, не устанавливает предельные значения времени передачи сообщения.

Этап 4. Анализ возможных процедур управления каналом (способов доступа к физической среде). При этом учитываются: критерий по времени ответа сети, приоритеты станций, возможность и стоимость сопряжения с другими ЛВС и с сетями передачи данных общего пользования, дальнейшую перспективу развития сети.

Этап 5. Определение топологии сети. Размещение абонентских станций в пространстве обычно обусловлено в техническом задании на проектируемую ЛВС. Выбор топологии сети производится с учетом критерия времени ответа, возможных процедур управления доступом к физической среде, а также условий минимизации суммарной длины всех участков соединительных линий сети, возможность использования существующих сетей. При этом приходится иметь в виду ряд ограничений на длину каждого из отдельных участков, количество абонентских станций, подключаемых к каждому участку, необходимость установки дополнительных ретрансляторов и разветвителей сигналов. Так, например, длина одного сегмента коаксиального кабеля сети Ethernet не должно превышать 500 м, а расстояние между точками подключения отдельных станций не должны быть менее 5 метров.

Этап 6. Определение характеристик оборудования станций. Выбор того или иного типа сети предопределяет и основные характеристики его станций. Это прежде всего вид и скорость модуляции, вид интерфейса, способы соединения и условия монтажа, характеристики подключаемой персональной ЭВМ; наличие в станции нескольких источников информации (накопители на дисках, принтеры и т. д.).

Этап 7. Определение характеристик физической среды. В зависимости от скорости передачи кадров, от требований аппаратуры, расположения станций, возможности их непосредственного соединения производят выбор типа физической среды. При выборе физической среды учитываются такие показатели как стоимость, надежность, степень подверженности электромагнитным помехам,

Этап 8. Построение аналитических моделей отдельных звеньев сети, как правило, основанные на теории массового обслуживания.

Построение таких моделей, которые позволяет получить оценки параметров эффективности ЛВС, производят при существенных упрощающих их предположениях:

- потоки нагрузки, поступающие от каждого источника - пуассоновские;

- время передачи любых сообщений распределено по экспоненциальному закону;

- латентное время станции сети существенно меньше времени передачи кадра;

- емкость буферов в станциях бесконечна.

В настоящее время аналитические модели дают точные результаты лишь для сравнительно простых СМО. Эти модели (как и любые математические модели) не отражают полностью сложные процессы в реальных системах и дают возможность определить лишь средние оценки характеристик функционирования сети. Поэтому область применения аналитических моделей - предварительные расчеты оценочного характера, выявление общих закономерностей, связывающих между собой параметры сети. Именно на этом этапе проектирования ЛВС, для проведения ориентировочных расчетов, производится выбор соответствующих аналитических соотношений.

Этап 9. Проведение ориентировочных расчетов с использованием аналитических моделей.

Набор исходных данных для проведения ориентировочных расчетов зависит от принятой структуры доступа к каналу. Так, например, для ЛВС с шинной структурой в качестве исходных данных могут быть приняты значения следующих параметров:

- количество станций в сети - M_c;

- скорость модуляции в канале - В [бит/с];

- средняя длина информационного поля кадра – L_и [бит];

- длина неинформационной части кадра – L_н [бит];

- интенсивность потока запросов от каждой из станций - l_i [1/сек];

- средняя длина участка шины между двумя соседними станциями - [км];

- скорость распространения сигнала - V[км/c];

- время задержки сигнала в ретрансляторе - t_рт[сек];

- максимальное число ретрансляторов между двумя

станциями -M_рт.

В этом случае, результатом расчета является определение значений коэффициента загрузки физической среды R, его пропускной способности-R_max и среднего значения времени задержки передачи - t_n. В некоторых случаях строятся зависимости времени задержки t_n от коэффициента загрузки R.

Этап 10. По результатам ориентировочных расчетов производится уточнение конфигурации сети или уточнение ее топологии. Процесс носит итерационный характер и продолжается до тех пор, пока не будет найдено приемлемое решение.

Этап 11. Разработка программ имитационного моделирования и проведение имитационных испытаний. Разработка имитационной модели состоит из следующих процедур:

- постановка задачи (определение компонентов, параметров, функциональных зависимостей, ограничений и целевых функций системы);

- построение модели (разработка моделирующего алгоритма, его программирование и отладка);

- оценка адекватности (сравнение полученных на модели результатов с эталонными);

- планирование экспериментов (определение диапазонов варьирования параметров модели, определение числа прогонов);

документирование модели;

- непосредственная реализация компьютерной модели (выполнение серии экспериментов, направленных на оптимизацию и удовлетворение заданного критерия).

Следует помнить,, что при возрастании сложности проектируемой сети возрастает трудоемкость программирования и отладки имитационной модели.

Этап 12. Уточнение интенсивности трафика и системы загрузки оборудования. Анализ результатов имитационного моделирования может привести к весьма неожиданным выводам. В виду допущений и упрощений, принятых при ориентировочных расчетах, результаты имитационного моделирования могут существенно отличаться от аналитических.

Время доступа и загрузка канала могут оказаться на столько значительными, что возникнет необходимость в повторном выборе оборудования с улучшенными характеристиками. В этом случае процесс проектирования повторяется вновь.

Этап 13. Доработка сети. После выполнения всех упомянутых выше этапов может появиться необходимость произвести доработку сети и вновь повторить итерационный цикл.

Этап 14. Анализ условий технической эксплуатации. Если после проведения доработки в сети будет получен удовлетворительный результат, то необходимо решить ряд вопросов, связанных с организацией технической эксплуатацией сети, разработать эксплуатационную документацию, решить вопросы диагностики и ремонта оборудования.

Лишь после завершения этапа проектирования следует переходить к практической реализации сети.