Процесс коммутации

СОДЕРЖАНИЕ:

Процесс коммутации

§ 109. Коммутация тока

Коммутацией тока называется процесс, происходящий в секции обмотки во время ее замыкания накоротко щеткой на коллекторе. Этот процесс неизбежен при переключении секций из одной параллельной ветви в другую.
При вращении якоря машины коллекторные пластины поочередно приходят в соприкосновение со щетками, так что в определенные промежутки времени секция или несколько секций замыкаются щеткой. Поскольку переходное сопротивление между щеткой и коллекторной пластиной сравнительно мало, то замыкание секций щеткой близко к их короткому замыканию.
На рис. 151 показана секция простой параллельной обмотки. В этой секции протекает ток одной параллельной ветви, равный

где Iя — ток нагрузки;
2а — число параллельных ветвей обмотки.

При вращении якоря его обмотка и коллектор перемещаются относительно неподвижной щетки справа налево. В некоторый момент, соответствующий началу коммутации, щетка соприкасается с коллекторной пластиной 1, соединенной с двумя проводами обмотки, в каждом из которых протекает ток одной параллельной ветви iя.
Таким образом, через коллекторную пластину и щетку протекает ток, равный сумме токов двух параллельных ветвей 2iя. В рассматриваемой секции ток равен току одной параллельной ветви и в данный момент направлен против часовой стрелки.
В дальнейшем при вращении якоря щетка будет соприкасаться с коллекторными пластинами 1 и 2, замыкая рассматриваемую секцию (рис. 151, б). В определенный момент щетка полностью перейдет на коллекторную пластину 2 и ток в секции изменит направление на обратное (рис. 151, в), т. е. секция переключится из одной параллельной ветви в другую. Время переключения секции, называемое периодом коммутации, мало и за это время в секции происходит изменение тока от +iя до —iя. При изменении тока в секции возникает э. д. с. самоиндукции, которая может достигать сравнительно больших значений.
Кроме того, поскольку процесс коммутации происходит одновременно в нескольких секциях под всеми щетками, то в каждой секции индуктируются еще и э. д. с. взаимоиндукции.
Э. д. с. самоиндукции и взаимоиндукции, называемые реактивными э. д. с., препятствуя изменениям тока, вызывают неравномерное распределение плотности тока под щеткой, что является причиной образования искрения, которое особенно интенсивно в момент размыкания щеткой секции обмотки.
Чрезмерная плотность тока при наличии разности потенциалов между щеткой и коллектором влечет возникновение дугового разряда, который ионизирует тончайшие слои воздуха, находящиеся между щеткой и коллектором, и способствует развитию дуги. Дуга может перейти даже к щетке другой полярности, образовав круговой огонь на коллекторе, что ведет к сильному повреждению последнего.
Искрение щеток может быть также вызвано и другими причинами, как-то: неровностью поверхности коллектора, биением щеток, загрязненностью поверхности коллектора, наличием влаги на ней и т. д.
Даже незначительное искрение щеток нежелательно, так как увеличивается износ щеток и коллектора и повышается нагрев последнего (из-за увеличения переходного сопротивления между щеткой и коллектором).
Наиболее эффективным способом улучшения коммутации является компенсация реактивных э. д. с. Для этого в зоне коммутации, в которой находятся активные проводники коммутируемых секций, необходимо создать такое внешнее магнитное поле, при котором индуктируемая в секциях коммутирующая э. д. с. еv будет равна и противоположна реактивной э. д. с. еr т. е. еv = — еr. Для создания такого внешнего магнитного поля устраивают дополнительные полюсы Nк и Sк, устанавливаемые между главными полюсами.
На рис. 152 показана схема генератора, якорь которого вращается каким-либо двигателем в направлении, показанном стрелкой. В обмотке якоря индуктируется э. д. с. и при нагрузке протекает ток. Направление э. д. с. и тока в проводниках обмотки показано на схеме, на которой выделены проводники 1 и 2 коммутируемой секции. Реактивная э. д. с. еr препятствуя изменениям тока в коммутируемой секции, будет направлена в проводниках 1 и 2 встречно изменениям тока, как показано на схеме. Для компенсации реактивной э. д. с. в проводниках 1 и 2 нужно создать коммутирующую э. д. с. ev = — еr для чего и установлены дополнительные полюсы Nк и Sк.

Таким образом, полярность дополнительного полюса в генераторе должна соответствовать полярности следующего за ним в направлении вращения якоря главного полюса. В двигателе полярность дополнительного полюса должна соответствовать полярности предыдущего по направлению вращения якоря главного полюса.
Обмотка возбуждения дополнительных полюсов соединяется последовательно с обмоткой якоря для того, чтобы реактивная э. д. с. была компенсирована при любой нагрузке машины. Для этой же цели магнитная цепь дополнительных полюсов ненасыщена, что достигается выполнением сравнительно больших воздушных промежутков между сердечником якоря и дополнительным полюсом. Так как реактивная э. д. с. пропорциональна току в якоре, то она компенсируется при любой нагрузке машины при условии, когда коммутирующая э. д. с. также пропорциональна току нагрузки. Поэтому магнитное поле в зоне коммутации должно изменяться пропорционально току якоря.

Коммутация электрических цепей

Среди всех понятий электротехники одно из ведущих мест занимает коммутация электрических цепей. Это понятие используется во многих областях и стоит более подробно рассмотреть, что же это такое?

Понятие коммутации

Коммутацией электрических цепей называются разнообразные переключения, производимые во всевозможных электрических соединениях, а также в кабелях, проводах, трансформаторах, машинах, различных приборах и аппаратах, которые, так или иначе генерируют, распределяют и потребляют электроэнергию.

Как правило, коммутацию сопровождают переходные процессы, возникающие в результате того, что токи и напряжение очень быстро перераспределяются в ветвях электрических цепей.

Режимы электрических цепей

Переход цепи из одного режима в другой, является переходным динамическим процессом. В то время, как при стационарном установившемся режиме, токи и напряжения в цепях постоянного тока остаются неизменными по времени, при переменном токе временные функции периодически изменяются. Установленные режимы при любых параметрах полностью зависят исключительно от источника энергии. Поэтому, каждый источник энергии, постоянный или переменный, создают соответствующий ток. Причем, частота переменного тока полностью совпадает с частотой источника электрической энергии.

Возникновение переходных процессов происходит, когда каким-либо образом изменяются режимы в электрических цепях. Это может быть отключение или подключение цепей, изменения нагрузок, возникновение различных аварийных ситуаций. Все эти переключения и называются коммутацией. С физической точки зрения все процессы перехода энергетических состояний соответствуют режиму до коммутации и после коммутации.

Продолжительность переходных процессов

Длительность процессов очень короткая – вплоть до миллиардных долей секунды. В очень редких случаях, эти процессы, при необходимости, могут составлять до нескольких десятков секунд. Переходные процессы постоянно изучаются, поскольку именно с их помощью производится коммутация электрических цепей.

Работа очень многих устройств, особенно в промышленной электронике, базируется на переходных процессах. Например, продукция электрической нагревательной печи полностью зависит от того, как протекает переходный процесс. Чрезмерно быстрый или очень медленный нагрев могут нарушить технологию и привести к выпуску бракованной продукции.

В общих случаях, процессы электроцепей возникают при наличии в них индуктивных и емкостных элементов, способных осуществлять накопление или отдачу энергии магнитных или электрических полей. В момент начала процесса, между всеми элементами цепи и внешними источниками энергии, начинается процесс перераспределения электроэнергии. Частично, энергия безвозвратно преобразуется в другие виды энергии.

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Коммутация (вычислительные сети)

Содержание

Общие сведения

Коммута́ция — процесс соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы.

Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники. Как правило, в сетях общего доступа невозможно предоставить каждой паре абонентов собственную физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» и использовать в любое время. Поэтому в сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает разделение имеющихся физических каналов между несколькими сеансами связи и между абонентами сети.

Каждый абонент соединен с коммутаторами индивидуальной линией связи, закрепленной за этим абонентом. Линии связи протянутые между коммутаторами разделяются несколькими абонентами, то есть используются совместно.

Общий термин “коммутация ”применяется для четырех различных технологий: Конфигурационной коммутации; Коммутации кадров; Коммутации ячеек; Преобразования между кадрами и ячейками.

В основе конфигурационной коммутации лежит нахождение соответствия между конкретным портом коммутатора и определенным сегментом сети. Это соответствие может программно настраиваться при подключении или перемещении пользователей в сети.

При коммутации кадров используются кадров сетей Ethernet, Token Ring и т.д. Кадр при поступлении в сеть обрабатывается первым коммутатором на его пути. Под термином обработка понимается вся совокупность действий, производимых коммутатором для определения своего выходного порта, на который необходимо направить данный кадр. После обработки он передается далее по сети следующему коммутатору или непосредственно получателю.

В технологии АТМ также применяется коммутация, но в ней единицы коммутации носят название ячеек. Преобразование между кадрами и ячейками позволяет станциям в сети Ethernet, Token Ring и т.д. непосредственно взаимодействовать с устройствами АТМ. Эта технология применяется при эмуляции локальной сети.

Виды коммутации

Существует три принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:

  • Коммутация каналов (КК, circuit switching) — организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно «соединённых» каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок (постоянная/долговременная коммутация — время коммутации определяется административно).
  • Коммутация сообщений (КС, message switching) — разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который приняв сообщение, запоминает его и передаёт далее сам таким же образом. Получается нечто вроде конвейера.
  • Коммутация пакетов (КП, packet switching) — разбиение сообщения на «пакеты», которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения — логически. При этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее, говорят о виртуальном канале (с установлением соединения). Пример: коммутация IP-пакетов. Если же для каждого пакета задача нахождения пути решается заново, говорят о дэйтаграммном (без установления соединения) способе пакетной коммутации.
  • Коммутация ячеек (КЯ, cell switching) — то же, что и коммутация пакетов, но при коммутации ячеек пакеты всегда имеют фиксированный размер.

Принцип работы Hub’а

Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.

Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.

В настоящее время хабы почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы ошибочно называют «интеллектуальными концентраторами».

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключённые к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключённые устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели концентраторов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключённых устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. По этой причине, сетевые сегменты, основанные на витой паре, гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано концентратором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы — устройства, работающие на канальном уровне модели OSI и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключённого устройства в отдельный сегмент, домен коллизии.

Принцип работы Switch’а (коммутатора)

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента сети.

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты.

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

  1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.
  2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
  3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).

Латентность, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Принцип работы Router’а (маршрутизатора)

Маршрутиза́тор или роутер, рутер (от англ. router), — сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети.

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т.д.

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты и некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например:

Каждый электрик должен знать:  Мощность постоянного тока

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

  • статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.
  • динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

Зачастую для построения таблиц маршрутизации используют теорию графов.

РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ КОММУТАЦИИ

студент 3 курса, кафедры автоматизированные системы электроснабжения РГУПС, РФ, г. Ростов-на-Дону

Коммутацией называются внезапные изменения в схеме (включения» отключения, короткие замыкания, разрывы цепей и т.д.), в резуль­тате которых меняется режим работы схемы (токи и напряжения).

Процессы, происходящие в схеме после коммутации до установле­ния нового режима работы, называются переходными. Эти процессы возникают в результате аккумулирования энергии реактивными элемен­тами схемы (цепи) (индуктивностями и емкостями) или, наоборот, в результате расходования ранее аккумулированной энергии. Активные сопротивле­ния не возбуждают переходные режимы, а вызывают их затухание, так как преобразуют электромагнитную энергию в тепло и рассеивают его в окружающем пространстве.

При расчете переходных процессов определяющую роль играют за­коны коммутации, которые дают возможность установить начальные условия для вычисления постоянных интегрирования. Используются два закона (правила) коммутации;

Первый закон. При коммутации ток в индуктивности не может мгно­венно (скачкообразно) измениться, возникнуть или исчезнуть.

Второй закон. При коммутации напряжение на емкости не может мгновенно (скачкообразно) измениться, возникнуть или исчезнуть.

Первое правило коммутации. Величина тока, протекающая через индуктивности до коммутации, равна величине тока в индуктивности сразу после коммутации.

Второе правило коммутации. Величина напряжения на емкости до коммутации равна величине напряжения на емкости сразу после коммутации.

Классический метод расчета переходных процессов.

Перед тем как приступить к решению самой задачи необходимо определить начальные условия, для этого необходимо рассчитать параметры электрической цепи до момента коммутации. Полученные данные будут нужны в дальнейшем расчете. Следующим шагом будет составление системы уравнений по законам Кирхгофа. Так как падение напряжения на активном сопротивлении ровно ,на индуктивном , на емкостном , то будет составлена система интегрально-дифференциальных уравнений . Решением такой системы будет являться ток или напряжение состоящее из двух частей свободной и принужденной.

Принужденная составляющая находится из расчета цепи в момент после коммутации, в установившемся режиме.

Свободная составляющая определяется корнями характеристического уравнения.

Характеристическое уравнение-это входное сопротивление схемы после коммутации в операторной форме приравненное к нулю. Существует три возможных варианта решения характеристического уравнения:

1)Корни уравнения вещественные, отрицательные и не равны.

В этом случае свободная составляющая будет иметь вид:

Переходной процесс будет носить апериодический характер, то есть монотонно возрастать или убывать.

2)Корни уравнения мнимые комлексно-сопряженные.

В этом случае свободная составляющая будет иметь вид:

Переходной процесс будет периодическим и затухающим.

3)Корни уравнения отрицательные и равные.

В этом случае свободная составляющая будет иметь вид:

Для нахождения постоянных интегрирования необходимо воспользоваться законами коммутации и начальными условиями, которые были найдены перед решением задачи.

Приведем пример нахождения переходных процессов классическим методом.

Определим начальные условия, так как цепь была разомкнута, то цепь находилась не под напряжением и по ней не протекал ток, применив законы коммутации получим.

По законам Кирхгофа составим дифференциальные уравнения на момент после коммутации.

Определим принужденные составляющие, так как источником энергии является генератор постоянного напряжения, то конденсатор будет представлять разрыв цепи, следственно принужденные составляющие будут иметь следующий вид:

Для нахождения свободной составляющей составим характеристическое сопротивление:

Найдем корни уравнения

Подставим числовые значения:

Определим корни данного уравнения:

Полученные корни являются действительными и отрицательными, значит закон изменения свободной составляющей тока будет иметь вид

Для нахождения постоянных интегрирования воспользуемся следующим законом коммутации:

Так как до замыкания ключа ток в цепи отсутствовал, то

Выразим производную от выражения

Из 2-го закона Кирхгофа:

Таким образом система будет иметь вид:

Таким образом закон изменения тока будет иметь вид (A)

Что бы определить длительность переходного процесса вводят величину , из двух корней выбирают наименьшей по модулю, в нашем случае

Тогда по окончанию переходного процесса величина тока будет равна:

Определим закон изменения напряжения на ёмкости из уравнения записанного по 2-ому закону Кирхгофа, выразив

Определим величину после окончания переходного процесса:

В данной статье был разобран классический метод определения переходных процессов, на примере были представлены способы применения первого и второго правил коммутаций и применение классического метода. Разобранная задача может служить примером нахождения переходных величин в аналогичных цепях.

Список литературы:

  1. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи: Учеб. Пособ. 7-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2009. – 592 с.
  2. Бочев А.С. Теоретические основы электротехники : учеб. Пособие.,Издательство РГУПС, 2007.-382 с.
  3. Зевеке Г.В. Основы теории цепей. Учебник для вузов. Изд. 4-е, переработанное. М., «Энергия», 1975. – 752 с. с ил.

Процессы коммутации в электрических аппаратах.

Понятие термина «Электрическая дуга»

Электрическая дуга (Вольтова дуга, Дуговой разряд) — физическое явление, один из видов электрического разряда в газе.Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги. Физические основы возникновения электрической дуги. При размыкании контактов электрического аппарата вследствие ионизации пространства между ними возникает электрическая дуга. Промежуток между контактами при этом остается проводящим и прохождение тока по цепи не прекращается. Для ионизации и образования дуги необходимо, чтобы напряжение между контактами было примерно 15—30 В и ток цепи 80—100 мА. При ионизации пространства между контактами заполняющие его атомы газа (воздуха) распадаются на заряженные частицы — электроны и положительные ионы. Поток электронов, излучаемых с поверхности контакта, находящегося под отрицательным потенциалом (катода), движется по направлению к положительно заряженному контакту (аноду); поток же положительных ионов движется к катоду (рис. 1,а).

Рис. 1. Направление движения электронов и положительных ионов в электрической дуге (о), возникновение автоэлектронной эмиссии из катода (б) и ударной ионизации атомов газа в пространстве между контактами (в): 1,2 — первичные и вторичный электроны; 3— атом газа; 4 — положительный ион

Главными носителями тока в дуге являются электроны, так как положительные ионы, имея большую массу, движутся значительно медленнее электронов и переносят поэтому в единицу времени гораздо меньше электрических зарядов. Однако положительные ионы играют большую роль в процессе горения дуги. Подходя к катоду, они создают вблизи него сильное электрическое поле, которое воздействует на электроны, имеющиеся в металлическом катоде, и вырывают их с его поверхности. Это явление называется автоэлектронной эмиссией (рис. 1,б). Кроме того, положительные ионы непрерывно бомбардируют катод и отдают ему свою энергию, которая переходит в тепло; при этом температура катода достигает 3000—5000 °С. При своем перемещении от катода к аноду электроны, сталкиваясь на своем пути с нейтральными атомами газа, расщепляют их на электроны и положительные ионы (рис. 1, в). Этот процесс называется ударной ионизацией. Появившиеся в результате ударной ионизации новые, так называемые вторичные электроны начинают двигаться к аноду и при своем движении расщепляют все новые атомы газа. Рассмотренный процесс ионизации газа носит лавинообразный характер. Электроны, ионы и нейтральные атомы, образующие плазму, непрерывно сталкиваются друг с другом и обмениваются энергией; при этом некоторые атомы под ударами электронов приходят в возбужденное состояние и испускают избыток энергии в виде светового излучения. Однако электрическое поле, действующее между контактами, заставляет основную массу положительных ионов двигаться к катоду, а основную массу электронов — к аноду.

Законы коммутации.- Первый закон коммутации состоит в том, что ток в ветви с индуктивным элементом в начальный момент времени после коммутации имеет то же значение, какое он имел непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения он начинает плавно изменяться. Сказанное обычно записывают в виде iL(0-) = iL(0+), считая, что коммутация происходит мгновенно в момент t = 0.

— Второй закон коммутации состоит в том, что напряжение на емкостном элементе в начальный момент после коммутации имеет то же значение, какое оно имело непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения оно начинает плавно изменяться: UC(0-) = UC(0+).

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 5 | Нарушение авторских прав

Способы коммутации

Рассмотрим в данной статье основные методы коммутации в сетях.

В традиционных телефонных сетях, связь абонентов между собой выполняется с помощью коммутации каналов связи. В начале коммутация телефонных каналов связи выполнялась вручную, далее коммутацию выполняли автоматические телефонные станции (АТС).

Аналогичный принцип используется и в вычислительных сетях. В качестве абонентов выступают территориально удаленные вычислительные машины в компьютерной сети. Физически не представляется возможным предоставить каждому компьютеру свою собственную некоммутируемую линию связи, которой они пользовались бы в течении всего времени. Поэтому практически во всех компьютерных сетях всегда используется какой-либо способ коммутации абонентов (рабочих станций), выполняющий возможность доступа к существующим каналам связи для нескольких абонентов, для обеспечения одновременно нескольких сеансов связи.

Коммутация — это процесс соединения различных абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.

Рабочие станции подключаются к коммутаторам с помощью индивидуальных линий связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы соединяются между собой с использованием разделяемых линии связи (используются совместно несколькими абонентами).

Рассмотрим три основные наиболее распространенные способы коммутации абонентов в сетях:

  • коммутация каналов (circuit switching);
  • коммутация пакетов (packet switching);
  • коммутация сообщений (message switching).

Коммутация каналов

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой — коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.

Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.

Достоинства коммутации каналов:

  • постоянная и известная скорость передачи данных;
  • правильная последовательность прихода данных;
  • низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть.

Недостатки коммутации каналов:

  • возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения;
  • нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей;
  • обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Коммутация сообщений

Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации.

Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.

При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.

Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.

Коммутация пакетов

Коммутация пакетов — это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

Достоинства коммутации пакетов:

  • более устойчива к сбоям;
  • высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика;
  • возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи.

Недостатки коммутации пакетов:

  • неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети;
  • переменная величина задержки пакетов данных;
  • возможны потери данных из-за переполнения буферов;
  • возможны нарушения последовательности прихода пакетов.

В компьютерных сетях применяется коммутация пакетов.

Cпособы передачи пакетов в сетях:

  • Дейтаграммный способ – передача осуществляется как совокупность независимых пакетов. Каждый пакет двигается по сети по своему маршруту и пользователю пакеты поступают в произвольном порядке.
    • Достоинства: простота процесса передачи.
    • Недостатки: низкая надежность засчет возможности потери пакетов и необходимость программного обеспечения для сборки пакетов и восстановления сообщений.
  • Логический канал — это передача последовательности связанных в цепочки пакетов, сопровождающихся установкой предварительного соединения и подтверждением приема каждого пакета. Если i-ый пакет не принят, то все последующие пакеты не будут приняты.
  • Виртуальный канал – это логический канал с передачей по фиксированному маршруту последовательности связанных в цепочки пакетов.
    • Достоинства: сохраняется естественная последовательность данных; устойчивые пути следования трафика; возможно резервирование ресурсов.
    • Недостатки: сложность аппаратной части.

В данной статье мы рассмотрели основные методы коммутации в вычислительных сетях, с описание каждого метода коммутации с указанием достоинст и недостатков.

Основы коммутации. Способы коммутации. Коммутация каналов. Коммутация пакетов

Страницы работы

Содержание работы

3. Основы коммутации

3.1. Способы коммутации

На сети связи возникает необходимость распределять сообщения между разными абонентскими пунктами, что достигается применением коммутации. На сетях телефонной связи находят применение коммутация каналов и пакетов.

Под коммутацией каналов понимается процесс образования электрических трактов на время передачи сообщений между абонентскими пунктами. На сети связи коммутация осуществляется на коммутационных станциях, в которые включаются абонентские устройства и соединительные линии между станциями, или только соединительные линии. Коммутация обычно производится автоматически, однако в некоторых случаях — вручную (например, на ручных междугородных коммутаторах). В дальнейшем в данном разделе рассматривается автоматическая коммутация.

При коммутации каналов передача сообщений может происходить с пространственным или с временным разделением каналов. Пространственное разделение предполагает образование непрерывного во времени тракта, а временное — тракта, существующего только в отдельные интервалы времени (например, используется процесс мультиплексирования в системах передачи с импульсно-кодовой модуляцией). При пространственной коммутации время доставки сообщения определяется длительностью распространения электрического сигнала между абонентскими пунктами. В случае временной коммутации появляются дополнительные задержки, и время доставки может составлять от долей миллисекунд до десятков миллисекунд. При передаче речевой информации абоненты не замечают задержек, достигающих 150 — 200 мс.

Коммутация пакетов предполагает разделение одного сообщения на множество частей (пакетов) и их передачу по сети связи. Пакеты одного сообщения могут передаваться по одному и тому же соединительному пути (способ передачи пакетов с установлением соединения) или по разным путям (способ передачи пакетов без установления соединения/дейтаграммный способ). В таком способе коммутации обязательно используется временное разделение каналов и двоичное кодирование. Каждый пакет имеет адресную часть, содержащую данные либо о соединительном пути, либо о пункте доставки сообщения. Время доставки сообщения может изменяться в широких пределах. Коммутация пакетов нашла широкое применение в системах передачи данных из-за не критичности к времени задержки сообщений. Наиболее ярким примером передачи телефонных сообщений с помощью коммутации пакетов является технология IP-телефонии.

Коммутация каналов или пакетов обычно производится на сети связи при передаче каждого сообщения. В этом случае зачастую используют термин «оперативная коммутация».

Коммутация может быть произведена однократно для передачи множества сообщений в течение длительного времени, достигающего многие годы. Такая коммутация получила название кроссовой. Примерами кроссовой коммутации могут служить: соединения, сделанные проводами между выводами кросса (главного щита переключений) или промежуточного щита АТС; соединения, образованные внутри кросс-коннекта на цифровой транспортной сети; образование постоянного виртуального канала (PSV) на сети с коммутацией пакетов Frame Relay или ATM.

Процессы коммутации на сети связи осуществляются коммутационными станциями, например, АТС или узлами коммутации. Нередко, сетевое оборудование, выполняющее функции коммутации называют коммутатором.

3.2. Коммутация каналов

В узлах с коммутацией каналов находится коммутационное поле, построение которого зависит от способа разделения каналов.

3.2.1. Пространственное разделение каналов

При пространственном разделении каналов коммутационное поле состоит из коммутационных приборов.

Коммутационные приборы — это устройства обеспечивающие образование электрических цепей на узле коммутации. Каждый коммутационный прибор имеет коммутационные элементы, физически образующие электрические тракты, и элементы управления, обеспечивающие воздействие на коммутационные элементы.

К коммутационным приборам относятся: электромагнитные реле, электронные контакты, искатели и соединители.

У электромагнитных реле коммутационными элементами являются контакты, а элементами управления — обмотки, магнитный сердечник и якорь. В узлах коммутации электромагнитные реле обычно используются в составе искателей и соединителей.

Под искателем понимается устройство, имеющее один вход и множество выходов. В искателе на время передачи одного сообщения вход соединяется с любым из выходов.

Для коммутационных приборов используются координатный и символический способы изображения. На рис.3.1 показаны координатный (а) и символический (б) способы изображения искателя. Искатель имеет m выходов. В координатном изображении в каждой точке пересечения вертикальной и горизонтальной линий (точка коммутации) находится один коммутационный элемент, через который вход искателя соединяется с соответствующим выходом. На рис.3.1,а показан пример, когда в точке коммутации, соответствующей 3-му выходу, находится однообмоточное реле Р3 с двумя контактами на замыкание. Для соединения входа с выходом на обмотку реле по цепи управления подается напряжение питания. При символическом изображении каждый вход имеет короткую черту, указывающую на выходы, относящиеся к этому входу.

Рис.3.1 Способы обозначения искателя

Под соединителем понимается устройство, имеющее множество входов и выходов. Соединитель имеет n входов и m выходов для каждого входа. Один вход вместе со своими выходами аналогичен искателю. Общее количество выходов у соединителя равно nxm.

Рис.3.2 Способы изображения соединителя

На рис.3.2 показаны координатное (а) и символическое (б) изображения соединителя. В зависимости от способа использования соединителя в узле коммутации в нем может происходить запараллеливание выходов и/или входов. При запараллеливании всех одноименных выходов образуется матричный соединитель, имеющий n входов и m выходов (рис.3.3). В таком приборе для соединения входа с выходом управляющий сигнал подается по вертикальной (Ув,i) и по горизонтальной (Уг,j) шинам, что обеспечивает включение или выключение коммутационного элемента в соответствующей точке (на рис.3.3,а срабатывает или отпускает реле Р2). На рисунках.3.3,б,в показано символическое изображение матричного соединителя, причем практическое использование получил способ, приведенный на рис.3.3,в. На структурных и функциональных схемах для матричного соединителя может быть использовано общее изображение (рис.3.3,г).

Рис.3.3 Схема матричного соединителя

С целью уменьшения потребляемой энергии в матричных соединителях применяют реле с двумя обмотками, одна из которых служит для срабатывания, а другая — для удержания реле во включенном состоянии. На рис.3.4 показана схема матричного соединителя 8х8, в котором используются 64 двухобмоточных реле. Левая обмотка каждого реле служит для срабатывания, правая — для удержания реле. При включении реле из управляющего устройства (УУ) на горизонтальную и вертикальную шины включения (вкл.) кратковременно подается управляющий сигнал.

Процесс коммутации

Читайте также:

  1. Бесфрагментный режим коммутации
  2. Бизнес-процессы
  3. ВООБРАЖЕНИЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
  4. Воспалительные процессы
  5. ВТОРИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ
  6. Выбор электрических аппаратов на РП со стороны ГПП
  7. Геологические процессы и их классификация.
  8. Геосолитонная дегазация Земли и порождаемые ею геологические процессы
  9. Геосолитонные процессы и их проявления в результатах электроразведки
  10. Гетерогенные процессы. Общая характеристика гетерогенных процессов.

Период коммутацииТк представляет собой время, в течение которого секция замкнута накоротко щеткой и коммутируется.

В случае простой петлевой обмотки секция, изображенная на рис. 6-3, а в виде петли, присоединяется к соседним коллекторным пластинам. При этом значение Тк равно времени перемещения коллектора, вращающегося с окружной скоростью vK, на ширину тетки h •

Выражение (6-6) действительно также для простой петлевой обмотки (alp = 1) и, кроме того, как можно показать, для простой и сложной волновой обмотки.

Пусть, например, мы имеем машину с простой петлевой обмоткой и я = 1500 об/мин = 25 об/сек, К = 100, рк = 2,5. Тогда по формуле (6-5) или (6-6)

Таким образом, процесс коммутации протекает быстро и по отношению к внешней цепи машины является периодическим процессом с частотой порядка 1000—3000 гц.

Уравнения коммутации.Исследуем закономерности коммутации секции для простой петлевой обмотки и примем сначала для простоты, что ширина щетки равна коллекторному делению (рис. 6-4).

Составим второе уравнение Кирхгофа для коммутируемой секции (рис. 6-4):

где i — ток в коммутируемой секции, принимаемый положительным для начального момента коммутации (рис. 6-4, а); ц, i2— токи, протекающие через соединительные проводники («пегушки») и коллекторные пластины / и 2 к щетке; гс — сопротивление секции; гп — сопротивление «петушка»; rml, rm2 — сопротивления щеточного контакта между пластинами / и 2 и щеткой; Ее — сумма э. д. с, индуктируемых в коммутируемой секции в результате процесса самоиндукции в короткозамкнутой секции и других явлений.

Рис. 6-4. Последовательные моменты коммутации секции

Кроме того, для узловых точек а и б на рис. 6-4 можно составить два первых уравнения Кирхгофа:

Процесс коммутации определяется изменением во времени токов г, i-i, i2. Эти токи могут быть определены из уравнений (6-7) и (6-8), если известны все другие величины. Однако в общем случае решение этих уравнений весьма затруднительно. Действительно, ia, rz и г„ можно считать постоянными и заданными величинами. Однако гщ1 и гщ2 являются весьма сложными и математически трудно определимыми функциями токов ix, t2 и времени t (см. § 6-1). То же можно сказать и о сумме э. д. с. 2е. Поэтому ниже, следуя так называемой классической теории коммутации, находим приближенное решение, которое позволяет выявить основные закономерности процесса коммутации и определить способы ее улучшения.

Подставим г’х и t2 из уравнений (6-8) в (6-7). Тогда получим

Первый член этого выражения представляет собой так называемый основной ток коммутации секции, а второй член — добавочный ток коммутации. Очевидно, что знаменатели в выражении (6-9)

определяют сопротивление короткозамкнутого контура коммутируемой секции. Добавочный ток коммутации поэтому можно рассматривать как ток короткого замыкания секции, определяемый э. д. с. Не.

Коммутация сопротивлением, прямолинейная коммутация.Рассмотрим сначала случай, когда 2е = 0. При этом в секции существует только основной ток коммутации. Изменение тока секции i определяется только изменением гщ1 и гщ2, вследствие чего этот случай называется коммутацией сопротивлением.

Сопротивления гс и га значительно меньше rml и гщ2. Поэтому можно положить гс х гп « 0, и тогда при 2е = 0

На рис. 6-5, а для некоторого момента времени / в соответствии с уравнениями (6-8) показаны также значения токов ix и i2. При этом из рис. 6-5, а следует, что

Очевидно, что при прямолинейной коммутации (рис. 6-5, а) a i — a 2 = const. Поэтому в течение всего периода коммутации также /щ1 = /щ2 = const.

Рис 6-5 Прямолинейная (а) и криволинейная (б) коммутация сопротивлением

Таким образом, при прямолинейной коммутации плотность тока под всей щеткой на протяжении всего времени коммутации неизменна, как если бы щетки находились на сплошном вращающемся контактном кольце, а не на коллекторе. Такой случай коммутации поэтому является теоретически идеальным.

Можно показать, что и при Ьт > Ьк коммутация простой петлевой обмотки является прямолинейной, если только 2е = 0 и гс = = гп = 0.

Если гс ф 0 и гп Ф 0, то по равенствам (6-9) и (6-12) можно установить, что при 2е = 0 ток i изменяется так, как показано на рис. 6-5, б. Следовательно, в общем случае коммутация сопротивлением не является прямолинейной. Однако в обычных условиях отклонение кривой на рис. 6-5, б от прямой линии мало, и им можно пренебречь.

Замедленная и ускоренная коммутация.В общем случае, при 2е ф 0, на основной ток коммутации накладывается

Зависимость сопротивления короткозамкнутого контура секции гк от времени согласно выражению (6-16) изображена на рис. 6-6.

Если предположить, что Ее по абсолютной величине постоянна, то характер зависимости /к д от t при Ее > О и Ее О ток iK д складывается с основным током коммутации, который можно принять линейным. При этом получается случай так называемой замедленной коммутации (рис. 6-7, а), когда изменение тока i в начале коммутации происходит медленно и ускоряется к концу.

Рис. 6-6. Добавочный ток коммутации

Величина тока на сбегающем краю щетки it в этом случае сохраняется большой вплоть до конца коммутации, вследствие чего и плотность тока /щ1 под этим краем щетки к концу коммутации становится большой. Размыкание контура короткозамкнутой секции сбегающим краем щетки при этом аналогично выключению или разрыву цепи тока с г и L при помощи рубильника.

По изложенным причинам при замедленной коммутации возникают благоприятные условия для искрения под сбегающим краем щетки.

Этому способствует также то обстоятельство, что контакт на краях щетки менее устойчив (из-за наличия зазора между щеткодержателем и щеткой последняя качается, и края щетки стираются больше и т. д.).

Дата добавления: 2015-10-23 ; просмотров: 93 | Нарушение авторских прав

Методы коммутации. Коммутация каналов

Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с помощью телефонных аппаратов. Практически невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов свою собственную некоммутируемую физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» в течение длительного времени. Поэтому в любой сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает доступность имеющихся физических каналов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами сети. Абоненты соединяются с коммутаторами индивидуальными линиями связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией абонентом. Между коммутаторами линии связи разделяются несколькими абонентами, то есть используются совместно.

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой — коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

· Коммутация каналов на основе частотного мультиплексирования
Техника частотного мультиплексирования каналов (FDM) была разработана для телефонных сетей, но применяется она и для других видов сетей, например сетей кабельного телевидения.

· Коммутация каналов на основе разделения времени
Коммутация на основе техники разделения частот разрабатывалась в расчете на передачу непрерывных сигналов, представляющих голос. При переходе к цифровой форме представления голоса была разработана новая техника мультиплексирования, ориентирующаяся на дискретный характер передаваемых данных.
Эта техника носит название мультиплексирования с разделением времени (TimeDivisionMultiplexing, TDM). Реже используется и другое ее название — техника синхронного режима передачи (SynchronousTransferMode, STM). Рисунок 2.28 поясняет принцип коммутации каналов на основе техники TDM.

25. Коммутация. Коммутация сообщений .Коммутация пакетов.

Коммутация — это процесс соединения различных абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.

Рабочие станции подключаются к коммутаторам с помощью индивидуальных линий связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы соединяются между собой с использованием разделяемых линии связи (используются совместно несколькими абонентами).

Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации. Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения. При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.

Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.

Коммутация пакетов — это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Достоинства коммутации пакетов: 1) более устойчива к сбоям. 2) высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика. 3) возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи.

Недостатки коммутации пакетов: 1) неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети. 2) переменная величина задержки пакетов данных. 3) возможны потери данных из-за переполнения буферов. 4) возможны нарушения последовательности прихода пакетов.

В компьютерных сетях применяется коммутация пакетов.

26 Token Ring — технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркерным доступом» — протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркером, который перемещается вокруг кольца. Владение маркером предоставляет его обладателю право передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркерным доступом перемещаются в цикле.

FDDI (англ. FiberDistributedDataInterface — Волоконно-оптический распределенный интерфейс передачи данных) — стандарт передачи данных в локальной сети, протянутой на расстоянии до 200 километров. Стандарт основан на протоколе TokenRing. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей.

TokenRing и FDDI — это функционально намного более сложные технологии, чем Ethernet на разделяемой среде. Разработчики этих технологий стремились наделить сеть на разделяемой среде многими положительными качествами: сделать механизм разделения среды предсказуемым и управляемым, обеспечить отказоустойчивость сети, организовать приоритетное обслуживание для чувствительного к задержкам трафика, например голосового.

Механизм доступа к среде в сетях TokenRing и FDDI является более детерминированным, чем в сетях Ethernet. Рассмотрим его на примере сети TokenRing, станции которой связаны в кольцо, так что любая станция непосредственно получает данные только от одной станции — той, которая является предыдущей в кольце, а передает данные своему ближайшему соседу вниз по потоку данных. Скорость передачи данных в первых сетях TokenRing, разработанных компанией IBM, была всего 4 Мбит/с, но затем была повышена до 16 Мбит/с. Основная среда передачи данных — витая пара. Для адресации станций сети TokenRing (и FDDI) используют МАС-адреса того же формата, что и Ethernet.

Метод доступа TokenRing основан на передаче от узла к узлу специального кадра — токена, или маркера, доступа, при этом только узел, владеющий токеном, может передавать свои кадры в кольцо, которое становится в этом случае разделяемой средой. Существует лимит на период монопольного использования среды — это так называемое время удержания токена, по истечение которого станция обязана передать токен своему соседу по кольцу. В результате такие ситуации, как неопределенное время ожидания доступа к среде, характерные для Ethernet, здесь исключены. Максимальное время ожидания равно произведению времени удержания токена на количество станций в кольце. Так как станция, получившая токен, но не имеющая в этот момент кадров для передачи, передает токен следующей станции, то время ожидания может быть меньше.

Отказоустойчивость сети TokenRing определяется использованием в сети повторителей создания кольца. Каждый такой повторитель имеет несколько портов, которые образуют кольцо за счет внутренних связей между передатчиками и приемниками. В случае отказа или отсоединения станции повторитель организует обход порта этой станции, так что связность кольца не нарушается. Станция имеет право захватить переданный ей токен только в том случае, если приоритет кадра, который она хочет передать, выше приоритета токена (или равен ему). В противном случае станция обязана передать токен следующей по кольцу станции.

Благодаря более высокой, чем в сетях Ethernet, скорости, детерминированности распределения пропускной способности сети между узлами, а также лучших эксплуатационных характеристик, сети TokenRing были предпочтительным выбором для таких чувствительных к подобным показателям приложений, как банковские системы и системы управления предприятием.

27 Технологию FDDIможно считать усовершенствованным вариантом TokenRing, так как в ней, как и в TokenRing, используется метод доступа к среде, основанный на передаче токена , а также кольцевая топология связей, но вместе с тем FDDI работает на более высокой скорости и имеет более совершенный механизм отказоустойчивости. Технология FDDI стала первой технологией локальных сетей, в которой оптическое волокно было использовано в качестве разделяемой среды передачи данных. За счет применения оптических систем скорость передачи данных удалось повысить до 100 Мбит/с. В тех случаях, когда нужно было обеспечить высокую надежность сети FDDI, применялось двойное кольцо. В нормальном режиме станции используют для передачи данных и токена доступа первичное кольцо, а вторичное простаивает. В случае отказа, например, при обрыве кабеля между станциями 1 и 2, первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется режимом свертывания колец. Операция свертывания производится средствами повторителей и/или сетевых адаптеровFDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении,а по вторичному — в обратном. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями. В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позволяют определить факт наличия отказа в сети, а затем произвести необходимое реконфигурирование. Технология FDDI расширяет механизмы обнаружения отказов технологии TokenRing за счет резервных связей, которые предоставляет второе кольцо.

28Технология GigabitEthernet представляет собой дальнейшее развитие стандартов 802.3 для сетей Ethernet с пропускной способностью 10 и 100 Мбит/с. Основная цель GigabitEthernet состоит в значительном повышении скорости передачи данных с сохранением совместимости с уже установленными сетями на базе Ethernet. Необходимо обеспечить возможность пересылки данных между сегментами, работающими на разных скоростях, что, помимо всего прочего, позволило бы упростить архитектуру существующих мостов и коммутаторов, применяющихся в больших промышленных сетях.

При разработке этой технологии были поставлены следующие задачи :

  • Достичь скорости передачи 1 Гбит/с.
  • Использовать формат кадра Ethernet 802.3.
  • Соответствовать функциональным требованиям стандарта 802.
  • Предусмотреть простое взаимодействие между сетями со скоростями 10, 100 и 1000 Мбит/с.
  • Сохранить неизменными минимальный и максимальный размер кадра согласно существующему стандарту.
  • Предоставить поддержку полу- и полнодуплексного режима работы.
  • Поддерживать топологию «звезда».
  • Использовать метод доступа CSMA/CD с поддержкой по крайней мере одного повторителя в домене коллизий ( под доменом коллизий понимается область, в пределах которой кадры от различных станций могут конфликтовать друг с другом ).
  • Поддерживать спецификации ANSI FibreChannel FC-1 и FC-0 ( оптоволоконный кабель ) и, если возможно, медный кабель.
  • Предоставить семейство спецификаций физического уровня, которые поддерживалибы канал длиною не менее :
    • 500 метров на многомодовом оптоволоконном кабеле;
    • 25 метров на медном проводе;
    • 3000 метров на одномодовом оптоволоконном кабеле.
  • Определить методы контроля потока.
  • Стандартизировать независимый от среды интерфейс GMII ( GigabitEthernetMediaIndependentInterface ).

В основном, продукты, поддерживающие технологию GigabitEthernet, планируется внедрять в центре корпоративной сети. Наиболее быстрый и простой путь получения отдачи от GigabitEthernet состоит в замене традиционных коммутаторов FastEthernet на концентраторы или коммутаторы GigabitEthernet. Это приводит к тому, что в сети появляется некая иерархия скоростей. ПК могут подключаться со скоростью 10 Мбит/с к коммутаторам рабочих групп, которые затем связываются с коммутаторами FastEthernet, имеющими порты для связи со скоростью 1 Гбит/с.

К недостаткам технологии GigabitEthernet можно отнести отсутствие встроенного механизма поддержки качества обслуживания. Как и её предшественники, технология предполагает конкуренцию за доступ к среде передачи без какой-либо гарантии качества обслуживания. Однако пользователи GigabitEthernet для обеспечения качества обслуживания могут воспользоваться протоколами на базе IP, такими как RSVP. Они позволяют резервировать ресурсы маршрутизаторов для обеспечения необходимой скорости передачи данных. Достоинство такого подхода заключается в том, что удаётся сохранить основную часть капиталовложений в маршрутизаторы. Но если сеть предназначена для интенсивного трафика с отличающимися характеристиками, то в этом случае технология АТМ сможет обеспечить лучшее качество обслуживания, чем GigabitEthernet.

Очевидно, что с ростом требований приложений загрузка каналов связи корпоративных серверов также возрастает. Для повышения производительности можно подключать серверы к коммутатору по каналу связи со скоростью 1 Гбит/с. Однако следует убедиться, что сервер способен поддержать такую скорость обмена информацией. Таблица 3 содержит теоретический верхний предел пропускной способности шин для некоторых архитектур серверов.

Таблица 3. Пропускная способность шин серверов

Читайте также:

  1. A)бұл құқықтың дамуы мен қызмет етуінің қалыптасу процессінің негізгі немесе жетекші бастаулары
  2. C.1 Процессы с ключевых точек зрения
  3. ERP — типизация производственных процессов и продуктов. Нормативно-справочная информация о продукте
  4. I. Процессы переноса.
  5. II. Мир мыслительного процесса (ГБ).
  6. IV.Учебно-методическое и информационное обеспечение учебного процесса
  7. Radiotelephone procedure FM 24-18 (Процесс радиообмена)
Тип шины Пропускная способность, Мбит/с
ISA
EISA
MCA
PCI ( 32 бита, 33Мгц )
PCI ( 64 бита, 66Мгц )

Самым простым способом получения немедленной выгоды от использования новой технологии является организация её на основе магистрали сети с последующим подключением серверов. Кроме установки новых коммутаторов и сетевых адаптеров, никаких изменений не потребуется.

29Технология FastEthernetявляется эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются:

  • увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;
  • сохранение метода случайного доступа Ethernet;
  • сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных — витой пары и оптоволоконного кабеля.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T — наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet — к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: FastEthernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети. Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневой модели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

  • 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5, или экранированной витой паре STP Type 1;
  • 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3, 4 или 5;
  • 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

30 Структурированная кабельная система.

Иерархия в кабельной системе

Структурированная кабельная система (StructuredCablingSystem, SCS) — это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Структурированная кабельная система представляет своего рода «конструктор», с помощью которого проектировщик сети строит нужную ему конфигурацию из стандартных кабелей, соединенных стандартными разъемами и коммутируемых на стандартных кроссовых панелях.

При построении структурированной кабельной системы подразумевается, что каждое рабочее место на предприятии должно быть оснащено розетками для подключения телефона и компьютера, даже если в данный момент этого не требуется. То есть хорошая структурированная кабельная система строится избыточной, В будущем это может сэкономить средства, так как изменения в подключении новых устройств можно производить за счет перекоммутации уже проложенных кабелей.

Структурированная кабельная система планируется и строится иерархически, с главной магистралью и многочисленными ответвлениями от нее.

Эта система может быть построена на базе уже существующих современных телефонных кабельных систем, в которых кабели, представляющие собой набор витых пар, прокладываются в каждом здании, разводятся между этажами, на каждом этаже используется специальный .кроссовый шкаф, от которого провода в трубах и коробах подводятся к каждой комнате и разводятся по розеткам.

Типичная иерархическая структура структурированной кабельной системы включает:

  • горизонтальные подсистемы (в пределах этажа);
  • вертикальные подсистемы (внутри здания);
  • подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).

Горизонтальная подсистема соединяет кроссовый шкаф этажа с розетками пользователей. Подсистемы этого типа соответствуют этажам здания. Вертикальная подсистема соединяет кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания. Следующим шагом иерархии является подсистема кампуса, которая соединяет несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса. Эта часть кабельной системы обычно называется магистралью (backbone).

Использование структурированной кабельной системы вместо хаотически проложенных кабелей дает предприятию много преимуществ.

  • Универсальность.
  • Увеличение срока службы.
  • Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения.
  • Возможность легкого расширения сети.
  • Обеспечение более эффективного обслуживания.
  • Надежность.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Процесс — коммутация

Процесс коммутации в этих схемах протекает одинаково: под действием напряжения на зажимах конденсатора С1 запирается тиристор УВ1, ток фазы переводится в цепь с конденсатором С /, под действием напряжения на его зажимах осуществляется коммутация тока в фазах нагрузки инвертора. Добавочные вентили предотвращают разряд конденсатора после окончания коммутации, и энергия, запасенная в нем в процессе коммутации, используется для запирания другого вентиля. [17]

Процесс коммутации часто сопровождается искрением на коллекторе. Сильное искрение может перейти в круговой огонь, в результате чего возникает электрическая дуга, охватывающая коллектор частично или полностью по его цилиндрической поверхности. Искрение может быть вызвано механическими причинами: вследствие вибрации, изменения геометрической формы коллектора ( эллиптичности), плохой стяжки пластин, шероховатости его поверхности и выступания слюдяных изолирующих прокладок над пластинами. Оно может также возникать из-за неправильного подбора сорта щеток, неправильной их расстановки и слишком слабого нажатия на коллектор. [18]

Процесс коммутации происходит следующим образом. [20]

Процесс коммутации заключается в переходе тока с фазы трансформатора, напряжение которой снижается, на другую его фазу, напряжение которой возрастает. Вследствие индуктивности LT фаз этот процесс не может произойти мгновенно и занимает некоторое время, определяемое углом у, коммутации, также называемым углом перекрытия. В течение этого времени открыты и проводят ток два вентиля ( группы), через которые происходит соединение обмоток коммутируемых фаз трансформатора ( рис. 1 — 2, в) и выпрямленное напряжение равно среднему из напряжений на этих обмотках. При выпрямлении однофазного напряжения по схемам рис. 1 — 2, углу Y отвечает ив 0, так как здесь напряжения замкнутых фаз одинаковы по величине и противоположны по знаку. [21]

Процесс коммутации тиристоров характеризуется углом отпн-раннл, называемым также углом зажигания. [22]

Процесс коммутации рассмотрим в предположении, что: ширина щетки Ьщ равна ширине коллекторной пластины Ьк; толщина изоляции между пластинами коллектора пренебрежимо мала; кон-тактируемая поверхность щеток проводит ток равномерно; переходное сопротивление щетки не зависит от плотности тока и размеров контактной поверхности; активные сопротивления секции и проводов, соединяющих их с коллекторными пластинами, пренебрежимо малы. [23]

Процессы коммутации вентильных преобразователей достаточно широко описаны в литературе. В зависимости от последовательности чередования фаз, угла управления, мощности, потребляемой преобразователем 5щ, и параметров питающей сети коммутационные искажения имеют вполне определенный вид и расположение на кривой напряжения питающей сети. [25]

Процессы коммутации трехфазных инверторных схем йогут быть частично сведены к процессам коммутации однофазных инверторов. Применение теории к таким лучаям будет приведено в некоторых задачах. [27]

Процесс коммутации мощных транзисторов конвертора с высоким входным напряжением ( 340 — 590 В) сопровождается значительными ( двух-трехкратными от номинального значения) перегрузками по мгновенной ( импульсной) мощности, что приводит к локальному перегреву коллекторного перехода транзистора и выходу его из строя. Такой режим обусловлен инерционностью применяемых в настоящее время высоковольтных транзисторов и высокочастотных диодов. [28]

Процессом коммутации управляют определенные закономерности, которые вполне поддаются изучению. [30]

Каждый электрик должен знать:  Перенапряжение. Определение, классификация, устройства защиты
Добавить комментарий