Вставская Е.В. Архитектура ЭВМ, систем, сетей, лекции

Подождите немного. Документ загружается.

Используемый в конкретной ЭУС вариант построения (тип)

периферийного интерфейса зависит от состава, числа и элементной базы

периферийных устройств, а также от форматов (структуры), способов

кодирования и контроля верности передачи сообщений. По указанным

характеристикам механо- и квазиэлектронные узлы коммутации (УК)

существенно отличаются от электронных цифровых УК, что приводит к

необходимости применения в соответствующих УК различных типов

периферийного интерфейса. Так, периферийный интерфейс в ЭУС механо- и

квазиэлектронных узлов коммутации (УК) содержит средства сопряжения,

представляющие собой, как правило, несколько общих для всех

периферийных устройств (ПУ) и устройств управления (УУ) шин (наборов

независимых электрических цепей) для передачи управляющих сообщений

(периферийных команд) из УУ в ПУ и ответных информационных сообщений

из ПУ в УУ, и адресующие устройства для выбора нужного периферийного

устройства (ПУ). В электронных управляющих системах цифровых узлов

коммутации (УК) каждое устройство управления (УУ) обычно имеет свой

периферийный интерфейс (например, схема сопряжения с

внутристанционными ИКМ - линиями или с управляющими ЗУ блоков

цифрового коммутационного поля (КП)), построение которого зависит от типа

подключаемых к данному УУ устройств исполнительной системы (ИС).

Существенное влияние на структуру электронной системы управления

(ЭУС) (в частности, на состав, число и взаимосвязи устройств

управления(УУ)) оказывает реализуемый ею способ управления

установлением соединений. В зависимости от используемого способа

управления различают три основных типа ЭУС:

- централизованные;

- децентрализованные;

- иерархические.

111

Централизованная ЭУС состоит из одного центрального устройства

управления (ЦУУ), осуществляющего управление установлением всех соеди-

нений в пределах всего узла коммутации (УК) (рис. 37а). Примерами

централизованной ЭУС могут служить ЭУС отечественных

квазиэлектронных узлов коммутации (УК) типов «Кварц», «Квант» и

«Исток». Централизованные ЭУС являются наиболее простыми по

принципам построения и позволяют наиболее экономично удовлетворять

требованиям к производительности узлов коммутации (УК) заданной

фиксированной ёмкости. Однако для централизованных ЭУС возникают

проблемы обеспечения требуемых живучести и гибкости. Так, выход из строя

ЦУУ приводит к полной потере работоспособности УК в целом. Ограничена

также возможность расширения ёмкости УК. При этом необходимо

устанавливать сразу ЦУУ с производительностью, достаточной для

управления УК максимальной проектируемой ёмкости, что снижает

эффективность использования вычислительных ресурсов ЦУУ и его технико-

экономические показатели в период с момента установки УК до момента

достижения им максимальной проектируемой ёмкости.

Стремление получить линейную зависимость стоимости электронных

управляющих систем (ЭУС) от ёмкости узла коммутации (УК) в достаточно

широком диапазоне ёмкостей и повысить живучесть ЭУС за счёт

распределения функций управления и нагрузки между несколькими

устройствами управления (УУ) привело к созданию децентрализованных

ЭУС.

112

Исполнительная

система (ИС)

ЦУУ

а)

Системный

интерфейс

ИС1

УУ1

ИС1

УУ1

ИСN

УУN

ИСN

УУN

б)

Системный

интерфейс

ИС1

ПУУ1

ИС1

ПУУ1

ИСN

ПУУN

ИСN

ПУУN

в)

ЦУУ

Иерархический

уровень 1

Иерархический

уровень 2

ЭУС

а - централизованная ЭУС; б - децентрализованная ЭУС;

в - иерархическая ЭУС.

Рис.37 Варианты построения ЭУС с различными способами управления

установлением соединений

113

Децентрализованная ЭУС состоит из нескольких УУ, каждое из которых

выполняет только определенную часть функций по управлению

установлением всех или определенной части соединений в пределах

определенной части узла коммутации (УК) и равноправно с остальными

устройствами управления (УУ) (рис. 37б). Таким образом, отличительными

чертами децентрализованной ЭУС являются управление процессом

установления каждого соединения несколькими УУ и отсутствие единого

координирующего их совместную работу органа (ЦУУ). Примерами

децентрализованной ЭУС служат ЭУС электронных цифровых УК ДХ-200

(Финляндия) и System 12 (США).

К недостаткам децентрализованных ЭУС следует отнести сложность

организации и координации совместной работы многих устройств управления

(УУ). В частности, возникают трудности с рациональным распределением

функций между устройствами управления (УУ), обеспечивающими их

равномерную загрузку. В результате в ЭУС возникают «узкие» места по

производительности, связанные с перегрузкой отдельных УУ,

ограничивающие производительность ЭУС в целом. Для координации

совместной работы устройств управления (УУ) в составе децентрализованной

ЭУС требуются разработка специальных достаточно сложных программных

средств и соответственно дополнительные затраты в каждом УУ памяти на их

хранение и производительности на их функционирование. Кроме того,

обеспечение требуемой достаточно высокой производительности ЭУС для

узлов коммутации (УК) большой ёмкости достигается в децентрализованных

ЭУС использованием большого числа УУ (вследствие более низкой

производительности каждого отдельного УУ), причем значительная часть

устройств управления (УУ) функционально идентична. Это приводит к

избыточности по общему объему оборудования децентрализованных ЭУС, для

узлов коммутации (УК) большой ёмкости по сравнению с аналогичными

114

централизованными ЭУС и соответственно к ухудшению их экономических

показателей.

Компромиссным вариантом построения электронных управляющих

систем (ЭУС) является частичная децентрализация функций управления,

осуществляемая в иерархической ЭУС, которая состоит из центрального

устройства управления (ЦУУ) и нескольких групп периферийных устройств

управления (ПУУ), находящихся между собой в отношении иерархического

подчинения. Группа ПУУ, непосредственно подключенная к периферийному

интерфейсу, образует самый низкий, а ЦУУ - самый высокий иерархический

уровень управления. Управляющие устройства одного иерархического уровня

не связаны между собой и работают независимо друг от друга, тогда как

устройства управления (УУ) соседних иерархических уровней имеют между

собой информационные и функциональные связи через соответствующий

системный интерфейс (рис. 37в).

Процесс управления на каждом этапе обслуживания вызова проходит в

ЭУС через иерархические уровни, начиная с самого низкого до самого

верхнего и обратно. При этом устройства управления (УУ) на более высоком

иерархическом уровне выполняют более сложные функции управления. Так,

ПУУ самого низкого иерархического уровня принимает, предварительно

обрабатывает информацию о поступающих входных сигналах и формирует

необходимые сообщения для ПУУ следующего уровня (или ЦУУ), в то время

как ЦУУ координирует совместную работу связанных с ним ПУУ при уста-

новлении каждого соединения и выполняет функции, требующие наиболее

сложной арифметико-логической обработки информации о вызовах

(например, анализ номера и выбор направления связи). Иерархические ЭУС

имеют, как правило, пирамидальную структуру, при которой чем выше

иерархический уровень управления, тем меньше число УУ он содержит.

Иерархические ЭУС сочетают в себе простоту и экономичность

централизованных ЭУС с возможностью наращивания производительности и

115

достаточно высокой живучестью децентрализованных ЭУС. В то же время

иерархическим ЭУС присущи, конечно, в значительно меньшей степени

недостатки как централизованных, так и децентрализованных ЭУС.

Примерами иерархической ЭУС являются ЭУС электронных цифровых узлов

коммутации ESS № 4 и № 5 (США), МТ-20/25 (Франция), АХЕ-10(Швеция),

ЕАХ-61 (Япония).

В последние годы в связи с большими достижениями технологии и

производства больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС),

дешёвых, надёжных и компактных микропроцессоров, приспособленных для

работы в системах управления, децентрализованные и иерархические ЭУС

стали основными типами ЭУС узлов коммутации.

УУ2

УУ3

УУ1

а)

УУ1

УУ2

УУN

БУШ

ОШ

б)

УУ1

УУ2

УУN

ЦКП

ИКМ

каналы

в)

а) - с непосредственными связями между УУ;

б) - со связью УУ через общую шину;

в) - со связью УУ через ЦКП.

116

Рис. 38 Варианты построения ЭУС с различными типами системного

интерфейса

При этом устройства управления (УУ), входящие в состав ЭУС,

распределяются по управляемым объектам ИС и конструктивно

объединяются с ними, образуя функционально специализированные модули,

из которых компонуются узлы коммутации (УК) нужной ёмкости того или

иного назначения. Подобного рода УК получили название "узлы коммутации

(УК) с распределенным программным управлением", а соответствующие ЭУС

- распределенных ЭУС.

В децентрализованных и иерархических ЭУС взаимосвязь и

взаимодействие устройств управления (УУ) между собой в процессе

управления установлением соединений осуществляется через системный

интерфейс. Принцип построения (тип) системного интерфейса зависит от чис-

ла взаимосвязанных УУ и объёма информации, передаваемого между ними.

При небольшом числе устройств управления (УУ) (2 - 3 шт.) и достаточно

большом объёме передаваемой информации между каждой парой УУ связь

между ними может осуществляться с помощью специальных каналов,

непосредственно соединяющих каждую пару УУ и имеющих прямой доступ к

памяти этих устройств управления (УУ) (рис.38а). При этом обмен

информацией может выполняться одновременно между несколькими парами

УУ.

При увеличении числа УУ до нескольких десятков и соответствующем

уменьшении объёма информации, передаваемой между отдельными парами

устройств управления (УУ), организация их непосредственной связи

становится экономически нецелесообразной и практически трудно

реализуемой. В этом случае взаимосвязи между УУ осуществляются, как

правило, с помощью общей шины (ОШ), к которой подключаются все УУ,

поочерёдно (с разделением во времени) использующие её для передачи

117

необходимой информации. В любой момент по ОШ информация может

передаваться только между одной парой устройств управления (УУ), поэтому

для организации очерёдности доступа УУ к ОШ в состав системного

интерфейса вводятся специальный блок управления (БУШ) общей шиной

(ОШ) (рис. 38б).

Построение системного интерфейса в виде ОШ является достаточно

простым и экономичным техническим решением, однако приводит к

снижению живучести управляющей системы (УС) и по причине ограниченной

пропускной способности обшей шины (ОШ) (максимального объёма

информации, который может быть передан по ОШ за единицу времени) не

позволяет применять её в ЭУС, состоящих из сотни и более устройств

управления (УУ). В таких ЭУС связь между УУ организуется через цифровое

коммутационное поле (ЦКП) с собственным управлением (рис. 38б). При этом

для обмена информацией между УУ может использоваться специальное ЦКП,

входящее в состав ЭУС, или общее ЦКП узла коммутации (УК),

предназначенное для установления соединений между включенными в УК

линиями (каналами) связи. В последнем случае информация между УУ через

ЦКП может передаваться по любым или только по специально выделенным

временным каналам коммутируемых ИКМ - линий (например, по 16-му

временному каналу).

Построение системного интерфейса электронной управляющей системы

(ЭУС) на базе цифрового коммутационного поля (ЦКП) позволяет

практически снять ограничение на число устройств управления (УУ) в ЭУС,

однако требует дополнительных затрат производительности УУ на

установление и разъединение необходимых для обмена информацией

соединений в ЦКП, приводит к появлению дополнительной нагрузки на общее

цифровое коммутационное поле (ЦКП) узла коммутации (УК) или к

дополнительным расходам на специальное ЦКП ЭУС.

118

Рассмотрим теперь более подробно основные классы электронных

управляющих систем узлов коммутации (ЭУС УК), определяемые

используемым сочетанием различных вариантов построения периферийного

интерфейса, устройств управления (УУ) и системного интерфейса.

1.9.1 Основы построения централизованных ЭУС квазиэлектронных

узлов коммутации

В настоящее время квазиэлектронные УК (УК КЭ) широко применяются

во многих странах мира. Так, уже длительное время эксплуатируются на

сетях связи УК КЭ типов ESS № 1А, и №3 (США), Metaconta 10R (Франция),

AKE-11, 13 (Швеция), Д-10, 20 (Япония) и др. В большинстве случаев УК КЭ

используют централизованное программное управление (централизованную

ЭУС).

Структурная схема квазиэлектронного узла коммутации (УК КЭ),

характерная для многих типов УК КЭ с централизованной ЭУС, приведена на

рис.39. Можно выделить следующие основные части УК КЭ с

централизованной ЭУС:

- исполнительную систему, состоящую из коммутационного поля,

комплектов и периферийных устройств;

- централизованную ЭУС, включающую центральное управляющее

устройство и периферийный интерфейс.

119

АК

БАЛ

ШК

БСЛ

ВКСЛ

ИКСЛ

АК

СЛ

ОАК

УУ БАЛ

ОШ К

УУ ШК

УУ БСЛ

ОК

УУК

СК

ПУ

Командная

шина

Ответная

шина

ПАУ

ЦУУ

Адресная

шина

Периферийный

интерфейс

КП

Рис. 39 Структурная схема квазиэлектронного узла коммутации

с централизованной ЭУС

Рассмотрим особенности построения основных видов оборудования УК

КЭ, оказывающие влияние на организацию программного управления его

работой.

Комплекты в УК КЭ существенно упрощены по сравнению, например, с

комплектами в АТС координатной системы за счёт передачи логических

функций по анализу и формированию сигналов центральному устройству

управления (ЦУУ). Комплекты в УК КЭ являются, как правило, пассивными

приборами, выполняющими только исполнительные функции, фиксацию с

помощью специальных элементов памяти (контрольных точек) поступающих

120