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

Подождите немного. Документ загружается.

следовательно, может принимать и передавать многочастотные сигналы

одновременно по 32 каналам. Число модулей приёмников-передатчиков

(МПП) определяется расчётом исходя из поступающей на них нагрузки и

установленных норм на качество обслуживания вызовов. Для обеспечения

необходимой надёжности модули приёмников-передатчиков (МПП)

резервируются по принципу «n+1»

Коммутационное поле рассматриваемого узла коммутации (УК) является

цифровым. Оно использует в общем случае пространственно-временной

способ деления каналов и имеет блочное построение. Для обеспечения

требуемой надежности цифровое коммутационное поле (ЦКП) дублируется и

соединение может быть независимо установлено через поле как П0, так и П1.

Кроме того, коммутационное поле однонаправлено, т. е. во входы

цифрового коммутационного поля (ЦКП) включаются входящие, а в выходы -

исходящие каналы. Для обеспечения двухсторонней передачи информации

(например, разговора) в цифровом коммутационном поле (ЦКП) необходимо

установить два соединения: одно - в направлении приёма, а другое - в

направлении передачи информации.

В зависимости от ёмкости УК коммутационное поле может иметь одну

или несколько ступеней искания. На узле коммутации (УК) малой и средней

ёмкости цифровое коммутационное поле (ЦКП) имеет, как правило, одну

ступень абонентского искания. На УК большой ёмкости цифровое

коммутационное поле (ЦКП) имеет дополнительно одну или несколько (до

четырех) ступеней группового искания. Ступень абонентского искания

подразделяется на блоки, в каждый из которых включается определенное

число модулей абонентских линий (МАЛ) (до 32).

Иерархическая ЭУС электронного цифрового УК имеет в большинстве

случаев два иерархических уровня:

- на нижнем уровне находятся периферийные устройства управления

(ПУУ), непосредственно связанные с устройствами исполнительной системы;

131

- на верхнем уровне - центральное устройство управления (ЦУУ).

Различают несколько типов ПУУ (см. рис. 40):

- ПУУ модулей абонентских линий (УУ МАЛ);

- ПУУ приёмников-передатчиков (УУ МПП);

- ПУУ коммутационного поля (УУ КП);

- ПУУ линейной сигнализации (УУ ЛС).

Управляющее устройство модулей абонентских линий (МАЛ) выполняет

следующие основные функции:

- определяет сигналы вызова или отбоя со стороны абонентов;

- управляет установлением и разъединением соединений;

- принимает импульсы набора номера, поступающие декадным

способом, и формирует цифры номера вызываемого абонента;

- управляет схемами посылки вызывного сигнала абоненту и измерения

параметров АЛ;

- контролирует работоспособность оборудования модулей абонентских

линий (МАЛ);

- обменивается сообщениями с ЦУУ через УУКП по 16-му каналу ИКМ -

линии, соединяющей соответствующий модуль абонентских линий (МАЛ) с

цифровым коммутационным полем (ЦКП).

Управляющее устройство модулей приёмников-передатчиков (МПП)

управляет процессами приёма и передачи многочастотных сигналов,

предварительно их обрабатывает (перекодирует, контролирует временные

параметры), контролирует работоспособность оборудования модулей

приёмников-передатчиков (МПП) и осуществляет обмен сообщениями с ЦУУ

через системный интерфейс.

Управляющее устройство КП предназначено для установления и

разъединения соединений в цифровом коммутационном поле (ЦКП),

коммутации сообщений между УУ МАЛ и ЦУУ и обмена сообщениями с ЦУУ

через системный интерфейс.

132

Прием сообщений из УУ МАЛ для передачи в ЦУУ и наоборот

осуществляется УУ КП по постоянным соединениям в цифровом

коммутационном поле (ЦКП) между 16-ми каналами ИКМ - линий модулей

абонентских линий (МАЛ) и каналами ИКМ - линии, подключающей УУ КП

к цифровому коммутационному полю (ЦКП). Команды на установление и

разъединение соединений в цифровом коммутационном поле (ЦКП) выдаются

по непосредственным связям УУ КП с управляющим ЗУ цифрового

коммутационного поля (ЦКП) (см. рис.40).

При разделении цифрового коммутационного поля (ЦКП) на ступени

искания различают два вида УУ КП:

- УУ блоков ступени абонентского искания;

- УУ ступени группового искания.

Для обеспечения требуемой надежности каждое УУ КП дублируется,

причем одно УУ КП связано с полем П0, а другое - с полем П1 цифрового

коммутационного поля (ЦКП).

Для управления линейной сигнализацией по цифровым соединительным

линиям (ЦСЛ) при установлении входящих, исходящих и транзитных

соединений в состав ЭУС входят устройство управления линейной

сигнализацией (УУ ЛС), осуществляющие приём и передачу линейных

сигналов по 16-му каналу ЦСЛ для соответствующего пучка из 30 СЛ, их

предварительную обработку и обмен сообщениями с ПУУ через системный

интерфейс. Управляющее устройство линейной сигнализации подключается к

цифровому коммутационному полю (ЦКП) с помощью одной внутренней

ИКМ - линии и, следовательно, может управлять линейной сигнализацией

для 32 ЦСЛ. При этом приём и передача линейных сигналов производится УУ

ЛС через постоянные соединения в цифровом коммутационном поле (ЦКП)

между 16-ми каналами этих ЦСЛ и каналами ИКМ - линии УУ ЛС. При

большом числе ЦСЛ в состав ЭУС могут входить несколько УУ ЛС, которые

дополнительно резервируются по принципу «n+1».

133

Все рассмотренные типы ПУУ строятся на базе микроЭВМ с невысокой

производительностью, снабженной необходимым для выполнения заданных

функций комплексом программ, хранящихся в её собственном запоминающем

устройстве.

Центральное УУ состоит, как правило, из двух ЭУМ, каждая из которых

обладает достаточно высокой производительностью для обеспечения

обработки в реальном времени сообщений (заявок), поступающих от всех

ПУУ.

В зависимости от требований к надёжности и производительности ЦУУ, а

также к достоверности обработки информации совместная работа обеих ЭУМ

может быть организована, в различных режимах. В процессе совместной

работы ЭУМ обмениваются между собой информацией о занимаемых для

обслуживания вызовов каналах внутренних ИКМ - линий и ЦСЛ,

соединительных путях в цифровом коммутационном поле (ЦКП), абонентских

линиях и др. через канал межмашинного обмена (КМО).

Обмен сообщениями между ЦУУ и ПУУ производится через системный

интерфейс, который может быть реализован либо в виде дублированных

общих шин (см. рис.40), либо с помощью общего цифрового коммутационного

поля (ЦКП) узла коммутации.

Принципы построения децентрализованной ЭУС во многом подобны

описанным выше принципам построения иерархической ЭУС. Особенности

функционально - структурного построения децентрализованной ЭУС

заключаются в отсутствии ЦУУ и распределение выполняемых им функций

управления между ПУУ. Так, на УУ КП (маркер) могут дополнительно

возлагаться функции поиска свободных каналов внутренних ИКМ - линий и

ЦСЛ, приемников передатчиков, соединительных путей в цифровом

коммутационном поле (ЦКП); на УУ модулей приёмников-передатчиков

(МПП) (регистр) - функции анализа номера вызываемого абонента и выбора

направления связи и др. Кроме того, для выполнения некоторых функций,

134

ранее реализуемых ЦУУ, в состав децентрализованной ЭУС могут быть

включены новые типы УУ, например УУ сбора статистических данных, УУ

технической эксплуатации и др. Обмен сообщениями между УУ в

децентрализованной ЭУС осуществляется в основном через системный

интерфейс, который так же, как в иерархических ЭУС, может быть построен

двумя способами.

1.10 Основы построения системного интерфейса ЭУС

Важную роль в децентрализованных и иерархических ЭУС играет

системный интерфейс (СИ), обеспечивающий связь между УУ в процессе

обслуживания вызовов и представляющий собой в общем случае внутреннюю

сеть передачи данных (СПД) ЭУС.

Организация системного интерфейса (СИ) как внутренней системы

передачи данных (СПД) ЭУС базируется на принципе многоуровневого

управления процессами обмена сообщениями между УУ и вытекающей из

него иерархией интерфейсов и протоколов. Протоколы определяют как

структуру (формат) и содержание (семантику) сообщений, так и процедуры их

обработки - реакцию УУ на входящие сообщения и генерацию собственных

сообщений. Уровни и протоколы СИ обычно интерпретируются в терминах

стандартной семиуровневой архитектуры открытых систем, рекомендованной

Международной организацией по стандартизации (МОС).

135

Протоколы

УУ

Уровни

2.2

2.1

2.2

2.1

Передающая среда

УС

УИС

УДК

УФК

Сетевой

Канальный

Физический

Рис. 41 Уровни и протоколы управления системного интерфейса

Предусматриваемые в системном интерфейсе (СИ) возможности

установления связи и передачи сообщений между УУ реализуются с помощью

технических и программных средств, образующих в семиуровневой модели

три нижних уровня (рис. 41): физический 1, канальный 2 и сетевой 3.

Физический уровень реализует управление каналом связи, которое

заключается в подключении и отключении канала, и формирует сигналы,

представляющие передаваемые данные. Протокол управления физическим

каналом УФК устанавливает стандартные для всех УУ форму представления

и порядок передачи данных через физический канал.

Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных через

физический канал, организуемый на уровне 1, и может быть разделён на два

подуровня: 2.1 - управление доступом к каналу (УДК) и 2.2 - управление

информационным каналом (УИК). Протокол УДК устанавливает порядок

доступа каждого УУ к каналу, используемому совместно несколькими УУ, и

процедуру селекции данных, передаваемых по каналу, при их приеме УУ.

Протокол УИК определяет форматы сообщений и процедуру их обработки,

136

обеспечивающие требуемую достоверность данных при передаче их через

физический канал, подверженный воздействию помех. Протокол УИК

поддерживается средствами формирования для передаваемых сообщений

специальных проверочных кодов, проверки корректности принимаемых

сообщений, формирования квитанций об их успешном приёме и повторения

передачи искаженного сообщения.

Сложность протоколов управления на физическом и канальном уровнях

невелика, поэтому эти уровни управления реализуются в основном

техническими средствами. Более сложный протокол управления сетью

поддерживается обычно программными средствами.

Сетевой уровень обеспечивает передачу данных через внутреннюю СПД

ЭУС. Протокол управления сетью УС устанавливает процедуру выбора

маршрута передачи сообщения через сеть.

Эффективность организации СИ в ЭУС характеризуется его пропускной

способностью, средней задержкой и скоростью передачи сообщений,

надёжностью и экономическими показателями, зависящими от объёма и

параметров оборудования СИ. В зависимости от требований к

характеристикам СИ в настоящее время в ЭУС применяются два способа его

построения: использование для связи между УУ общей шины сообщений

(магистральная структура СИ) или цифрового коммутационного поля УК

(сетевая структура СИ). Рассмотрим реализацию различных уровней

управления взаимодействием УУ через СИ для указанных способов его

построения.

При построении СИ в виде общей шины сообщений (ОШС) для передачи

используются скрученные пары проводов, коаксиальные или волоконно-

оптические кабели, обеспечивающие пропускную способность физического

канала связи 0,5...100 Мбит/с (1 Mбит=1024 Кбит, 1 Кбит=1024 бит). Все УУ

ЭУС подсоединены к ОШС так, что данные, передаваемые любым УУ,

равнодоступны для остальных УУ. Общая шина сообщений (ОШС)

137

обслуживает подключенные к ней УУ в режиме мультиплексирования.

Данные могут передаваться по ОШС последовательным или параллельным

способом. В последнем случае ОШС должна, очевидно, состоять из нескольких

независимых линий в соответствии с разрядностью передаваемых данных.

При использовании ОШС отпадает необходимость в маршрутизации

сообщений, так как маршрут однозначно определяется номерами УУ

источника и УУ приёмника сообщения. Соответственно отсутствует

потребность в сетевом уровне управления.

Из соображений надежности на физическом и канальном уровне

используется распределенное управление ОШС, которое реализуется

специальными устройствами - сетевыми адаптерами (СА), входящими

обычно в состав каждого УУ. Совокупность физического канала в виде ОШС

и сетевых адаптеров образует информационный канал.

Различают три основных способа доступа к физическому каналу:

- случайный;

- детерминированный (контролируемый);

- комбинированный.

При случайном доступе каждое УУ захватывает канал для передачи

данных в произвольный момент. Детерминированный доступ основан на

поочередном предоставлении УУ разрешения на передачу данных по каналу.

Комбинированный доступ заключается в использовании случайного и детер-

минированного доступа к каналу на разных фазах процесса передачи данных.

В ЭУС с ОШС применяются, как правило, протоколы детерми-

нированного доступа, в частности, протокол синхронного доступа с

временным разделением (СДВР), протокол эстафетного доступа ЭД и

различные его разновидности. При использовании протокола СДВР цикл

работы ОШС делится на N равных временных интервалов по числу УУ,

подключенных к шине. Каждому УУ предоставляется шина в цикле в течение

одного определенного интервала. Длительность интервала Т определяется

138

временем передачи (с учётом времени распространения сигнала по шине)

сообщения максимальной длины или временем передачи пакета данных

фиксированной длины, на которые разделяются сообщения. Пример

временной диаграммы работы ОШС при использовании протокола СДВР

приведен на рис.42.

Цикл NТ

УУ1

УУ2

УУ3

УУN

Рис. 42 Пример временной диаграммы работы ОШС при использовании

протокола синхронного доступа с временным разделением

Недостатком протокола СДВР является то, что при отсутствии в

очередном УУ сообщения для передачи или при длине передаваемого

сообщения, меньшей максимальной, ОШС простаивает в течение

неиспользуемого промежутка времени. Применение этого протокола

оказывается эффективным только при высокой нагрузке на ОШС,

создаваемой каждым УУ.

При использовании протокола эстафетного доступа (ЭД) сетевые

адаптеры УУ, подключенные к ОШС, связаны кольцевой цепью, по которой

между адаптерами передается эстафета - сигнал, разрешающий доступ к ОШС

(рис. 43).

139

УУ1

СА1

УУ2

СА2

УУ

N-1

СА

N-1

УУ

СА

ОШС

Рис. 43 Организация эстафетного доступа к ОШС

Если в адаптере сообщение (пакет) на передачу отсутствует, то этот

адаптер передает эстафету следующему адаптеру. Если адаптер хранит

сообщение (пакет) для передачи, то по прибытии эстафеты он начинает его

передачу через общую шину сообщений (ОШС) и по окончании передачи

пересылает эстафету следующему адаптеру. При эстафетном доступе

практически полностью используется пропускная способность ОШС.

Одной из разновидностей протокола ЭД, применяемой в электронных

управляющих системах узлов коммутации (ЭУС УК), является протокол

синхронного эстафетного доступа с неявной передачей эстафеты. При

использовании этого протокола цикл работы ОШС также, как и при СДВР,

разделяется на N интервалов, каждый из которых закрепляется за

определенным УУ. Однако теперь длительность интервала перемен зависит

от наличия сообщений в УУ и их длины. Минимальная длительность

интервала (Т) соответствует отсутствию сообщений в УУ и равна времени

передачи доступа (эстафеты) следующему по порядку УУ. Общая шина

сообщений состоит в этом случае из общей шины данных ОШД и общей шины

управления ОШУ, к которым подключаются параллельно все УУ.

Управляющие устройства получают доступ к ОШД для передачи сообщений в

циклическом порядке, определяемом их номерами, поэтому сетевой адаптер

каждого УУ имеет счётчик очередного интервала и при совпадении его с

140