CC BY
41
СИСТЕМЫ СВЯЗИ
УДК 621.395.74
Е. А. Барабанова Астраханский государственный технический университет
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПОИСКА КАНАЛОВ СВЯЗИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ КОММУТАЦИОННЫ1Х СИСТЕМ
Введение
Поиск эффективных технических решений для создания быстродействующих коммутационных систем (КС) всегда сопровождался исследованиями, в основе которых лежат новейшие достижения науки и техники. И это не случайно, т. к. от возможностей систем коммутации зависит пропускная способность любой сети передачи данных.
В настоящее время наиболее распространены цифровые коммутационные поля (ЦКП), рассчитанные на стандартные первичные 32-канальные групповые тракты ИКМ со скоростью 2 048 кбит/с и 8-разрядными кодовыми словами [1].
Но в некоторых случаях, в особенности для транспортных сетей передачи данных, возникает необходимость в коммутации более крупных информационных потоков. Так, например, некоторые современные системы способны коммутировать тракты первого уровня SDН (155, 22 Мбит/с), в то время как технология оптической коммутации позволяет передавать информацию с более высокой скоростью (10-40 Гбит/с) [2].
Добиться высокой скорости передачи информации через КС - это не единственная задача, стоящая перед производителями современного коммутационного оборудования. Другой задачей является повышение скорости настройки коммутатора.
Коммутационные системы, используемые в настоящее время, обладают существенным недостатком - настройка, т. е. поиск и фиксация свободных каналов связи в них производятся последовательно, канал за каналом, что существенно отражается на скорости установления соединения [3].
В качестве метода повышения скорости настройки КС предлагается использовать метод параллельного поиска свободных каналов связи для многокаскадной КС.
Исследование области разработки
Принцип коммутации с параллельным поиском каналов связи уже используется для трёхкаскадных КС, но в области микропроцессорных систем [4].
Для того чтобы использовать данный метод для повышения быстродействия процессов коммутации не только в микропроцессорных системах, но и в области телекоммуникаций, необходимо реализовать процесс передачи информации на фоне параллельного процесса обработки запросов.
Коммутационная система с параллельным поиском каналов связи
Основу КС с параллельным поиском каналов связи составляют три каскада пространственной коммутации: входной, промежуточный и выходной каскады. В свою очередь, каскады содержат коммутационные блоки (рис. 1).
Входной Промежуточный Выходной
каскад каскад каскад
Структурная схема КС с параллельным поиском каналов связи
Каждый коммутационный блок (КБ) состоит из ячеек коммутации и имеет матричную структуру [5].
Многокаскадная КС с параллельным поиском каналов связи имеет два режима работы: режим настройки и режим передачи данных. Каждый такт настройки выполняется за два полутакта. В течение первого производится поиск каналов связи через блоки промежуточного каскада к блокам входного. Во время второго полутакта производится поиск каналов связи к конкретным входам в блоках входного каскада и образование ветвящихся - в блоках промежуточного каскада соединений.
Поиск и фиксация каналов связи в режиме настройки осуществляются в многокаскадной КС под воздействием адреса коммутации и управляющих сигналов, появляющихся на соответствующих управляющих входах системы. Список адресов коммутации представляет собой упорядоченное по номерам информационных выходов КС множество пар (х, р), каждая из которых идентифицирует тот информационный вход КС, с которым необходимо соединить соответствующий выход. Хранится список адресов коммутации в контроллерах выходного каскада. В блоках коммутации входного каскада хранятся идентификаторы х и р, идентифицирующие КБ х и конкретный вход этого блока р.
Особенностью КС с параллельным поиском каналов связи является сложная реализация коммутационного поля, т. к. метод параллельного поиска предусматривает реализацию алгоритма параллельного поиска непосредственно в самом коммутационном поле путем перебора всех свободных каналов связи. Но за счет регулярности структуры КБ ее очень просто реализовать в виде сверхбольшой интегральной схемы (СБИС).
Параллельный поиск производится методом последовательного перебора всех возможных каналов связи между парой абонентов. Для организации последовательного перебора в начальный момент поиска триггеры, расположенные в главной диагонали выходного КБ, устанавливаются в единичное состояние. Таким образом, первый выход выходного КБ будет подключен к первому КБ промежуточного каскада, второй выход - ко второму КБ промежуточного каскада. Последний выход будет подключен к соответствующему КБ промежуточного каскада. Поиск начинается подачей очередного адреса коммутации на соответствующие выходы из соответствующих очередей. Каждый адрес состоит из пары элементов. Первый элемент пары представляет собой номер КБ входного каскада, а второй элемент - номер входа КС, с которым надо соединить соответствующий выход.
Каждая пара, по образовавшимся в результате включения триггеров главной диагонали каналам связи, поступает на выходы КБ промежуточного каскада. В промежуточном каскаде производится сравнение первых элементов пар и номеров КБ входного каскада. Номера входных блоков входного каскада поступают на входы КБ промежуточного каскада из ПЗУ номеров, подключенных к каждому входу КБ промежуточного каскада.
В ячейках КБ промежуточного каскада, в которых произошло сравнение первого элемента, пришедшего с выходного блока, и номера, пришедшего из ПЗУ, образуется предварительный канал связи. Но из пары элементов, поступивших на промежуточный каскад, первые элементы могут быть равны, а вторые - нет. Из таких пар необходимо выбрать одну для фиксации каналов связи. В проектируемой КС предполагается, что выбирается пара с меньшим по своей величине вторым элементом. Канал связи, образованный такой парой, фиксируется, а второй элемент соответствующей пары пропускается на сравнение во входной КБ. Во входном КБ в каждой ячейке производится сравнение второго элемента соответствующей пары и номера входа, поступающего из ПЗУ, подключенного к соответствующему входу. В ячейках, где произошло сравнение, фиксируется канал связи. Для того чтобы зафиксировать канал связи в КБ выходного каскада, из КБ промежуточного каскада выдается сигнал фиксации.
После этого происходит переход ко второму шагу поиска канала связи. Для этого производится сдвиг на следующую диагональ. При этом ячейка выходного каскада, в которой зафиксирован канал связи, в поиске не участвует. Процедура поиска по побочным диагоналям выполняется точно так же, как и по главной диагонали. Отличием является то, что в поиске не участвуют адреса коммутации, для которых каналы связи уже найдены [3].
Коммутационная система относится к системам с разделенными полюсами, хотя имеет двунаправленные линии связи. Это связано с особенностями функционирования системы в процессе установления соединений и в процессе передачи информации. В процессе идентификации свободных путей и установления соединений настроечная информация может циркулировать и в направлении от входов к выходам, и наоборот (но в каждый такт только в одном направлении - это определяется алгоритмом работы системы). После установления всех необходимых соединений в КС, информация может двигаться только в одном направлении - от информационных входов системы к ее выходам.
Для завершения полного процесса поиска и фиксации всех требуемых каналов связи необходимо выполнить столько шагов настройки, сколько существует различных каналов связи между входами и выходами через промежуточный каскад КС. Для неблокирующей трехкаскадной КС по крайней мере один из них будет не заблокирован независимо от того, в каком порядке производится поиск этих каналов.
Трехкаскадная КС с параллельным поиском каналов связи позволяет производить поиск одновременно всех М ■ Z каналов связи, соединяющих Р ■ Х входов с М ■ Z выходами за Я шагов работы системы. Шаг работы системы состоит из количества тактов, достаточных для прохождения 1о§2 (Р ■ Х)-разрядного кода идентификатора входа, плюс два дополнительных такта, обусловленных алгоритмом работы системы. Таким образом, поиск М ■ Z каналов связи в предлагаемой КС займет (1о§2(Р ■ Х) + 2) ■ Я тактов.
Особенностью работы системы в режиме поиска и фиксации каналов связи является то, что поиск всех необходимых каналов связи в системе ведется одновременно. Поиск продолжается до тех пор, пока не будут найдены все каналы связи.
Для того чтобы применить этот алгоритм к поиску свободных каналов связи на фоне передачи информации, на выходах КС необходимо установить очереди запросов. Если данный выход занят, запрос из очереди КС блокируется до освобождения данного выхода. Как только очередное множество каналов связи освобождается от передачи информации, КС пытается обработать запросы, стоящие в очереди первыми.
Заключение
Предлагаемый метод параллельного поиска каналов связи в трёхкаскадных КС позволяет повысить скорость работы КС на этапе настройки. Найденное решение осуществления поиска свободных каналов связи на фоне передачи информации позволяет применить данный метод не только в области микропроцессорных систем, но и в области связи.
Возможность внедрения метода параллельного поиска в алгоритм работы коммутаторов связи уже рассматривалась, но эти коммутаторы предназначены в основном для сетей передачи данных и имеют матричную структуру [4].
Использование многокаскадной структуры коммутационного поля значительно увеличивает ёмкость коммутатора, что позволяет использовать его для более масштабных сетей передачи данных. В свою очередь, повышение скорости настройки КС не только позволяет повысить её пропускную способность, но и является огромным преимуществом при передаче чувствительного к задержкам телефонного трафика.
Таким образом, применение метода параллельной настройки в многокаскадных КС является решением актуальной задачи - задачи повышения скорости коммутации абонентов.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Довгий С. А. Современные телекоммуникации. Технологии и экономика. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 320 с.
2. Жила В. В., Барабанова Е. А,, Мальцева Н. С. Интеллектуальный оптический мультиплексор сети SDH // ММТТ-19: Сб. тр. 19 Междунар. науч. конф.: В 10 т. Т. 8. - Воронеж: ВГТА, 2006. - С. 158-160.
3. БаркунМ. А., Ходасевич О. Р. Цифровые системы синхронной коммутации: Учеб. пособие для вузов. -М.: Эко-Трендз, 2001. - 192 с.
4. Жила В. В. Метод параллельного распределения соединений в трёхкаскадной неблокирующей коммутационной системе // Многопроцессорные вычислительные структуры. - Таганрог: ТРТИ, 1982. - Вып. 4 (13). - С. 132-138.
5. Жидоусова Н. С., Жила В. В. Разработка быстродействующего коммутатора для сетей передачи данных // Наука: поиск-2005: Сб. науч. ст.: В 2 т. Т. 2. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2005. - С. 200-202.
Получено 1.10.2006
APPLICATION OF THE METHOD OF PARALLEL SEARCH OF COMMUNICATION CHANNELS FOR INCREASE OF SPEED OF SWITCHING SYSTEMS
Е. А. Barabanova
The purpose of the work is to increase a speed of functioning of switching system at a stage of adjustment. The subject of the research is multicascade switching system using parallel search of communication channels. The method of parallel search of vacant communication channels has been chosen as a method of increasing a speed of functioning of switching system at a stage of adjustment. Formerly this method has been used only in the field of microprocessor systems. The decision allowing to carry out process of parallel adjustment of communication channels on a background of transferring of information is offered. Owing to this advantage the developed switching system can be used not only in the field of microprocessor systems, but also in the field of telecommunications.
