CC BY
59
ИНФОРМАЦИОННЫЕ КАНАЛЫ И СРЕДЫ X
УДК 004.057.4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО КОММУТИРУЕМОМУ
МНОГОКАНАЛЬНОМУ ОПТОВОЛОКОННОМУ СОЕДИНЕНИЮ
В. Г. Шаров3, канд. физ.-мат. наук
B. С. Никитин6, канд. техн. наук А. Н. Ломанова, канд. техн. наук
C. В. Чайка3, инженер-программист, аспирант
аРыбинский государственный авиационный технический университет им. П. А. Соловьева, Рыбинск, РФ бООО «Научно-технологический центр информационной физики «Интрофизика», Рыбинск, РФ
Постановка проблемы: рассматривается система передачи данных по коммутируемому многоканальному оптоволоконному соединению. Целью работы является программно-аппаратная реализация рассматриваемой системы в виде экспериментальной установки и ее исследование. Методы: сопоставлены результаты, полученные на экспериментальной установке, с результатами вычислительного эксперимента на динамической модели той же геометрической конфигурации. Исследовалось поведение системы в режиме передачи данных без перекоммутации, а также функции коммутации каналов и самовосстановления соединения. Результаты: подтверждена работоспособность системы передачи данных, построенной на основе коммутируемого многоканального оптоволоконного соединения (в частности, была подтверждена работоспособность функций коммутации каналов, передачи данных и самовосстановления соединения), а также подтверждена адекватность построенной динамической модели. Практическая значимость: результаты, полученные в ходе вычислительного эксперимента на динамической модели, позволили оптимизировать геометрическую конфигурацию экспериментальной установки.
Ключевые слова — системы повышенной надежности, многоканальные оптоволоконные соединения, самоорганизующиеся системы, протоколы передачи данных.
Введение
В последние годы все большее внимание при проектировании высокопроизводительных вычислительных систем (сложных микросхем, многопроцессорных суперкомпьютерных систем) уделяется проблеме организации межсоединений [1—3]. Межсоединения определяют организацию обмена информацией между узлами сети и могут быть описаны такими характеристиками, как физическая среда, топология сети, используемые протоколы передачи данных. Если говорить о физической среде, то одним из перспективных направлений развития межсоединений являются многоканальные оптоволоконные соединения.
Основная причина, по которой соединения такого типа до сих пор не получили массового распространения, — это сложность монтажа. Важно, чтобы при монтаже была выполнена строгая юстировка компонентов оптоволоконного соединения (источника и приемника сигнала, а также оптического канала) друг относительно друга. Процедура юстировки и монтажа требует высокоточного, дорогостоящего оборудования. Кроме того, оптоволоконное соединение не обладает достаточной устойчивостью к внешним воздействиям: смещение компонентов друг относительно друга, а также чрезмерный излом оптоволокна могут привести к трудновосстановимому
нарушению связи. Если говорить о многоканальных оптоволоконных соединениях, то увеличение количества каналов ведет не только к росту производительности соединения, но и к усложнению его монтажа. Наиболее распространенные сегодня многоканальные оптоволоконные соединения — это активные оптические кабели и высокоплотные параллельные оптоволоконные соединения. Разработчики таких соединений решают в основном технологические проблемы высокоточного монтажа, стремясь разместить как можно больше каналов в корпусах небольших размеров.
Возможным альтернативным решением проблемы построения многоканальных оптоволоконных соединений является технология передачи данных по коммутируемому многоканальному оптоволоконному соединению [4]. В данной статье приводятся результаты исследования системы передачи данных, построенной на основе предложенной технологии.
Общая схема системы передачи данных показана на рис. 1. На входы лазерной матрицы 3 подаются электрические импульсы от управляющей микросхемы источника, которые модулируют излучение некоторого множества лазеров 1 (источников сигналов). Это излучение (сигналы 5 и 6) по оптошине (каналу передачи данных) поступает к матрице фотодиодов 10 и активирует некоторое множество фотодиодов 7 и 9 (приемни-
■ Рис. 1. Схема прохождения сигналов: 1 — активированный источник света; 2 — неактивированный источник света; 3 — матрица излучателей; 4 — незадействованные волокна оптошины; 5 — задействованные волокна оптошины; 6 — волокна оптошины, в которые были направлены несколько лучей света; 7 — активированные фотодиоды; 8 — неактивированные фотодиоды; 9 — активированные фотодиоды, принявшие сигнал из волокон 6; 10 — матрица фотоприемников
ков сигналов). Активированные фотодиоды генерируют поток электрических импульсов к управляющей микросхеме приемника.
При соединении оптошину подключают к матрицам передатчика и приемника достаточно
произвольно, совмещая лишь оптические области матриц и оптошины путем установки концов оптошины в оптические разъемы микросхем приемника и передатчика. Поэтому, зная только множество активированных фотодиодов матрицы-приемника, невозможно определить, каким из лазеров был испущен активировавший эти фотодиоды сигнал. Один из основных принципов рассматриваемой системы заключается в том, чтобы до начала передачи данных выполнить коммутацию логических каналов: установить соответствие между каждым лазером и активируемыми этим лазером фотодиодами, а также задействованными для передачи сигналов каналами.
Процедура коммутации логических каналов производится однократно до начала передачи данных и никак не влияет на скорость передачи в дальнейшем. При обнаружении нарушения связи, например, вследствие частичного повреждения оптошины или ее смещения относительно матриц приемника и передатчика, процедура коммутации каналов может быть выполнена повторно без вмешательства оператора.
Теоретические исследования системы передачи данных по коммутируемому многоканальному оптоволоконному соединению выполнены в работах [5, 6]. В настоящей работе приводится экспериментальное исследование системы передачи данных. При этом результаты, полученные на экспериментальной установке (ЭУ), сопоставляются с результатами вычислительного эксперимента, выполненного на динамической модели, построенной с использованием аппарата раскрашенных сетей Петри (РСП, Coloured Petri Nets) [7].
■ Рис. 2. Схема экспериментальной установки: 1 — тестовое приложение верхнего уровня; 2 — user-mode драйвер устройства; 3 — kernel-mode драйвер устройства; 4 — шина PCIe; 5, 6 (как единое целое) — устройство на шине PCIe (ПЛИС-1, ПЛИС-2); 5 — часть ПЛИС, отвечающая за взаимодействие с ПК; 6 — часть ПЛИС, отвечающая за коммутацию и управление каналами смартлинка; 7 — драйвер матрицы лазеров; 8 — матрица лазеров; 9 — матрица фотодиодов; 10 — драйвер матрицы фотодиодов; 11 — электрические соединения; 12 — оптошина
11 10 4з
4 8
7 12
2
5 14
13
14
■ Рис. 3. Устройство, реализующее коммутируемое многоканальное оптоволоконное соединение: 1 — передающий модуль; 2 — принимающий модуль; 3 — оптошина; 4 — опторазъ-ем; 5 — плата с ПЛИС; 6 — массив УСБЕЬ-лазеров; 7 — массив р/ге-фотодиодов; 8 — драйвер лазера; 9 — ЬС-фильтр; 10 — транс-импедансный усилитель; 11 — усилитель-ограничитель (10, 11 — драйвер фотодиода); 12 — разъем РС1е подключения к ПК; 13 — коаксиальные кабели вР10 портов с коннекторами БЫЛ; 14 — разъем для кабеля питающего напряжения
Общая схема и параметры экспериментальной установки
Для проведения экспериментальных исследований системы передачи данных была спроектирована и разработана ЭУ [8]. Серым цветом на рис. 2 условно выделено устройство (так называемый смартлинк), реализующее коммутируемое многоканальное оптоволоконное соединение. Детально оно показано на рис. 3.
Устройство содержит передающий и принимающий модули, соединенные с платой, на которой размещена программируемая логическая интегральная схема ПЛИС Xilinx Spartan-6 FPGA SP605, подключенная к шине PCIe x1. На внешней поверхности передающего и принимающего модуля размещен оптический разъем, внутри которого в основании находится интегральный массив с соответственно восемью VCSEL-лазерами и восемью pin-фотодиодами. Передающий и принимающий модули соединены оптошиной, наконечники (оконечные втулки) которой вставлены в оптические разъемы указанных модулей. Битрейт в PCIe x1 равен 2,5 Гбит/с, и с учетом избыточности кодирования 8 бит/10 бит теоретическая пропускная способность шины PCIe x1 может быть рассчитана как 2,5 ■ 8/10=2 Гбит/с. Передача полезных данных в PCIe x1 составляет приблизительно 50 % от общего объема передаваемых данных. Таким образом, полезная пропускная способность PCIe x1 приблизительно равна 1 Гбит/с. Это же подтверждается и анализом разверток осциллографа. На ос-
®
lAi / (I
V У
1\ !\
л1
■ Рис. 4. Пиковая активность каналов: 1—8 — информационные каналы передатчика
циллограмме (рис. 4) визуально видно, что в одной клетке (50 нс) помещается 8 информационных бит.
Следовательно, длительность одного информационного бита Тб = 50/8 = 6,25 нс.
Тогда скорость передачи данных по одному каналу кабеля в = 1/Тб = 1/6,25 = 160 Мбит/с.
Полагая эту скорость передачи одинаковой для всех каналов, получаем суммарную физическую скорость передачи/приема данных по восьми активным каналам кабеля: всум = 160 ■ 8 = 1280 Мбит/с.
С учетом избыточности кодирования значащие (полезные) биты передаются с меньшей скоростью: всум.инф = 1280 ■ 0,8 = 1024 Мбит/с.
"У, мм
QJ_LJ
12 I I I
0,33
11111 "Г1"ГП"Т" _|_4-4--1-4--1/ I Ю18 I I 41 -\--\-r-\~T-
_ I____I _ ]__I.
11111
!__!_.!_ J 6 I I
X, мм У, мм 0,27 2,00
1,10
2,22 2,80 2,39 1,30 0,36 1,49
2,81 2,64 1,61 0,51 0,13 0,81 1,50
Диаметр каждого источника - 0,2 мм
0 0,33 1
з X ]
■ Рис. 5. Источники сигналов в координатах Х0У
ООО
оооо
7\~
0,0429 мм
■ Рис. 6. Разметка каналов
Конфигурация матрицы источников сигналов, используемой в ЭУ, представлена на рис. 5.
Оптоволоконная шина имеет круглую форму сечения входного торца, что дает возможность обеспечить соответствие сечения жгута форме источника излучения. Диаметр оптоволоконной шины по наружной оболочке составляет 3 мм. Оптические волокна собраны в пучок с гексагональной вертикальной раскладкой. Оптоволоконная шина изготовлена с использованием многомодовых оптических волокон из специального стекла с диаметром светопроводящего ядра (сердцевины) 0,03 мм. Диаметр внешнего радиуса оптического волокна составляет 0,04 мм. Принимая коэффициент упаковки каналов в оп-тошину равным 0,8, количество каналов в опто-шине можно рассчитать следующим образом:
пк =
ГёТйааи ГиаЭа^паТ пЭада и'ОТ0ёШ 1ёТйааи I Т ГаЭа+маТ пЭада ёаТаёа ёТу66ёбёаТ° = 7,0686 х 0,8 ^ 4500 0о.
0 1ае1аеё
0,0013
Конфигурация оптических каналов определяется по разметке (рис. 6).
Длина оптошины составляет 817,3 мм.
Конфигурация матрицы источников сигналов, используемой в ЭУ, представлена на рис. 7. Следует отметить, что светочувствительной является только периферийная область окружности приемника, а центральная область — нет. Диаметр внешнего радиуса приемника составляет 0,2 мм, диаметр внутреннего радиуса — 0,13 мм.
Оптошина жестко фиксируется в разъемах приемника и передатчика в плоскости Х0У, но при этом допускается ее свободное позиционирование при юстировке по оси Z (как вдоль оси, так и вокруг оси).
При вращении одной из матриц вокруг оси Z происходит уменьшение количества каналов, участвующих в засветке приемников, что приводит
к снижению интенсивности засветки этих приемников. При этом, очевидно, существует семь положений, в которых интенсивность засветки каждого приемника близка к максимальной. При переходе из одного такого положения в другое должна выполняться перекоммутация каналов.
Программное обеспечение системы передачи данных в экспериментальной установке
Программное обеспечение ЭУ включает в себя комплекс программных компонент, реализующих протоколы низкоуровневого и высокоуровневого обмена данными между узлами соединения, драйверы устройств, а также приложения для исследования работы системы передачи данных:
— приложение верхнего уровня, разработанное для исследования и тестирования установки, обеспечивающее прием и передачу данных, а также сбор необходимой статистической информации;
"У, мм
X, мм 0,23 1,08 2,23 2,82 2,44 1,31 0,35 1,49
У, мм
1,97
2,76
2,62
1,63
0,54
0,2
0,81
1,50
Диаметр каждого приемника -0,2 мм Диаметр внутренней области -0,13 мм
■ Рис. 7. Приемник сигналов в координатах Х0У
■ Рис. 8. Общая схема программной реализации: 1 — приложение верхнего уровня; 2 — user-mode драйвер устройства; 3 — библиотека базовых функций Win32 API; 4 — kernel-mode драйвер устройства; 5 — драйвер шины PCIe; 6 — ядро операционной системы; 7 — часть прошитого в ПЛИС приложения, обеспечивающая взаимодействие с ПК; 8 — часть прошитого в ПЛИС приложения, работающая с драйверами матрицы лазеров или драйверами матрицы фотодиодов; 9 — программное обеспечение драйверов матрицы лазеров или драйверов матрицы фотодиодов
— user-mode драйвер устройства, реализующий протокол управления логическим уровнем соединения;
— kernel-mode драйвер устройства, реализующий протокол управления канальным уровнем соединения;
— драйвер шины;
— прошитое в ПЛИС приложение, реализующее протокол управления физическим уровнем соединения;
— драйверы матрицы лазеров и матрицы фотодиодов.
Схема программной реализации системы передачи данных (рис. 8) является общей для приемника и передатчика.
Для реализации приложений верхнего уровня используется стандартная библиотека функций Win32 API. В качества драйвера шины PCIe используется стандартный драйвер шины PCIe для Windows XP и более поздних версий Windows, поэтому его специальная реализация не требуется.
Для реализации kernel-mode драйвера устройства применен механизм DMA-передачи. DMA-передача возможна, поскольку используемое устройство является устройством-мастером ши-
ны (bus-master). Устройство-мастер шины содержит все необходимые электронные компоненты и логику, чтобы взять управление шиной, к которой оно подключено, и выполнять обмен данными между своим буфером и системной памятью ПК без участия центрального процессора ПК.
Kernel-mode драйвер устройства представляет собой событийно-ориентированную программу (набор обработчиков событий — IRP-запросов). Основные IRP-запросы, обрабатываемые драйвером:
— IRPMNREAD — чтение данных из буфера ПК в устройство;
— IRP_MN_WRITE — запись данных из устройства в буфер ПК.
Алгоритм обработки запроса IRPMNREAD включает в себя 3 шага.
1. Сброс устройства.
2. Инициализация DMA-передачи данных. Устанавливаются значения следующих регистров устройства:
— READADDROFFSET — начальный адрес буфера памяти на ПК, данные из которого должны быть записаны в устройство;
— READ_SIZEOFFSET — размер TLP-па-кета в байтах;
— READCOUNTOFFSET—количество TLP-пакетов.
Размер одной DMA-передачи определяется как произведение значений регистров READ_ SIZE OFFSET ■ READ COUNT OFFSET и не может превышать 32 КБ.
В случае успешного выполнения функция инициализации DMA-передачи должна возвращать статус PENDING.
3. Старт DMA-передачи, означающий начало копирования данных из буфера памяти на ПК в устройство. При этом буфер памяти на ПК организован как Scatter/Gather-list, обеспечивающий максимальный быстрый доступ к данным без участия центрального процессора. При завершении передачи данных генерируется прерывание.
Аналогичную структуру имеет и алгоритм обработки запроса IRP_MN_WRITE.
Одна DMA-передача размером 32 КБ соответствует одному пакету данных для протокола управления логическим каналом, который реализуется в user-mode драйвере устройства. Основные соглашения протокола:
— целостная единица данных — это сообщение (например, файл);
— одновременно передатчик может передавать, а приемник может принимать несколько сообщений, каждое из которых имеет уникальный идентификатор;
— каждое сообщение на стороне передатчика разбивается на пронумерованные пакеты размером 32 КБ, включающие в себя заголовок и основной блок;
— выделяется три основных типа пакетов:
• информационные пакеты, содержащие передаваемые данные;
• служебные пакеты для передачи управляющих сигналов протокола логического канала;
• служебные пакеты для взаимодействия с ПЛИС;
— пакеты могут поступать в приемник в порядке, отличном от того, в котором они были отправлены передатчиком, и собираться в сообщение в соответствии с их порядковыми номерами;
— в том случае, если не все пакеты были приняты, приемник требует от передатчика повторной передачи недостающих пакетов до тех пор, пока сообщение не будет полностью собрано.
Результаты исследования
В ходе исследований сопоставлялись результаты, полученные на ЭУ, с результатами вычислительного эксперимента на динамической РСП-модели той же геометрической конфигурации [7]. Исследовалось поведение системы в режиме передачи данных без перекоммутации, а также функции коммутации каналов и самовосстановления соединения. Для каждого режима определен набор показателей для сопоставления.
В режиме передачи данных без перекоммутации сравнивались входная и выходная последовательности данных, в режиме коммутации сопоставлялись сформированные множества логических каналов, в режиме самовосстановления исследовалась реакция системы на взаимное смещение источников и приемников (перемещение вдоль и поворот вокруг оси Z).
На графике (рис. 9), полученном в ходе вычислительного эксперимента на динамической РСП-модели, приведена зависимость интенсивности засветки приемников от угла поворота одной из матриц для каналов 1, 2 и 8. Для каналов 3, 4, 5,
6 и 7 зависимости имеют характер, аналогичный характеру для каналов 1 и 2.
Интенсивность засветки приемника, достаточная для его активации, зависит от типа приемника, и была определена экспериментально. Устойчивая активация приемников наблюдается при интенсивности засветки не ниже 65 % от максимальной. При этих условиях сохраняется возможность самовосстановления соединения.
На графике, полученном в ходе вычислительного эксперимента на динамической РСП-модели (рис. 10), видно, что для достижения допустимой засветки приемника канала 1 угол поворота матрицы источников сигналов или матрицы приемников сигналов не должен превышать л/12,3. Поскольку характер соответствующих графиков для каналов 2, 3, 4, 5, 6 и
7 аналогичен характеру графика для канала 1, то максимально допустимый угол поворота матрицы источников сигналов или матрицы приемников сигналов для этих каналов также не должен превышать значения, приблизительно равного л/12,3 (14,3°). Полученные результаты подтвердились в ходе проведения исследований на ЭУ, здесь максимальный угол составил приблизительно 13,5°.
Очевидно, в случае использования матрицы приемников сигналов, равномерно и плотно покрытой фотодиодами, в любом положении матрицы при ее вращении вокруг оси Z интенсивность засветки будет близка к максимальной.
на
•Канал № 1
-Канал № 2
-Канал № 8
100
ТГ
I/ I
■
V: V- 1/ \\
П
1
1
л/4
к/2
Зл/4
5к/8
Зк/2
7к/8
Угол поворота вокруг оси Z, рад
2к
■ Рис. 9. Зависимость засветки приемников сигналов от угла поворота вокруг оси Z матрицы источников или приемников сигналов
НО; 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
' .....Канал № 1 —Канал № 8
'■. 65 %
! я/12,3 I ''■■
И »1 1 1
1 1 1 1
я/4
Угол поворота вокруг оси Z, рад
■ Рис. 10. Определение максимально допустимого угла поворота матрицы источников сигналов или матрицы приемников сигналов
0
0
Увеличение расстояния по оси X между матрицей источников сигналов и оптошиной приводит, с одной стороны, к снижению интенсивности сигналов, попадающих в каналы, а с другой стороны — к рассеиванию сигналов и увеличению количества задействованных каналов. В ходе проведения вычислительного эксперимента на динамической РСП-модели была исследована зависимость интенсивности засветки приемников от расстояния по оси X между матрицей источников сигналов и оптошиной (рис. 11). График показывает, что максимальная интенсивность за-
светки приемников достигается при расстоянии между матрицей источников сигналов и оптоши-ной 0,3 мм. Для получения минимально допустимой засветки на уровне 65 % расстояние не должно превышать 0,51 мм. Полученные результаты подтвердились в ходе проведения исследований на ЭУ, здесь максимально допустимое расстояние между матрицей источников сигналов и оптоши-ной приблизительно равно 0,55 мм.
Таким образом, результаты исследований на ЭУ и на модели показали, что самовосстановление соединения возможно при повороте матри-
120
100
■ ■■■Канал № 1---Канал № 2 —Канал № 8
.......
.....-у"" ■—- -У 65 % \ V'.
¿опт = 0,3 мм 1% | X 1 ч.
М = 0,51 мм ! \
\ 1 \ 1
а ьк
осн
и а
вне
ии ср сн п £ К
К £
в
асв
80
60
40
20
^оосдсо ^оосдсо ^оосдсо ^оосдсо ^оосдсо ^оосдсо ^оосдсо ^оосдсо ^оосдсо тнед^юь-оота^ед^юсооота^едс'оюсооотаоедс'оюсоь-таоедс'о^соь-ето^с'о^соь-ооо!-! ОООООООИИНННННИММИСЧИЯПМММППМ^^^^^^^ЮЮЮЮЮЮЮШЮ
О ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® С5 С5 ® С5 С5 С5 С5 ® С5 С5 С5 С5 ® С5 С5 С» С5 С5 С5 С5 С» С5 ® С5 С5 С»
Расстояние между матрицей источников сигналов и оптошиной по оси X, мм
■ Рис. 11. Зависимость интенсивности засветки приемников от расстояния по оси X между матрицей источников сигналов и оптошиной
0
цы источников или приемников сигналов вокруг оси Z на угол, не превышающий 13—14°, и при смещении оптошины относительно матрицы источников сигналов вдоль оси Z на расстояние, не превышающее 0,5—0,6 мм.
Увеличение расстояния по оси Z между матрицей приемников сигналов и оптошиной приводит к снижению интенсивности сигналов, попадающих в каналы; возникающее при этом рассеивание сигналов не приводит к изменению количества задействованных приемников. Поэтому для получения максимальной интенсивности засветки приемников матрицу приемников сигналов необходимо размещать максимально близко к оптошине.
При моделировании и в ходе проведения исследований на ЭУ было скоммутировано 8 логических каналов.
При передаче данных в нормальном режиме без необходимости повторной коммутации каналов в ЭУ и на модели отмечено отсутствие потерь при передаче данных, т. е. полное совпадение принятой и отправленной последовательностей. При этом скорость передачи данных на установке 0,8—0,9 Гбит/с. В динамической модели скоростные характеристики передачи данных не определялись.
В режиме коммутации каналов было отмечено полное совпадение скоммутированных множеств источников и приемников при расхождении в задействованных физических каналах на 5—15 %. Расхождение связано с неточностью моделирования физических факторов, влияющих на прохождение сигналов в оптическом канале, а также на входе и на выходе из него. При этом среднее время коммутации в ЭУ составило 0,34 мс. В ди-
1. 10 Gbits/sec and beyond: High speed in the data center. www.cablinginstall.com/articles/print/volume-16/ issue-1/features/10-gbits-sec-and-beyond-high-speed-in-the-data-center.html (дата обращения: 01.12.2013).
2. comScore Releases Overview of European Internet Usage in September 2011. http://www.comscore.com/ Press_Events/Press_Releases/2011/11/comScore_ Releases_Overview_of_European_Internet_Usage_ in_September_2011 (дата обращения: 01.12.2013).
3. IBM Cancels Blue Waters. http://insidehpc. com/2011/08/08/ibm-cancels-blue-waters/ (дата обращения: 01.12.2013).
4. Пат. 2270493 Российской Федерации, H 01 L 23/525. Способы самовосстанавливающегося соединения многоконтактных приборов или микросхем и устройство для его осуществления/ В. С. Никитин (Российская Федерация). - № 2004101348; заявл.
намической модели временные характеристики передачи данных не определялись.
В режиме самовосстановления моделировалось восстановление соединения при выходе из строя источников и приемников, а также при повороте вокруг и смещении вдоль оси Z. Отключение источников и приемников в ЭУ инициирует выполнение функции перекоммутации, что в свою очередь приводит к формированию нового множества логических каналов. В ходе исследования было установлено, что полученные таким образом на ЭУ множества логических каналов совпали с соответствующими множествами каналов, скоммутированными на динамической модели. Выход из строя физических каналов моделировался только в вычислительном эксперименте.
Заключение
Разработка динамической модели и создание экспериментального стенда позволили провести исследования, по которым сделаны следующие выводы:
— подтверждена работоспособность системы передачи данных, построенной на основе коммутируемого многоканального оптоволоконного соединения, в режимах коммутации каналов, передачи данных и самовосстановления соединения;
— в целом подтверждена адекватность построенной динамической модели передачи данных по сопоставимым параметрам;
— результаты, полученные в ходе вычислительного эксперимента на динамической модели, позволили оптимизировать геометрическую конфигурацию ЭУ.
16.01.04; опубл. 20.02.06. http://www1.fips.ru/wps/ wcm/connect/content_ru/ru/inform_resources/ electron_bulletins/inventions_utility_models/ (дата обращения: 24.12.2013).
5. Шаров В. Г., Чайка С. В. Оценка надежности системы передачи данных на основе интеллектуальных многоканальных оптоволоконных соединений // Вестник РГАТУ им. П. А. Соловьева. 2012. № 2. С. 169-175.
6. Шаров В. Г., Никитин В. С., Ломанов А. Н., Чайка С. В. Адаптивный протокол передачи данных для многоканальных оптоволоконных соединений // Вестник РГАТУ им. П. А. Соловьева. 2011. № 1. С. 104-111.
7. Шаров В. Г., Ломанов А. Н., Чайка С. В. Верификация адаптивного протокола передачи данных для многоканальных оптоволоконных соединений // Вестник РГАТУ им. П. А. Соловьева. 2011. № 3(21). С. 113-119.
8. Пат. 125740 Российской Федерации, G 06 F 13/00. Программно-аппаратный комплекс передачи данных по многоканальному оптоволоконному соединению / В. Г. Шаров, В. Н. Никитин, А. Н. Ломанов, С. В. Чайка (Российская Федерация). -
№ 2012130126; заявл. 15.07.12; опубл. 10.03.13. http://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ ru/inform_resources/electron_bulletins/inventions_ utility_models/ (дата обращения: 24.12.2013).
UDC 004.057.4
Experimental Investigation of a Data Transfer System Based on a Switched Multi-Channel Fiber-Optic Connection
Sharov V. G.a, PhD, Phys.-Math., sharov@rsatu.ru Nikitin V. S.b, PhD, Tech., 505z@mail.ru Lomanov A. N.a, PhD, Tech., lepss@yandex.ru
Chaika S. V.a, Programmer Engineer, Post-Graduate Student, chaika_sv@mail.ru
aP. A. Solovyov Rybinsk State Aviation Technical University, 53, Pushkin St., 152934, Rybinsk, Russian Federation b«NTC «Introfizica», PLC, 59, Apt. 7, Gor'kii St., 152918, Rybinsk, Russian Federation
Purpose: There has been discussed a data transfer system based on a switched multi-channel fiber-optic connection. The goal of the paper is software and hardware implementation of the system (development of a test desk) and its experimental investigation. Methods: There have been compared results obtained from the test desk and results of a computational experiment involving a dynamic model of the same geometric configuration. Experimental investigations of the system have been carried out in a mode of steady data transfer as well as applying switching and self-recovering functions. Results: There has been confirmed operability of the data transfer system based on a switched multi-channel fiber-optic connection (in particular, high performance of channel commutation, data transfer and connection self-recovering have been proven); adequacy of the constructed dynamic model has been confirmed. Practical relevance: The results obtained from the computational experiment engaging the dynamic model allow optimizing the test desk geometric configuration.
Keywords — Enhanced Reliability Systems, Multi-Channel Fiber-Optic Connections, Self-Organizing Systems, Data Transfer Protocols.
References
1. 10 Gbits/sec and Beyond: High Speed in the Data Center. Available at: http://www.cablinginstall.com/articles/print/ volume-16/issue-1/features/10-gbits-sec-and-beyond-high-speed-in-the-data-center.html (accessed 1 December 2013).
2. ComScore Releases Overview of European Internet Usage in September 2011. Available at: http://www.comscore.com/ Press_Events/Press_Releases/2011/11/comScore_ Releases_Overview_of_European_Internet_Usage_in_ September_2011 (accessed 1 December 2013).
3. IBM Cancels Blue Waters. Available at: http://insidehpc. com/2011/08/08/ibm-cancels-blue-waters/ (accessed 1 December 2013).
4. Nikitin V. S., et al. Sposoby samovosstanavlivaiushchegosia soedineniia mnogokontaktnykh priborov ili mikroskhem i ustroistvo dlia ego osushchestvleniia [The Ways of Building Multicontact Devices or Chips and Device to Implement it]. Patent Russian Federation, no. 2270493/20-06, 2006.
5. Sharov V. G., Chaika S. V. Reliability Evaluation of the Data Transfer System Based on the Intellectual Multi-Channel Fiber Optic Connections. Vestnik RGATU im. P. A. Solov'eva, 2012, no. 2, pp. 169-175 (In Russian).
6. Sharov V. G., Nikitin V. S., Lomanov A. N., Chaika S. V. Adaptive Link Protocol for Multichannel Fiber Optic Connections. Vestnik RGATU im. P. A. Solov'eva, 2011, no. 1, pp. 104-111 (In Russian).
7. Sharov V. G., Lomanov A. N., Chaika S. V. Adaptive Link Protocol for Multichannel Fiber Optic Connections. Vestnik RGATU im. P. A. Solov'eva, 2011, no. 3, pp. 113-119 (In Russian).
8. Sharov V. G., Nikitin V. S., Lomanov A. N., Chaika S. V., et al. Programmno-apparatnyi kompleks peredachi dannykh po mnogokanal'nomu optovolokonnomu soedineniiu [SoftwareHardware Data Transfer Complex on Multicore Fiber Interface]. Patent Russian Federation, no. 125740/15-07, 2012.
