ЦСРС_1 / Grebeshkov_Tehnika_mikroproz_sistem_v_kommutazii_uchebnik_dlya_vuzov_2011

Техника микропроцессорных систем в коммутации

ства связи ГУУ или ИУУ, ЦУУ также выполняет и функции нижестоящих управляющих устройств. ЦУУ относятся к 3-му уровню управления средством связи.

С учѐтом приведенного функционального распределения управляющих устройств, в составе ЦУУ, как правило, применяются универсальные МПр. В составе ГУУ могут применяться как универсальные так и сетевые процессоры. В составе ИУУ могут применяться процессоры цифровой обработки сигналов, процессоры ввода-вывода и сетевые адаптеры.

2.1.2 Архитектура управляющих комплексов и требования к ним

Исторически (микро)процессоры применялись сначала только в центральном управляющем устройстве. Впоследствии микропроцессоры, однокристальные микро-ЭВМ (микроконтроллеры) стали применяться в групповых и индивидуальных управляющих устройствах. В настоящее время в составе современного средства связи МПр или однокристальной микро-ЭВМ оборудован практически каждый функциональный блок (модуль).

Под архитектурой управляющего комплекса понимается базовая организация управляющего комплекса, воплощенная в компонентах управляющего комплекса, отношениях этих компонентов между собой и с окружением, а также принципы, определяющие проектирование и развитие архитектуры управляющего комплекса. Базовыми компонентами управляющего комплекса являются управляющие устройства. Описание архитектуры предусматривает рассмотрение совокупности принципов и подходов, структурных, функциональных, технических решений, определяющих концепцию взаимосвязи управляющих устройств.

С точки зрения принципов и подходов к организации управляющих комплексов, можно выделить функциональные различия управляющих устройств, разнообразие архитектур и способов комплексирования управляющих комплексов. С точки зрения функций и организации связей между УУ в составе управляющего комплекса, различают централизованную, иерархическую, квазираспределенную и распределенную функциональную архитектуру

101

Техника микропроцессорных систем в коммутации

управляющих комплексов средств связи [78].

В случае централизованной функциональной архитектуры УК существует чѐтко выделенное ЦУУ, в состав которого входит основной управляющий процессор или группа процессоров, которые выполняют все функции управления средством связи, как показано на рис. 2.2.

Обработка вызовов и соединений

Обработка сигнализации

Установка приоритетов вызовов и соединений

Центральное управляющее Управление маршрутами передачи трафика

устройство

Администрирование, учѐт трафика и техобслуживание

Диагностика, мониторинг и восстановление системы

Управление сетевыми элементами

Рис. 2.2 – Централизованная функциональная архитектура управляющего комплекса

Данная архитектура исторически была первой архитектурой управляющих комплексов узлов коммутации. Первый промышленный образец такого узла коммутации был сдан в эксплуатацию в 1965 году в США (АТСЭ типа ESS-1). В данной архитектуре ЦУУ имеет физические интерфейсы управления с коммутационным полем и функциональными блоками, вплоть до абонентского или линейного интерфейса/стыка. В некоторых конструкциях между ЦУУ и управляемыми устройствами могут находиться промежуточные устройства в виде каналов ввода-вывода или блоков предварительной обработки информации. Это необходимо для согласования характеристик ЦУУ и управляемого оборудования при формировании функциональных сигналов управления. Как только от пользователя поступает запрос на установление соединения, сигнал об изменении состояния абонентской линии сразу передаѐтся в центральный процессор ЦУУ.

102

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Далее ЦУУ выполняет анализ цифр набора номера, выбор исходящего тракта или направления связи, анализ абонентских данных на предмет разрешения или запрещения оказания тех или иных услуг связи, реализует процессы коммутации, организации соединения и разъединения. Данные по каждому этапу установления соединения, состоянию тракта и разъединению записываются в оперативную память ЦУУ.

В процессе соединения ЦУУ обрабатывает сигналы внутристанционной или межстанционной сигнализации в соответствии с установленным стандартным протоколом, например для внешних связей – R1.5, ОКС№7, SIGTRAN. Центральное управляющее устройство контролирует наличие приоритетов той или иной группы пользователей на основе абонентских данных. Заявки от пользователей с высшим приоритетом обслуживаются ЦУУ в первую очередь. В рамках управления маршрутами передачи трафика, ЦУУ может определять прямое или транзитное (альтернативное) направление соединение для передачи трафика пользователя по каналам сети связи. Решение задачи администрирования и техобслуживания предусматривает, что ЦУУ осуществляет полный контроль и управление станционными и абонентскими данными, организует хранение и обработку информации о правах и паролях технического персонала. Также ЦУУ выполняет задачи устранения последствий отказов, осуществляет автоматический ввод оборудования в штатный режим, вывод оборудования из штатного режима в случае отказов, сбоев или аварий.

Решение задач диагностики, мониторинга и восстановление системы предусматривают, что ЦУУ постоянно проводит тестирование аппаратного и программного комплекса узла коммутации. В случае обнаружения сбоя или отказа ЦУУ последовательно запускает процедуры тестирования и устранения неисправностей. В наиболее критичных случаях, например при длительном отсутствии электропитания и исчерпании резервных источников, производится автоматический останов работы ПО узла коммутации с последующим перезапуском программного обеспечения управления после восстановления электропитания. Перезапуск осуществляется с помощью резервных копий программ управления узла коммутации на внешних запо-

103

Техника микропроцессорных систем в коммутации

минающих устройствах.

В рамках организации сети управления электросвязью ЦУУ может выполнять функции узла управления или менеджера сетевого элемента. Сетевым элементом здесь может стать как собственное оборудование связи так и оборудование и программное обеспечение другого средства связи. В рамках управления сетевыми элементами ЦУУ может осуществлять функции локального и дистанционного мониторинга сетевого элемента, удаленный запуск, перезагрузку и блокировку программного обеспечения управляемых средств связи.

Важным достоинством централизованной архитектуры управления является простота реализации управляющего комплекса. Недостатком является невозможность масштабирования и, следовательно, ограничения «сверху» по обслуживанию поступающей нагрузки как правило до 6…8 тысяч абонентских номеров или портов. Другой проблемой централизованной схемы управления является надѐжность и живучесть. Для обеспечения надѐжности и живучести централизованной архитектуры управления нередко приходится дублировать ЦУУ на 100%, т.е. создавать второй управляющий комплекс, который работает параллельно основному, что увеличивает стоимость системы. Указанные недостатки частично преодолеваются в более сложной системе с распределѐнным управлением.

При иерархической функциональной архитектуре управления ЦУУ предоставляет возможность реализации некоторых функций управления групповым управляющим устройствам, как это показано на рис. 2.3. Каждое ГУУ достаточно «интеллектуально», и в состоянии самостоятельно выполнять функции, переданные ему ЦУУ. В итоге ЦУУ не нагружается рутинными, стандартными задачами, что в целом обеспечивает увеличение числа обслуживаемых вызовов в единицу времени с помощью распределения нагрузки по ГУУ. В результате абонентская ѐмкость средства связи увеличивается до 10 тысяч и более номеров или портов. Также существенно улучшаются возможности по наращиванию мощности управляющего комплекса при увеличении поступающего трафика за счѐт масштабируемости технического решения. При появлении новых абонентов увеличивается число ГУУ, причѐм блоки соединительных линий и блоки линий доступа находятся под непосредственным управлением ГУУ, выпол-

104

Техника микропроцессорных систем в коммутации

няют все функции обслуживания вызовов и организации сеансов связи.

Рис. 2.3 – Иерархическая функциональная архитектура управляющего комплекса

Линейные и абонентские интерфейсы находятся под контролем ИУУ. В иерархической архитектуре ЦУУ постоянно диагностирует и контролирует техническое состояние ГУУ, выводит из эксплуатации отказавшие ГУУ, в случае необходимости осуществляет перезапуск ГУУ. Иерархическая архитектура обладает еще одним достоинством

– при выходе из строя какого-либо из ГУУ производится автоматическое перераспределение выполняемых заданий и система управления в целом продолжает функционирование. Недостатком средства связи с иерархической архитектурой является необходимость координации работы многих ГУУ, например при работе с общими станционными данными, с абонентскими данными, которые хранятся в ЦУУ. Выход из строя ЦУУ может привести к останову средства связи

вцелом.

Вквази-распределенной функциональной архитектуре управления на рис. 2.4, ЦУУ по прежнему контролирует ГУУ, а ГУУ в свою очередь осуществляют практически все функции управления средством связи.

105

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Рис. 2.4 – Квази-распределенная функциональная архитектура управляющего комплекса

В квази-распределенной архитектуре ГУУ могут быть назначены для управления отдельными группами блоков соединительных линий, абонентских блоков. Иными словами, ГУУ могут быть сходными по функциональности, но отличаться друг от друга номерами обслуживаемых периферийных блоков. ГУУ поддерживают большую часть данных, необходимых для функционирования управляемой группы блоков, например сведения об абонентах. В квазираспределенной функциональной архитектуре ГУУ отвечает за обработку цифр набора номера, определение маршрутов соединений, поддержание и обработку общестанционных данных, включая сведения обо всех абонентах, диагностику.

За мониторинг и восстановление всей системы в целом и управление сетевыми элементами по-прежнему отвечает ЦУУ. Существует вариант, при котором одно из определенных заранее ГУУ, передавая сигналы управления по сквозной внутренней шине управления или через цифровое коммутационное поле, может управлять и перезагружать другие ГУУ. В результате абонентская ѐмкость узла коммутации может увеличивается по крайней мере до 300 тысяч номеров. Квази-распределенная функциональная архитектура, отличается повышенной надежностью и живучестью. Имеется достаточно высокая степень масштабируемости. Сложность с координацией и управлением ГУУ решается за счѐт ЦУУ.

106

Техника микропроцессорных систем в коммутации

связи ГУУ обмениваются друг с другом программными командами управления через цифровое коммутационное поле. Абонентская ѐмкость узда коммутации составляет до 500 тысяч номеров и более. Данная архитектура, как и все распределенные архитектуры, отличается высокой надежностью и живучестью. Также архитектура отличается высокой степенью масштабируемости. Недостатком является достаточно высокая сложность алгоритмов и ПО для координации действий равноправных ГУУ.

С учѐтом вышеизложенного к управляющим комплексам узлов коммутации предъявляются следующие основные требования:

непрерывность функционирования – физическая доступность управляющих комплексов и их функций в любой момент времени и из любой точки географического пространства сети связи, которую управляющий комплекс обслуживает;

простота доступа – реализуется посредством использования специализированных информационных устройств ввода/вывода;

разумная стоимость управляющих комплексов, обеспечивающая экономическую эффективность их применения;

гарантированность обеспечения требуемого качества обслуживания пользователей;

защита информации при использовании управляющих комплексов по назначению;

функциональная полнота управляющего комплекса, позволяющая обрабатывать данные и устанавливать соединения для обмена разнообразной информацией – аудиосигналы, видеосигналы, графические данные, динамическая графика, данные, документы гипертекста и мультимедиа; функционирование на основе общих принципов организации управления открытыми системами на основе применения стандартизованных протоколов управления и коммуникационного взаимодействия компонентов управляющих комплексов различных узлов коммутации.

108

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Надежность и отказоустойчивость управляющих комплексов, должна быть достаточна для обеспечения коэффициента готовности узла коммутации не менее 0,999995 – для узлов коммутации, выполняющих функции международных транзитных или оконечных узлов связи или зоновых транзитных узлов связи.

Управляющие комплексы должны обладать свойством детерминированности т.е. обладать предсказуемой и определенной реакцией на внешние и внутренние события системы. При любом наборе воздействий на узел коммутации управляющий комплекс должен обеспечивает отклик в виде ожидаемой и документированной разработчиками команды управления.

Управляющий комплекс должен обеспечить реакцию на многочисленные и разнообразные внешние и внутренние события с гарантированным временем отклика. Выполнение данного требования означает предсказуемое время обработки массовых вызовов от пользователей узла коммутации, особенно в периоды пиковой нагрузки – час наибольшей нагрузки. Кроме того, выполнение данного требования обеспечит оперативное задействование резервов управляющего комплекса в случае отказов, сбоев оборудования узла коммутации.

Управляющий комплекс должен максимально эффективно использовать ресурсы и технические возможности аппаратного обеспечения – это требование выполняется путем разработки соответствующего программного обеспечения, использованием современных технологий обработки данных и применением различных способов комплексирования оборудования.

Управляющий комплекс должен обладать свойствами адаптируемости и масштабирования – это означает возможность изменения, как правило – увеличения, вычислительной мощности и состава управляющего комплекса при изменении числа обслуживаемых пользователей при сохранении требуемого качества обслуживания и без изменения базовой архитектуры. Рассмотрим далее, как сформулированные требования к управляющему комплексу находят своѐ реальное воплощение в системных и инженерно–технических решениях.

109

Техника микропроцессорных систем в коммутации

2.2Многопроцессорные системы управляющих комплексов и их комплексирование

Многопроцессорные системы управляющих комплексов предназначены для такой организации вычислений в процессе обслуживания вызовов, при которой несколько задач (процессов, потоков) могут одновременно выполняться на различных физических процессорах управляющего комплекса. Строго говоря, практические любая управляющая система современного узла коммутации средней и большой ѐмкости может рассматриваться как многопроцессорная система т.к. процессоры используются в индивидуальных, групповых и в центральном управляющем устройстве.

Одной из главных проблем многопроцессорных систем является масштабирование, т.е. расширение узла коммутации, обусловленное увеличением числа управляющих устройств или процессоров в рамках одного управляющего комплекса. В идеальном случае при подключении нового управляющего устройства или нового процессора управляющий комплекс стабильно продолжает работать в штатном режиме без перезагрузки программного обеспечения управления. При этом сохраняется требуемая производительность управляющего комплекса и обеспечивается эффективность системы управления в целом. Мерой эффективности здесь может считаться максимальное число попыток установления соединений, успешно обработанных узлом коммутации в час наибольшей нагрузки. В результате применения многопроцессорных систем возникает необходимость решения инженерно-технической задачи комплексирования.

Под комплексированием многопроцессорной системы управления понимается объединение в систему нескольких управляющих устройств (управляющих ЭВМ) с целью повышения производительности и надежности системы управления в целом. Комплексирование применяется при решении сложных задач управления, где существует интенсивный обмен информацией управления между многочисленными периферийными устройствами и центральным управляющим устройством. В данном случае ЦУУ обрабатывает поступающую информацию, причем часть данных сохраняется в общих для всех УУ запоминающих устройствах, а другая часть информации

110