ЦСРС_1 / Grebeshkov_Tehnika_mikroproz_sistem_v_kommutazii_uchebnik_dlya_vuzov_2011

Техника микропроцессорных систем в коммутации

направляется в периферийные управляющие устройства в качестве информации управления. Обмен информацией между управляющими устройствами может производиться как с помощью передачи программных команд управления, так и с помощью передачи функциональных сигналов управления.

При решении задачи комплексирования важно определить способы связи между процессорами при условии сохранения требуемой производительности управляющего комплекса, включая расширение узла коммутации от минимального количества пользователей до максимально допустимого. Кроме того, программная система управления должна сохранять стабильность работы при появлении нового управляющего устройства. Для решения указанных проблем применяются различные способы связи между управляющими устройствами. В свою очередь, при комплексировании программное обеспечение системы управления существенно усложняется за счѐт применения разнообразных способов организации совместного хранения данных, методов решения конфликтов доступа к данным, координированного запуска программ и процессов различными процессорами. Необходимо обеспечить координацию работы управляющих устройств в процессе обслуживания вызовов. Детально вопрос о координации и взаимодействии управляющих устройств при обслуживании вызовов в системах коммутации различных типов рассматривается в [10,54], вопросы комплексирования программного обеспечения системы управления рассматриваются в главе 3. Здесь же детальнее рассмотрим вопросы организации связи между управляющими устройствами.

В целом организация связи между управляющими устройствами должна отвечать следующим требованиям:

гарантия безобрывной связи между УУ в любой требуемый момент времени;

функционирование в реальном времени – см. главу 3;

возможность назначения приоритетов УУ в процессе обмена; проверка данных на целостность в процессе приема/передачи.

111

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Простейшим вариантом многопроцессорной системы управляющего комплекса является двухмашинный управляющий комплекс, который использовался ещѐ на квазиэлектронной АТС типа «Квант». Этот вариант предусматривает, что в состав ЦУУ входят две идентичные по своим техническим характеристикам вычислительные машины. Одна из них является условно «основной» и находится под рабочей нагрузкой, вторая машина считается «резервной». Резервная машина получает данные, одинаковые с основной машиной, обрабатывает эти данные, но сигналы управления на периферийное оборудование не выдает. В случае, если основная машина выходит из строя, еѐ функции безобрывно продолжает выполнять резервная машина. Существует также вариант разделения нагрузки между основной и резервной машиной, когда 50% поступающей нагрузки обрабатывает основная машина, а 50% обрабатывает резервная машина. В этом случае считается, что износ резервной машины меньше, однако в случае отказа основной машины мгновенно теряется до 50% обрабатываемых вызовов т.к. данные по этим соединениям в резервной машине отсутствуют. Как правило, двухмашинный комплекс используется в ЦУУ узлов коммутации малой ѐмкости. Обе машины соединены между собой непосредственно высокоскоростным каналом или физической линией связи с соответствующими характеристиками.

С усложнением конструкции узлов коммутации состав и структура многопроцессорных систем изменяется. Появляются управляющие устройства, выполняющие разные функции – ИУУ, ГУУ и ЦУУ. В этих управляющих устройствах могут использоваться микропроцессоры различных типов, мощности и назначения. Дополнительную сложность вносит функциональное различие управляющих устройств. В результате в архитектуре системы управления возникает функциональная неоднородность и, как следствие, возникают структурные отличия во фрагментах системы управления. Эти отличия проявляются в способах организации связи между управляющими устройствами, в используемых микросхемных наборах и комплектах, в способах загрузки программного обеспечения.

Для организации связей между управляющими устройствами используются различные решения – связь через цифровое коммута-

112

Техника микропроцессорных систем в коммутации

ционное поле, связь через общую (общестанционную) шину, связь через высокопроизводительный коммутатор, также используется синхронная передача данных по высокоскоростному каналу связи.

При связи между управляющими устройствами через цифровое коммутационное поле предусматривается, что в ЦКП всегда существуют свободные канальные временные интервалы и тракты для информационного обмена между управляющими устройствами. Коммутируемое соединение между УУ может создаваться только на время сеанса связи для обмена информацией между УУ либо на постоянной основе. В первом случае существует вероятность отсутствия свободных каналов между требуемыми портами ЦКП, во втором случае часть цифровых каналов будет использоваться не для обслуживания вызовов а для организации связи между УУ. С учѐтом малой вероятности внутренних блокировок ЦКП за счѐт сложной многозвенной конструкции ЦКП и высокой ѐмкости коммутаторов цифрового коммутационного поля можно гарантированно найти требуемый канал для связи между УУ. Для повышения безобрывности связи между УУ в ЦКП дополнительно применяются полупостоянные соединения. В этом случае при загрузке программного обеспечения часть канальных временных интервалов резервируется для обмена между УУ, в результате чего между УУ создаются и постоянно поддерживаются коммутируемые каналы для связи. На практике возможности ЦКП для связи между УУ используют такие системы коммутации как Alcatel 1000 S12 (производство компании Alcatel, Германия, Бельгия) и EWSD (производство компании Siemens, Германия). В системе коммутации C&C08 (производство компании Huawey, Китай) для связей между УУ используется специальный администра- тивно–коммутационный модуль в котором имеется коммутационное поле с оптическим интерфейсами 40 Мбит/с и электрическим интерфейсами E1 к периферийным коммутационным модулям. Таким образом, в данном решении используется модернизированный вариант использования ЦКП.

Достоинством решения по организации связей между УУ через ЦКП традиционно считается возможность объединения и соединения до нескольких сотен УУ. Относительным недостатком считается использование ЦКП не по прямому назначению, т.е. не для коммутации

113

Техника микропроцессорных систем в коммутации

и обслуживания вызовов, не для организации соединений между пользователями.

Другим способом организации связи между управляющими устройствами является использование общей (общестанционной) шины. Общая шина физически представляет собой шлейфный провод или симметричные провода, обеспечивающие параллельную передачу информации. Например, в шлейфе может быть 12 линий, по 8 из которых передаѐтся байт с содержательной информацией, а остальные линии используются для передачи сигналов синхронизации устройств, подключенных к шине, занятия общей шины и передачи служебных сигналов, например подтверждения правильного приема данных управляющим устройство назначения. Учитывая, что все УУ подключены к общей шине и обмениваются информацией только по ней, между УУ существует единственный канал связи, к которому все УУ имеют постоянный доступ. Следовательно, возникает вероятность возникновения конфликта доступа к общестанционной шине, если двум или более УУ необходимо принять/передать информацию в один и тот же, пусть сколь угодно малый, момент времени.

Для предотвращения конфликтов доступа используются различные методы. Наиболее простым решением является использование временного разделения, когда каждому УУ для приема/передачи информации циклически выделяется промежуток времени определенной длины, например 125 нсек. Выделяемый для связи промежуток времени можно рассматривать как подцикл доступа, подциклы доступа в свою очередь объединяются в цикл доступа. Указанное решение достаточно эффективно при сравнительно небольшом количестве УУ – до 4…8 единиц и наличии постоянного интенсивного обмена между УУ. При увеличении числа УУ длительность подцикла уменьшается, что может привести к увеличению задержек, связанных с передачей информации при постоянной скорости передачи по шине.

Для улучшения характеристик схемы с общей шиной при увеличении числа УУ в конструкцию добавляют специальные устройства на базе микроконтроллеров, выполняющие функции управления доступом к шине – блок управления шиной который также называется арбитром доступа или устройством пробы и занятия общестанци-

114

Техника микропроцессорных систем в коммутации

вательно каждому УУ. Управляющие устройства могут обмениваться информацией о подтверждении правильности приѐма информации или, напротив, об ошибке приема. В случае ошибки может использоваться повторная передача, и при постоянном повторении ошибки обмен между УУ аварийно завершается и запускаются программы тестирования и диагностики возможных неисправностей.

Для контроля целостности данных могут использоваться биты четности или биты кода с исправлением ошибок, ECC с использованием кода Хэмминга. Использование ECC является предпочтительным, так как позволяет обнаруживать и исправлять без прерывания работы УУ одиночные ошибки и выявлять множественные ошибки. Выбор конкретного метода зависит от длины слова данных, пересылаемого по шине, поскольку увеличение длины слова данных приводит к увеличению числа проверочных бит и, соответственно, к усложнению используемых проверочных и корректирующих кодов. Использование общестанционной шины для организации связи между УУ используется в АТСЭ типа МТ–20/25 в модификации БЭТО-01 (ОАО «Концерн БЭТО», Россия), в АТСЭ AXE-10 (разработка Ericsson, Швеция; поставка Nicola Tesla, Хорватия), в АТСЭ DX-200 (первичная разработка Nokia Telecommunications, Финляндия; производство версии L.4.5. выполняется на совместном предприятии «ЛОЗАР», Россия).

Как уже говорилось, связь УУ через высокопроизводительный коммутатор используется в быстродействующем устройстве коммутации сообщении ATM hub в системе АТСЭ NEAX61Σ. Данное устройство можно рассматривать как станционный концентратор– коммутатор, который обеспечивает работу управляющего комплекса, включающего от 1 до 48 процессоров. Это устройство, в отличие от общей шины или ЦКП, объединяет модули системы, работающие с различными скоростями, поэтому ATM hub использует асинхронный режим передачи данных. Коммутатор ATM hub имеет суммарную пропускную способность до 2,5 Гбит/с, обеспечивает на портах подключения внешних устройств (мультиплексоров и шины управления) скорость 155 Мбит/с.

С учѐтом расширения узла коммутации, количество ATMкоммутаторов увеличивается с одного до шести. Также возможно со-

116

Техника микропроцессорных систем в коммутации

единение ATM–коммутатора с модулями управляющих устройств и коммутационного оборудования по волоконно-оптическим кабелям связи. Данное техническое решение по своим конструктивным особенностям можно сравнить с системной (локальной) шиной для соединения процессора и периферийных компонент типа PCI–Express, также использующую последовательную передачу, обеспечивающую пропускную способность до 2,5 Гбит/с и встроенный контроль целостности данных.

Достоинством решения с коммутатором является унификация с решениями вычислительной техники, существенное расширение возможностей управления трафиком обмена управляющих устройств. К недостаткам следует отнести усложнение конструкции для обеспечения связи между УУ за счѐт появления нового устройства, чья работа непосредственно не связана с обработкой вызовов и установлением соединений между пользователями.

В качестве коммуникационных протоколов в любом из рассмотренных выше способов организации связи между УУ в большинстве случаев используют фирменные протоколы, которые тем не менее являются модификациями протоколов ОКС№7 или X.25 [1].

Рассмотрим далее реализацию различных решений по комплексированию более подробно на примерах нескольких цифровых систем коммутации.

2.3Архитектура, способы связи и комплексирование управляющего комплекса АТСЭ EWSD

2.3.1 Общая организация управляющего комплекса АТСЭ EWSD

Многопроцессорные системы применяются в первую очередь для реализации центрального управляющего устройства. Это связано, во-первых, со сложностью задач и алгоритмов, которые реализуются процессорами ЦУУ, а во-вторых – с необходимостью обеспечения требуемой производительности управляющего комплекса в зависимости от количества обслуживаемых пользователей и приоритетов задач. Современные узлы коммутации обладают технической возможностью к расширению в процессе эксплуатации, прежде все-

117

Техника микропроцессорных систем в коммутации

го для адаптации к постепенному наращиванию числа подключенных пользователей. Разумеется, уже на начальном этапе можно смонтировать управляющий комплекс максимальной производительностью и максимальным числом процессоров, однако этот комплекс будет использоваться не в полной мере, что неизбежно ухудшит технико– экономические показатели проекта. Поэтому гораздо выгоднее постепенно наращивать количество процессоров в системе с учѐтом увеличения интенсивности поступающей нагрузки. Кроме того, наличие нескольких процессоров повысит надежность управляющего комплекса с помощью аппаратного резервирования.

Рассмотрим в качестве многопроцессорной системы управляющий комплекс цифровой системы коммутации EWSD производства компании Siemens AG, Германия. Учитывая, что ранее система EWSD описывалась в литературе [8,70], рассмотрим более детально только центральное управляющее устройство EWSD – компактный координационный процессор CP113c [32]. Координационный процессор CP113c предназначен для выполнения следующих функций управления системой коммутации:

Обработка вызова, в том числе трансляция цифр набора номера, маршрутизация вызова, определение зоны обслуживания, учет продолжительности соединения, учет данных об оконечном и транзитном трафике.

Функции технической эксплуатации, в том числе организация обмена с внешним ЗУ и связь с системой управления сетью, в первую очередь с системой Net Manager производства Siemens.

Обеспечение надежности и высоких показателей эксплуатации с помощью средств самоконтроля и самодиагностики технического состояния, обнаружения и обработки ошибок.

Функциональные блоки многопроцессорной системы CP113 С/CR и их взаимосвязи представлены на рис. 2.7.

Следует отметить, что каждый блок, называемый «процессором» на рис. 2.7 является совокупностью цифровых вычислительных устройств, объединенных в микропроцессорную систему. Рассмотрим отдельные функциональные блоки в составе CP113c.

118

Техника микропроцессорных систем в коммутации

новления. В случае выхода из строя процессора BAPM его функции безобрывно начинает выполнять BAPS. Установка признака «ведущий – ведомый» осуществляется программно и может быть мгновенно изменена в случае ремонта одного из BAP или при перезагрузке программного обеспечения управления.

На процессорах BAP имеется ПЗУ типа EPROM ѐмкостью 4 Мбайт. Процессоры обработки вызовов CAP осуществляют функции обработки поступающих вызовов. К минимальной конфигурации из двух BAP и двух IOC процессоры CAP добавляются с учетом роста номерной емкости АТС. Процессор управления вводом-выводом IOC управляет доступом периферийных устройств (DLU, LTG, MB, SN, OMT, MDD) к шине доступа к общей памяти CP113. К одному IOC подключается до 12 процессоров IOP. Процессор ввода/вывода IOP подключает периферийное оборудование – НЖМД, терминал технического обслуживания и эксплуатации, дисковод – к IOC. Шина B:IOC является мультиплексированной, 32-х разрядной, предназначена для подключения процессоров IOP к IOC.

Шина (доступа) к общей памяти, B:CMY предназначена для обмена данными между CAP, BAP, IOC и CMY. Шина к общей памяти B:CMY имеет скорость передачи 32 Мбит/сек, тактовая частота работы шины составляет 16 МГц. Шина использует механизм временного мультиплексирования при доступе к общей памяти, информация передаѐтся и принимается в четырех канальных временных интервалах, причѐм каждый временной интервал позволяет обращаться к одному из четырѐх банков общей оперативной памяти. Технические возможности шины следующие:

передача 32-х разрядных адресов;

передача 8 проверочных бит ЕСС для адресов;

передача 2 битов занятия для адресации одного из четырех банков памяти;

передача 32-х разрядных данных;

передача 8 проверочных бит ЕСС для данных;

16 высокоскоростных портов для подключения к BAP, CAP, IOC к шине и два порта для подключения шины к общей памяти CMY.

120