ЦСРС_1 / Grebeshkov_Tehnika_mikroproz_sistem_v_kommutazii_uchebnik_dlya_vuzov_2011

Техника микропроцессорных систем в коммутации

мых функций узла коммутации. Узел коммутации Alсatel 1000 S12 имеет полностью распределенную функциональную архитектуру управления системой с поддержкой режима распределенной обработки данных. Комплексирование осуществляется путем использования для связи между управляющими устройствами цифрового коммутационного поля DSN.

Как видно на функциональной блок–схеме на рис. 2.12, DSN находится в центре узла коммутации и окружено функционально независимыми модулями с микропроцессорным управлением.

Рис. 2.12 – Структурная схема средней/большой станции S12

Коммутируемые соединения через DSN используются как для обслуживания вызовов пользователей, так и для обмена служебными сигналами управления, командами управления между модулями.

131

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Такая конструкция при всей сложности еѐ реализации позволяет быстро и просто расширять систему путем добавления необходимого количества аппаратных и программных модулей.

Условно аппаратные модули узла коммутации Alсatel 1000 S12 можно разделить на следующие группы:

терминальные модули – предназначенны для обслуживания источников нагрузки определенного типа, например блоки абонентских линий;

системные модули – предназначены для выполнения функций общих для всей станций (модуль синхросигналов и тональных частот, модуль периферии и загрузки);

функциональные модули – выполняют общие функции для группы однотипных терминальных модулей, например модули служебных комплектов;

цифровое коммутационное поле, ЦКП – состоит из массива одинаковых цифровых коммутационных элементов, каждый из которых содержит аппаратную логику и память, необходимую для управления коммутационным полем.

В рамках системы управления перечисленные модули имеют одинаковую конструкцию. Поэтому рассмотрим в качестве типовой конструкцию терминального модуля. В каждом терминальном модуле можно выделить терминальный комплект, ТК и терминальный элемент управления, ТСЕ (см. рис. 2.13).

Структура и состав аппаратных средств терминального комплекта определяется функциями, исполняемыми модулем. Состав микропроцессорной системы ТСЕ, а именно – микропроцессор, память, терминальный интерфейс – одинаковы для всех типов модулей и отличаются лишь назначением загружаемого программного обеспечения.

Для передачи сигналов управления и служебной информации в терминальном модуле используется система локальных шин с низкой и высокой скоростью передачи. Функции управления в Alcatel 1000 S12 выполняют два типа устройств управления, отличающихся особенностями использования.

132

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Рис. 2.13 – Структурная схема терминального модуля

Если устройство (элемент) управления СЕ используется как отдельное устройство управления, то оно называется дополнительным устройство управления, АСЕ. Когда управляющее устройство связано с управлением конкретного терминального комплекта, то оно называется терминальным управляющим устройством (элементом). Оба устройства управления, ТСЕ и АСЕ соединяются с DSN по стандартным интерфейсам с помощью двух ИКМ трактов со скоростью передачи 4096 Кбит/c. В рамках управляющего комплекса устройство АСЕ обеспечивает дополнительные ресурсы управления. Устройства АСЕ с точки зрения возможностей управления располагают большими функциональными возможностями, чем устройства ТСЕ. Устройства ACE поддерживают TCE в части выполнения штатных функций. Устройства АСЕ объединяются в группы, что обеспечивает автоматический переход на резерв при отказах. Таким образом, архитектура система управления Alcatel 1000 S12 в рамках введенной классификации может рассматриваться как квазираспределенная, а устройства TCE и ACE относятся к групповым управляющим устройствам.

Рассмотренные устройства управления первоначально использовали микропроцессор типа Intel 8086, позже стали применяться процессоры Intel 80386, а в настоящее время используются процессоры семейства Intel Pentium и Intel 80486. Конструктивно каждое устройство СЕ размещается в виде микросхемного набора на одной печатной плате РВА, содержащей 16 разрядный МПр, запоминающее устройство (память) и терминальный интерфейс, TI для подклю-

133

Техника микропроцессорных систем в коммутации

чения к терминалу. Имеется несколько типов плат ТСЕ. В составе управляющего комплекса особо следует выделить функциональный модуль периферии и загрузки, P&L. Этот модуль обеспечивает несколько функций, прямо относящихся к эксплуатации оборудования узла коммутации:

поддержка до 10 интерфейсов RS232 к персональным компьютерам эксплуатации и принтерам;

ввод/вывод данных на 7 запоминающих устройств, таких как НЖМД, НМЛ или НОД, подключенных по шине SCSI;

контроль загрузки программного обеспечения с внешних носителей в оперативную память УУ;

обработка последствий аварий, в том числе сигналов предупреждения о событиях и неисправностях от стативов и главной панели аварий.

Соединения с периферийными устройствами осуществляются через периферийную шину с поддержкой следующих интерфейсов:

шину SCSI;

интерфейс RS232;

интерфейс V.24/V.28;

токовый шлейф V.24.

Минимальная конфигурация модуля включает управляющее устройство MCU, контроллер прямого доступа к памяти DMCA и центральную плату аварий CLMA для сбора и отображения информации о последствиях аварий, повреждений и отказов.

Основными достоинствами решения по комплексированию узла коммутации Alcatel 1000 S12 являются следующие:

1.Модули и элементы могут добавляться для расширения узла коммутации пропорционально увеличению ѐмкости, а дополнительная вычислительная мощность УУ автоматически включается в состав дополнительных модулей в виде TCE в комплекте поставки.

2.Полный отказ узла коммутации Alcatel 1000 S12 крайне маловероятен, что объясняется отсутствием ЦУУ, в результате чего отказы могут возникать только в ограниченной части системы, а функции, выполнявшиеся отказавшим оборудованием, могут легко передаваться другим модулям в функциональной группе за счѐт разде-

134

Техника микропроцессорных систем в коммутации

лением нагрузки, использования запасных или резервных модулей.

3.Начальная и наращиваемая производительность по трафику

иобработке вызовов обеспечивается единым типом элемента DSN и небольшим числом разных типов модулей.

4.Задачи обработки вызовов и предоставления услуг связи выполняются параллельно в различных модулях узла коммутации, что позволяет избежать узких мест последовательной обработки, характерных для архитектур с ЦУУ.

5.Поскольку DSN осуществляет также связь между элементами управления, нет необходимости в дополнительном оборудовании для связи между различными частями системы, что снижает объем оборудования.

К недостаткам управляющего комплекса Alcatel 1000 S12 следует отнести сложность алгоритмов и программного обеспечения для координации функционирования множества однотипных ГУУ при промышленной эксплуатации узла коммутации.

2.5Архитектура, способы связи и комплексирование управляющего комплекса АТСЭ AXE-10

Многофункциональная коммутационная система АХЕ-10 разработана фирмой Ericsson (Швеция), оборудование в Россию поставляется также фирмой Nikola Tesla (Хорватия). Система AXE-10 является системой с иерархическим управлением и имеет модульную структуру построения. Наращивание системы AXE производится модулями коммутационной системы АРТ вместе с модулями системы управления APZ, как это показано на рис.2.14 [8].

Архитектура системы управления APZ оптимизирована для обработки данных в реальном масштабе времени. В АТСЭ АХЕ-10 используется двухуровневая система управления: центральная и периферийная. Система APZ представляет собой иерархическую систему управления, содержащую процессоры трех различных типов:

дублированный центральный процессор, СР – работает в параллельно – синхронном режиме, выполняет функции ЦУУ;

135

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Рис. 2.14 – Структурная схема системы управления AXE-10

региональные процессоры, RP – выполняют функции ГУУ, включая обработку телекоммуникационных протоколов;

136

Техника микропроцессорных систем в коммутации

различные типы региональных процессоров, ориентированных на выполнение различных функциональных задач;

процессоры поддержки, SP – используются для управления функциями ввода-вывода, включая (человеко-машинные и машинные интерфейсы, сохранение данных, передача данных во внешние системы.

Кроме перечисленных, в AXE-10 используются небольшие микропроцессоры DP, называемые «процессорами данного прибора». Процессоры DP выполняют функцию ИУУ, расположены в различных аппаратных средствах, выполняют сканирование аппаратуры. Сами процессоры DP сканируются и управляются региональным процессором модуля расширения. Особенность AXE-10 состоит в том, что аппаратные средства, контролируемые региональным процессором, объединяются в модули расширения, ЕМ. Дублированный RP может обслуживать до 16 модулей расширения. В модуль расширения могут входить устройства ступени TSM, станционные окончания ETC, абонентские блоки. Подключение к EM осуществляются по шинам модуля расширения.

Процессоры CP, RP, SP взаимодействуют между собой через систему шин, для подключения к этой системе шин используются разнообразные процессоры, выполняющие функции устройств сопряжения. К таким устройствам относится конвертер шины регионального процессора, RPBC, выполняющий функцию терминала сигнализации, в т.ч. аварийной, абонентских блоков. Это позволяет CP непосредственно управлять локальными и удаленными региональными процессорами модулей расширения. Процессор STC позволяет CP подключиться к контрольной линии сигнализации на узле коммутации, процессор RPA выполняет функцию конвертора общей шины связи региональных процессоров для организации стыка между процессором SP и шиной в целях ввода-вывода информации во внешние системы. Рассмотрим далее процессоры AXE-10 более подробно.

Центральные процессоры, выполняя загружаемые в них программы управления, выполняют следующие функции:

мониторинг выполнения задач управления;

137

Техника микропроцессорных систем в коммутации

начальная загрузка и автоматическая перезагрузка ПО;

перестройка файла данных;

распределение, изменение и организация областей памяти (программная память, память данных, память ссылок) при добавлении новых функций, а также при модифицировании и удалении старых функций;

обмен сигналами, обеспечивающими взаимодействие между блоками программного обеспечения, между блоками процессоров и модулями расширения.

Уровень центральной обработки системы управления APZ аппаратно состоит из одной – восьми пар центральных процессоров СР, работающих в параллельно-синхронном режиме. Этот режим предусматривает, что обе стороны на рис. 2.15 выполняют одинаковые программы – команду за командой. При этом обе стороны постоянно сравнивают результаты и своѐ текущее состояние, поэтому сразу обнаруживается программный сбой или повреждение аппаратуры CP. Условно одна из сторон CP обозначается как А, а другая – как В. Одна из сторон (обычно СР-А) считается исполнительной, региональные процессоры всегда получают команды управления от этой стороны. Другая сторона находится в горячем резерве и способна без обрыва соединений взять на себя все функции CP–А при отказе последней. Наличие пары процессоров CP объясняется соображениями обеспечения надѐжности и безотказности системы управления.

Производительность пары процессоров CP составляет до 800 000 попыток установления соединения в час наибольшей нагрузки. В последних версиях АХЕ-10 центральный процессор CP может быть представлен в нескольких вариантах, которые являются взаимно совместимыми, что позволяет легко осуществлять обновления и замены без воздействия на остальные части системы. Общая блок–схема процессора CP в варианте APZ 212 показана на рис.

2.15.

138

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Рис. 2.15 – Блок-схема процессора APZ 212

Каждый процессор СР состоит из двух частей (сторон), соединенных межпроцессорными связями в виде высокоскоростных шин. Каждая часть CP на рис. 2.15 содержит память команд и программ, память данных и ссылок, блок процессора исполнения команд, блок процессора обработки сигналов, обработчик регионального процессора. Обслуживание СР производится блоками технического обслуживания. Блок процессора обработки сигналов управляет работой APZ 212 в целом, подготавливает для запуска задачи и работы, требующие выполнения блоком процессора исполнения команд, и таким образом обеспечивает постоянное исполнение программы управления. Блок процессора исполнения команд осуществляет запись и считывание информации в память команд и память данных, по адресам, получаемым от блока процессора обработки сигналов, а также исполняет команды и программы. Обработчик регионального процессора содержит собственный 16-ти разрядный МПр и собственное ОЗУ для обмена сообщениями управления с региональными процессорами, из расчѐта один блок на 128 региональных процессоров, а

139

Техника микропроцессорных систем в коммутации

количество обработчиков регионального процессора может быть равно 4.

Шины обновления состояния и сравнения результатов обработки позволяют сравнивать результаты обработки данных, сравнение производится на резервной стороне. По этим же шинам передаѐтся информация исправной стороны CP в сторону ранее неисправной стороны CP, которая вновь включается после окончания ремонта или перезапуска. В результате обе стороны CP-А и CP-B имеют полностью совпадающие данные и исполняемые программы. Функции памяти данных и памяти команд включают в себя обнаружение ошибки, с помощью кода корректировки длиной 6 бит в дополнение к 16-ти битовому слову данных. Это позволяет обнаруживать и устранять единичные ошибки в битах без влияния на обслуживание нагрузки процессором. Блок техобслуживания в случае неисправностей инициирует проверочные тесты на CP-А и CP-B, и в результате определяет сторону CP, которая станет исполнительной.

На периферийном уровне управления используются региональные процессоры RP, работающие парами в режиме распределения нагрузки, т.е. один RP управляет половиной оборудования модуля, а его дубль–RP управляет другой половиной модуля расширения В свою очередь каждая пара региональных процессоров управляется только одним спаренным центральным процессором. При этом один спаренный центральный процессор может управлять максимально 512 региональными процессорами. Связь между CP, RP и SP обеспечивается дублированной шиной связи региональных процессоров. Региональные процессоры используются преимущественно для разгрузки центрального процессора СР от выполнения простых, рутинных, часто выполняемых задач, потребность в которых определяется работой системы в реальном масштабе времени. В частности, региональные процессоры обеспечивают выполнение следующих основных функций:

обработка результатов сканирования, тестирования и иных операций с аппаратным обеспечением узла коммутации;

обмен сигналами управления с СР; выполнение задач, задаваемых СР;

140