ЦСРС_1 / Grebeshkov_Tehnika_mikroproz_sistem_v_kommutazii_uchebnik_dlya_vuzov_2011

Техника микропроцессорных систем в коммутации

цессорами. Это так называемый случай нагруженного резерва. При этом резервные процессоры в любой момент времени могут на 100% заменить отказавший основной (базовый) процессор. Другими словами, если бы процессоры загружались на 100%, их число можно было бы уменьшить, но при этом ни о каком резервировании говорить не приходилось бы. Если «избыточный» процессор полноценно заменяет любой из основных в случае отказа последнего, то реализуется т.н. «плавающее» резервирование. Примером плавающего резервирования является случай «n+1», где n – количество рабочих компонент, 1 – количество резерва. Разновидностью плавающего резервирования является кратное резервирование с постоянно включенным резервом по схеме «n+2», «n+3» и т.д. для случая, если отказавший процессор не ремонтируется или не заменяется из ЗИПа за приемлемое время, например за 72 часа.

Для нормальной работы схемы на рис. 2.20, например, для обеспечения заданной производительности управляющего комплекса в ЧНН, необходимо, чтобы исправными были не менее чем h процессоров. Кратность резервирования такой системы m равна m = (l– h)/h. Вероятность безотказной работы системы Pcист (t) на рис. 2.19 составит величину [18,69]:

Для рассматриваемого случая также можно определить среднее время (математическое ожидание) работы системы до отказа T , которое составляет величину:

где 0 интенсивность отказов отдельного компонента (процессо-

ра).

151

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Отметим, что при l–h = 2..3 наработка на отказ управляющего комплекса будет приближаться к границе физического срока службы. С другой стороны, постоянное наличие явно избыточных процессоров (резервирующих компонентов) приводит к увеличению стоимостных показателей системы. В этом случае вариант n+1 является разумным компромиссом по соотношению «стоимость– эффективность». Примером резервирования «n+1» в процессоре CP113c является процессоры BAPM–BAPS.

Существует вариант с ненагруженным резервом, который учитывает необходимость затрат времени на включение резерва. В рассматриваемом случае кратность резервирования такой системы m = m0 / n, где m0 – число резервных компонентов, находящихся в ненагруженном резерве, n – число компонентов основной системы, которые в случае выхода из строя заменяются на резервные. Тогда вероятность безотказной работы системы с ненагруженным резервом определяется по формуле:

Среднее время (математическое ожидание) работы до отказа системы T для ненагруженного резерва составляет величину:

После восстановления отказавших компонентов средство связи будет выполнять функции в полном объеме. Восстановление производится в процессе функционирования системы. На практике формулы оценки надѐжности управляющих комплексов являются более сложными, т.к. они учитывают ремонтопригодность устройств, наличие и сроки замены вышедших из строя модулей из ЗИПа, воздействие на управляющих комплекс процедур контроля и диагностики, уровень и следствие отказов [46].

Для описания этих случаев используются модели Марковских процессов, а в качестве модели потоков отказов оборудования для предельных оценок целесообразно использовать пуассоновские по-

152

Техника микропроцессорных систем в коммутации

и программно-логический контроль. Тестовый контроль выполняется периодически, либо при наличии свободного времени в управляющем устройстве. Также тестовый контроль выполняется после обнаружения отказа другими средствами, при этом частично могут быть выполнены функции диагностики. Примером программнологического контроля является одноили двукратное повторение вычислительной операции, проверка предельных значений переменных, вычисление и сравнение контрольных сумм файлов.Типичные параметры надежности при обслуживании узла коммутации приведены в таблице 2.2 [82].

Таблица 2.2 – Значение параметров надѐжности узла коммутации

Для расчета требуемого количества запасных модулей используется пуассоновское распределение вероятностей выхода из строя. Существенными параметрами для расчета надежности является требуемая вероятность непрерывности обслуживания и время оборота, которое определяется как интервал между временем заказа модуля замены и временем его получения.

Требуемое количество запасных частей рассчитывается индивидуально для каждого проекта. После расчета требуемого количества модулей замены для конкретной системы коммутации можно рассчитать объем требуемых работ по техническому обслуживанию и ремонтных работ. Для системы коммутации EWSD этот показатель составляет в среднем приблизительно 2 отказа модуля в год на 1000 станционных окончаний.

154

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Перспективы развития управляющих комплексов узлов коммутации зависят прежде всего от тенденций развития средств связи. В настоящее время существенно расширяется функциональность абонентских и линейных блоков, повышается сложность исполняемых ими функций. В результате архитектура управляющих комплексов эволюционирует в направлении квази-распределенной и распределенной.

Другой тенденцией развития управляющих комплексов является постепенный переход к распределенной обработке данных, когда информация о соединении с помощью соответствующих прикладных программ может обрабатываться несколькими взаимосвязанными устройствами управления различных узлов коммутации, в том числе в режиме параллельной обработке.

Важной особенностью функционирования перспективных управляющих комплексов является их согласованность, целостность и законченность, в том смысле, что они определяют сценарии управления для разнообразных внутренних и внешних событий узла коммутации. Наличие таких сценариев обеспечивает предсказуемость поведения узлов коммутации и повышает стабильность их работы.

В качестве основных задач развития перспективных узлов коммутации можно выделить следующие:

единые формат обмена данными между различными управляющими комплексами и способы описания этих форматов;

единые способы описания объектов управления для целей поиска, каталогизации, объединения и поддержки обновления данных;

гарантированный доступ персонала эксплуатации к функциям настройки и технической эксплуатации управляющего комплекса;

унифицированные интерфейсы для взаимодействия управляющих комплексов различных узлов коммутации.

С точки зрения функциональной структуры в перспективном управляющем комплексе можно выделить три технологических уровня управления, реализуемых, в основном, программными средства-

155

Техника микропроцессорных систем в коммутации

рассматривать как прикладную платформу управления, которая представляет собой совокупность аппаратных(физических) и программных (логических) ресурсов, которые обеспечивают реализацию функциональных возможностей всех уровней управления. В перспективе данная платформа управления может представлять собой крупную распределенную систему управления из нескольких управляющих комплексов и узлов коммутации.

В качестве основных интерфейсов, поддерживаемых управляющими комплексами в настоящее время и на перспективу можно выделить следующие:

Интерфейс «прикладная платформа управления – программное приложение», АPI – интерфейс между прикладным программным обеспечением и необходимыми для функционирования этого программного обеспечения ресурсами.

Интерфейс «прикладная платформа управления – внешнее окружение», EEI – интерфейс между прикладной платформой управления и внешним окружением, через который осуществляется взаимодействие с внешними по отношению к прикладной платформе программными сущностями посредством использования сервисов этого интерфейса.

Интерфейс коммуникационных сервисов, CSI – обеспечивает взаимодействие прикладной платформы управления с внешними системами. Реализация такого взаимодействия осуществляется с помощью стандартизации протоколов и форматов данных, которыми можно обмениваться по установленным протоколам.

Человеко-машинный интерфейс, HCI – с помощью этого интерфейса осуществляется взаимодействие пользователя и прикладной платформы управления.

Интерфейс информационных услуг, ISI – описывает стык с внешней системой долговременного хранения данных, например содержащую детальную информацию о состоявшихся сеансах связи. Интерфейс ISI обеспечивает

157

Техника микропроцессорных систем в коммутации

стандартизацию форматов и синтаксиса представления данных.

Данные интерфейсы реализуются с помощью применения разнообразных устройств сопряжения, в первую очередь сетевых адаптеров и сетевых интерфейсов. В результате «сетевой интеллект» перспективных управляющих комплексов будет смещаться от центральных к групповым и индивидуальным управляющим устройствам.

2.7Контрольные вопросы к главе 2

1.Перечислите основные элементы схемы управления узла коммутации.

2.В чем отличие функционального сигнала управления от программной команды управления?

3.Каковы функции группового управляющего устройства?

4.Может ли в схеме управления узла коммутации присутствовать только центральное управляющее устройство?

5.Укажите достоинства и недостатки иерархической функциональной архитектуры управляющего комплекса.

6.Для решения каких задач применяется внутреннее программное обеспечение?

7.Что такое комплексирование системы управления узла коммутации?

8.Каким образом организуется взаимосвязь управляющих устройств в многопроцессорном управляющем комплексе?

9.В чѐм состоят преимущества архитектуры и способа связи между управляющими устройствами АТСЭ Alcatel 1000S12?

10.С какой целью при обработке данных генерируются биты ECC?

11.Какова процедура обработки многобитовой ошибки при вводе/выводе в общую память процессора CP113c АТСЭ EWSD?

12.В чѐм состоят недостатки архитектуры и способа связи между управляющими устройствами АТСЭ AXE-10?

13.Для чего вычислительные устройства в центральных процессорах АТСЭ EWSD и АТСЭ AXE-10 дублируют?

14.В чем достоинства схемы резервирования с дробной кратностью и постоянно включенным резервом?

15.Назовите достоинства и недостатки схемы общего резервирования.

16.Каковы общие перспективы развития управляющих комплексов узлов коммутации?

158

Техника микропроцессорных систем в коммутации

3.Программное обеспечение узлов коммутации

3.1Состав и функции программного обеспечения узлов коммутации

Программное обеспечение узлов коммутации используется прежде всего для автоматического управления оборудованием средства связи с целью предоставления услуг связи. Программное обеспечение, наряду с аппаратным обеспечением управляющих устройств, является основой для функционирования системы управления и узла коммутации в целом. Термин «система» в отношении программного обеспечения распространяется на упорядоченную совокупность таких объектов, как системные программы, прикладные программы, вспомогательные программы, готовые программные продукты в их взаимосвязи и взаимодействии. Под программной системой в общем понимается набор компонентов, объединенных для выполнения определенной функции или набора функций узла коммутации. Компонентом в общем случае называется модульная часть системы, которая содержит часть системы, необходимую для функционирования компонента в составе системы, и выделяемую по определенному функциональном или конструктивному признаку. Компоненты могут объединяться в подсистемы. Под программным модулем понимается программа или отдельная ее функциональная часть, рассматриваемая как единое целое в рамках процедур хранения, замены, трансляции, объединения с другими программными модулями и ее загрузки в оперативную память.

Как уже отмечалось, система управления (управляющая система) предназначена для удовлетворения потребностей, связанных с оказанием услуг связи, передачей трафика или переносом сигналов электросвязи. Ключевым условием является удовлетворение потребностей пользователей с качеством, соответствующим действующим нормам и правилам, и в объѐме, требуемом для обслуживания подключенных к системе максимально допустимого числа абонентов. Для современного узла коммутации характерно автоматическое управление основными функциями и оборудованием с помощью загружаемого и хранимого, в т.ч. замонтированного, программного

159

Техника микропроцессорных систем в коммутации

обеспечения. Автоматическое управление – это совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления. Поэтому можно говорить о том, что система управления современного узла коммутации представляет собой преимущественно-программную систему т.е. систему, в которой программное обеспечение оказывает значительное влияние на проект, конструкцию, развертывание и развитие всей системы (согласно стандарту IEEE 1471 Std. – 2000).

Современные узлы коммутации большой ѐмкости (от 20 тысяч портов и более), как правило, имеют квази-распределенную или распределенную функциональную архитектуру управляющего комплекса. Программное обеспечение таких узлов коммутации представляет собой сложную программную систему. Функциональная взаимосвязь между программным обеспечением и управляющими устройствами различного назначения показана на рис. 3.1. В целом можно выделить три уровня управления узла коммутации, и, соответственно, три варианта конфигурации программного обеспечения узла коммутации.

Под конфигурацией программного обеспечения узла ком-

мутации понимаются состав и функциональные характеристики программного обеспечения, сформулированные в технической документации и реализованные в конкретном комплексе программного обеспечения управления. Конфигурация программного обеспечения также может рассматриваться как сочетание конкретных версий программных компонентов и модулей, объединенных вместе в соответствии с определенной технологией производства (сборки) и отвечающих определенному назначению. Рассмотрим уровни управления, функции управляющих устройств и программные компоненты более подробно.

На уровне 1 управления узла коммутации, как правило, осуществляется управление отдельными устройствами, сборочными единицами коммутационного оборудования, типовыми элементами замены. В управляющих устройствах используются МПр малой мощности или микроконтроллеры. При использовании МПр, в его оперативную память загружается либо экземпляр собственной малой ОС с

160