2.4 Системы связи как срв

ЦЕЛЬ – показать идентичность различных типов связи основным принципам построения СРВ.

Рассмотрим типы связи в понятиях СРВ, данных в главе 1 и разделах 2.1, 2.2, 2.3.

Итак, режим реального времени, это режим работы вычислительной системы, при котором обработка данных о процессах, происходящих во внешней среде, происходит в том же темпе, что и сами процессы. Исходя из данного определения, вычислительная система является инструментом в виде СРВ. Назначение такого инструмента, как указано в определении, обеспечивать обработку данных о процессах, происходящих во внешней среде. Для систем связи внешней средой являются абоненты, которым нужно:

♦ соединиться друг с другом;

♦ с целью передачи различных видов информации (разговор, данные, изображение).

Любой тип связи в понятиях СРВ, рассматривается как система массового обслуживания реального времени.

Так как все виды связи являются частным случаем СРВ, то все рассмотренные в главе 1 свойства СРВ, принадлежат и системам связи. Так, например, принцип управления соединениями абонентов состоит в «проталкивании» процессов соединения от одного действия до следующего действия. Абонент «руководит» действиями, а система связи «реализует» руководство, выдавая соответствующую информацию абоненту и создавая для него разговорный тракт.

Устройство управления (УУ). Несмотря на разнообразие программных УУ (компьютеров) в системах связи, все они базируются на фон – неймановской архитектуре (см. рис.1.5.1 компонента УУ СРВ). Количество компьютеров в УУ варьируется от единиц до десятков.

Объектом управления является оборудование в различных типах связи, назначение которого довольно разнообразно, но конечная цель состоит в создании физических каналов связи (коммутации) абонентов. Для работы с ним используются команды, которые посылаются в него, и на которые оно реагирует. Команды представляют собой двоичные последовательности, формируемые в соответствующих программах (см. раздел 2.3).

На основе раздела 2.3 можно обобщить программную начинку МПС на уровне портов ввода/вывода в виде следующей структурной схемы (рис.2.4.1).

Рис.2.4.1 Обобщённая структурная схема программной начинки МПС на уровне портов ввода/вывода

Из схемы на рис.2.4.1 видно, что любая МПС:

■ с портов ввода принимает информацию;

■ комплекс программ, находящийся в ней, перерабатывает её;

■ и выдаёт переработанную информацию в порты вывода.

На вопрос «а что же входит в комплексы программ?» даёт ответ рис.1.5.2. Объединив рис.1.5.2 и 2.4.1 получаем рис.2.4.2. Здесь порты ввода/вывода условно обозначены через П.

Рис.2.4.2 Типовая структура МПС как детализация структуры СРВ

/Рисунок 2.4.2 даёт наглядное подтверждение того, зачем нужно знать и понимать, что такое СРВ? Зная и понимая типовые структуры СРВ, не так уж трудно разработать конкретную структуру конкретной МПС./

Учитывая, что компьютеры общаются между собой через порты, то разговорные тракты, проходящие через них, можно представить в виде (рис.2.4.3). На рис.2.4.3 П – порты, Т - терминалы (телефонные аппараты, сотовые телефоны, компьютеры).

Рис.2.4.3 Передача информации в различных типах связи

Как указано в разделе 1.5 базовыми компонентами (своего рода фундаментом) СРВ являются:

►процесс(ы) в ОУ, (которые подлежат управлению в реальном времени);

►процесс(ы) в реальном времени (управление процессами в реальном времени) ;

►база данных процессов в реальном времени.

На основе такого «фундамента» строятся остальные программные компоненты СРВ.

В системах связи такими процессами являются соединения между абонентами. Следовательно, всё алгоритмико-программное обеспечение систем связи имеет эти же компоненты.

Примеры связи как СРВ. Рассмотрим АТС, сотовую связь, IP-телефонию и сети передачи данных в понятиях СРВ.

АТС. Датчиками и потребителями в АТС являются стационарные телефоны, в сотовой связи – сотовые телефоны, в IP-телефонии – компьютеры, в сетях передачи данных - терминалы. Средой являются абоненты, которые работают со своими аппаратами, выдавая из них сигналы Xi и получая сигналы Yj.

Например, сигналами Xi для АТС могут быть поднятие и опускание трубки, набор номера; для сотовой связи - различные манипуляции с клавишами сотового телефона; для IP-телефонии - различные манипуляции с клавишами компьютера.

Сигналами Yj для АТС являются различные сигналы из АТС (например, сигнал «занято»); для сотовой связи – подаваемые на сотовый телефон голосовые, звуковые сигналы или информация на дисплее; для IP-телефонии – те же типы сигналов и информации, что и на сотовый телефон, но подаваемые на компьютер.

Назначение всех сигналов Xi, Yj в различных типах связи – установление физического соединения между абонентами в режиме реального времени. После установления соединения абоненты обмениваются информацией в виде речи, данных, изображения. В терминах СРВ можно сказать, что после установления соединения абоненты работают как датчики и потребители, но сигналами для них является их речь (данные или изображение), передаваемая в режиме реального времени.

Типовая, структурная схема АТС в понятиях СРВ дана на рис.2.4.4.

Рис.2.4.4 АТС как система реального времени

Условные обозначения на рис.2.4.4:

ТА – телефонные аппараты;

Xi - сигналы и информация от абонентов в АТС;

Yj - сигналы и информация от АТС к абоненту;

Xk – сигналы и информация от других АТС;

Ym – сигналы и информация к другим АТС.

Всё изложенное выше действительно для сотовой связи и IP-телефонии.

Сотовая связь. На рис.2.4.5 дана типовая структурная схема сотовой связи.

Рис.2.4.5 Типовая структурная схема сотовой связи как СРВ

Условные обозначения на рис.2.4.5:

МТ – мобильные телефоны пользователей;

Сота – условное обозначение компоненты (ячейки), каждая из которых обслуживается отдельной базовой радиостанцией небольшой мощности, находящейся в центре ячейки;

Xi - сигналы и информация от мобильного телефона;

Yj - сигналы и информация от соты к мобильному телефону;

ЦК – центр коммутации (на рисунке показано два центра коммутации)

ТфОП – телефонная сеть общего пользования

IP-телефония. На рис.2.4.6 дан один из вариантов IP-телефонии.

Рис.2.4.6 Один из вариантов IP-телефонии

IP-телефония это технология, позволяющая использовать Интернет для ведения телефонных разговоров в режиме реального времени. /Аббревиатура IP расшифровывается как Internet Protocol – межсетевой протокол/. Использование Интернет позволяет резко удешевить телефонные разговоры, особенно междугородные и международные. Для организации связи используется специальное устройство – шлюз (gateway).

Шлюз, в его обычном понятии, представляет устройство, для «согласования» разноуровневых водных поверхностей, с целью проводки судов. В него входят (выходят) суда различного типа. По аналогии и здесь, название «шлюз» используется как стыковочное по электрическим и логическим характеристикам устройство. Можно сказать, что в нем проводится перекодировка разноуровневых характеристик сигналов из различных не IP сетей, подключаемых к шлюзу. При этом сигналы приводятся в виду, «понятному» в IP сети. Таким образом, общий принцип действия телефонных шлюзов таков:

♦ с одной стороны шлюз подключается к телефонным линиям;

♦ с другой стороны шлюз подключается к компьютеру, который подключён к IP сети и может связаться с любым компьютером в мире.

Таким образом, абонент может связаться с любым телефоном в мире, также подключённым через шлюз в сети.

От абонента в шлюз. Шлюз принимает телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через IP сеть по назначению с использованием протокола IP(коммутация пакетов). .

От шлюза к абоненту. Для пакетов, приходящих из IP сети в шлюз и направляемых в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке.

В чём значимость появления шлюза? До появления шлюза телефонные сети (сети с коммутацией каналов) и IP-сети (сети с коммутацией пакетов) существовали независимо друг от друга и использовались для различных целей. Телефонные сети базируются на аналоговом сигнале и предназначены для ведения разговоров, а IP-сети базируются на цифровом сигнале и используются для передачи данных. Технология IP-телефонии с помощью шлюзов объединила эти сети. В телефонном варианте человеческий голос в виде аналогового сигнала передаётся по телефонным проводам через выделенное подключение. В IP – телефонии голосовой сигнал преобразовывается в цифровую форму («оцифровка сигнала»), разбивается на пакеты, имеющие заголовки, указывающие, куда он должен быть доставлен, и посредством Интернета доставляется к получателю.

Методы снятия информации с датчиков в СРВ. Понятие прерывания широко используется в программном обеспечении компьютеров. Однако количество портов не превышает несколько сотен. А если прерываний тысячи? При таких количествах прерываний производительность систем резко снижается. Почему? Обработка прерывания реализуется программным методом через процессор. Процессор при возникновении прерывания приостанавливает работу программы, которую он обрабатывает (свёртывает процесс), и запускает программу обработки прерывания. После обработки процессор возвращается к прерванной программе (развёртывание процесса). Программа обработки хотя и небольшая, но при таких количествах прерываний процессор может просто захлебнуться, обрабатывая их (сворачивая и разворачивая прерванные процессы). Конечно, можно поставить более производительный процессор, но существует и другая, более существенная причина ограничения прерываний. После обработки прерывания запускаются процессы их реализации. Например, процесс установления соединений. Во всех однотипных процессах используются одинаковые программы. Таким образом, возникают очереди к ним, что резко усложняет логическое взаимодействие программ. При этом такое усложнение никакими суперскоростными процессорами не уменьшить. Это усложнение остаётся, оно просто переводится на более короткие промежутки времени.

Выход из такой ситуации был найден в периодическом снятии информации с датчиков, а не в прерывании от каждого из них. Наиболее наглядно этот принцип можно показать на коммутационном оборудовании программных АТС, в которых он определяется как сканирование устройств (периодический просмотр состояний устройств). Всё оборудование объекта управления снабжено датчиками состояния (в программных АТС они называются “контрольные точки” (КТ)). Все КТ программно - доступны, т.е. их состояния можно считывать из памяти (ЗУ). Специальные программы (программы сканирования) периодически (по таймеру) проводят опрос состояния КТ (так называемые “циклы сканирования”) для каждого типа оборудования. Снятые в цикле сканирования текущие состояния КТ сравниваются с состояниями в предыдущем цикле. При сравнении выделяются те КТ, которые изменили свое состояние по сравнению с предыдущим циклом. Таким образом, за один цикл (опрос состояний) выявляется всё то оборудование, которое изменило свое состояние. Затем вся группа изменений задаётся как входная информация в соответствующие программы. Таким образом, исключается очередь к программам. Например, на таком принципе построено определение состояний «абонент поднял/опустил МТТ».

Разработка принципа периодического опроса явилась техническим решением управления процессами массового обслуживания, в которых объект управления содержит оборудование, исчисляемое тысячами и десятками тысяч единиц.

Принцип позволяет эффективно решить проблему логического взаимодействия программ. Он обеспечивает синхронность выявления изменений датчиков, ибо изменения выявляются за один такт опроса в отличие от прерываний, которые произвольны во времени. Возможно как аппаратное, так и программное создание устройств, реализующих принцип сканирования. В аппаратуре это может быть, например, устройство обработки сигналов, которое периодически считывает (снимает) выходные сигналы от группы подключённых к нему устройств, сравнивает их с предыдущим значением и выдаёт только те сигналы, которые изменили своё состояние.