Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап развития общества характеризуется высокими темпами информатизации, следствием которой является рост объемов обрабатываемой и передаваемой информации. Удовлетворение возрастающих потребностей в обработке и передаче информации возможно за счет интеграции средств вычислительной техники и связи на основе развития цифровых систем интегрального обслуживания и систем распределенной обработки информации.
В настоящее время разрабатываются концепции интеллектуальной сети (ИС) и цифровой сети интегрального обслуживания (ЦСИО). Эти архитектуры основаны на цифровых методах коммутации и передачи и совместно могут обеспечить широкий диапазон услуг по передаче данных, речи и изображений, удовлетворяющих требованиям абонентов сетей связи.
Наиболее перспективным для реализации таких сетей в настоящее время среди существующих методов передачи информации является метод быстрой коммутации пакетов , т.к. при его использовании обеспечивается высокая производительность коммутационной системы за счет параллелизма в обработке быстрых пакетов при использовании мультипроцессорных систем. Кроме того, используются более простые протоколы канального уровня, т.к. вероятность ошибок при применении волоконно-оптических линий связи весьма мала.
Интеграция сетей связи и технологии распределенной обработки информации способствует взаимному рззвитию обеих областей и дает новые возможности для удовлетворения потребностей пользователей различного класса, т.к. образуемые при этом узлы коммутации, хранения и обработки информации обладают универсальностью и гибкостью. В качестве элементной базы такій узлов предлагается использование микропроцессоров с расширенными коммуникационными возможностями, т.е. транспьютеров.
Использование метода быстрой коммутации пакетов ограничивается величиной задержки, т.к. задержка влияет на качество передаваемой речи. Поэтому при проектировании важен анализ возможных способов построения коммутационных полей, являющихся ядром узлов коммутации, хранения и обработки информации, с точки зрения минимизации величины задержки.
Целью диссертации является разработка метода
'№
расчета основных характеристик и их анализ для коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов различной топологии на базе транспьютерных технологий.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:
анализ и исследование программно-аппаратных средств интеллектуальных сетей и обоснование транспьютерной технологии как основы для создания коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов;
разработка методов анализа коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов на транспьютерной основе;
выбор оптимальной топологии транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов по задержке и пропускной способности.
Методы исследования. В работе использованы методы теории вероятностей, методы аппарата теории множеств, теории массового обслуживания, теория однородных вычислительных структур.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
-
Обоснована возможность применения транспьютеров для построения коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов. При этом, помимо обеспечения информационной пропускной способности в 5340 быстрых пакетов в секунду по каждому направлению передачи, что соответствует ИКМ-сигналам, поступающим со скоростью 2.048 Мбит/с, приема быстрого пакета, его маршрутизации и передачи, для существующих на сегодняшний день типов транспьютеров остается запас вычислительной мощности, который может быть использован при распределенной обработке информации и обеспечить предоставление абонентам постоянно и легко расширяемого спектра услуг.
-
Разработан метод расчета задержки и пропускной способности транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов, базирующийся нз представлении функционирования буфера как конечной дискретной цепи Маркова с учетом модели параллелизма, реализованной в транспьютерах. Метод использован при оценке пропускных способностей и задержек каналов транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов, а также может быть использован с целью оптимизации структуры транспьютерных коммута-
ционных полей для быстрой коммутации пакетов.
-
Предложено два варианта реализации базового коммутационного элемента (БКЭ) для построения коммутационных полей на быстрой коммутации пакетов: четырехтранспьютерный (БКЭ-4) и шестит-ранспьютерный с возможностью альтернативных маршрутов по всем направлениям (БКЭ-6). При интенсивности потока пакетов, не превышающей 5340 быстрых пакетов/сек на один транспьютерный канал, и равномерном распределении нагрузки по выходам коммутационного поля, оптимальным с точки зрения пропускной способности является БКЭ-4, а при неравномерном распределении нагрузки по выходам коммутационного поля, оптимальным по пропускной способности является БКЭ-6 при времени обслуживания пакета не более 135 мкс и емкости буфера, достаточном для размещения восьми пакетов. С точки зрения аппаратных затрат оптимальным является БКЭ-4.
-
Анализ однородных вычислительных структур (0БС-структур) на базе транспьютерной технологии как основы для построения коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов показал, что такие ОЕС-структуры являются адекватным средством при реализации метода быстрой коммутации пакетов, т.к. транспьютер является устройством, сочетающим в себе на физическом уровне асинхронную передачу информации по каналам сеязи и пакетную коммутацию между канала/л транспьютера, и обеспечивает необходимые характеристики по пропускной способности п задержке, и, следовательно, транспьютерные ОЕС-структуры могут быть использованы для построения коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов.
Личный вклад автор а. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором.
Практическая ценность работы.
Разработанный в диссертации метод расчета основных характеристик транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов и каталог топологий таких коммутационных полей могут быть использованы при создании систем распределенной обработки информации и интеллектуальных сетей. Предлагаемый метод расчета основных характеристик транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов реализован в среде программирования Турбо-Си на ПЭЕМ IEM FC.
Реализация результатов работы.
Метод расчета основных характеристик и построения транспь-
'/с
ютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов используется в учебном процессе в Восточно-Сибирском технологическом институте и может быть рекомендован для использования при проектировании сетей ОД с быстрой коммутации пакетов.
Полученные в диссертации основные результаты были Енедрены в опытном образце транзитной коммутационной станции на быстрой коммутации пакетов, экспонировавшейся на международной выставке "Связь-93".
Аппробация работ ы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио-(Москва,1992), на пятой Всесоюзной научно-технической конференции "Однородные вычислительные системы, структуры и среды" (Москва, 1991), Международном форуме информатизации (Москва, 1992, 1993), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МТУСИ (Москва, 1991, 1992, 1993, 1994).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, список литературы включает 97 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Предложенная математическая модель транспьютера как коммутационного элемента для быстрой коммутации пакетов на базе аппарата конечных дискретных цепей Маркова, учитывающая архитектуру транспьютера и особенности реализации на нем метода быстрой коммутации пакетов, адекватно отражает динамику его работы.
-
Разработанный метод расчета задержки и пропускной способности позволяет выполнить анализ влияния топологии, маршрутизации, размера буферов на максимально возможную пропускную способность транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов.
-
Использование ОВС-структур на базе транспьютерной технологии и принципов распределенной обработки информации обеспечивает высокую производительность, наращиваемость и надежность коммутационно-вычислительных полей для быстрой коммутации пакетов.
