Структуры КС при быстрой коммутации пакетов
В процессе развития Ш-ЦСИО был рассмотрен ряд структур КС с БКП.
КС шинного типа. Для соединения входных и выходных контроллеров (ВхК и Вых) используется высокоскоростная шина (моноканал) с временным мультиплексированием (рис. 4).
КС кольцевого типа. Входные и выходные контроллеры подключаются к кольцевой шине (рис. 5). Коммутационные системы кольцевого типа использовались при реализации системы ORWELL - Ring. Разработчики системы использовали параллельно
несколько КС, организовав структуру КС в виде тора.
КС с общей памятью. Входные и выходные контроллеры КС соединены между собой не через шину, а через общую память (рис. 6), запись в которую производится всеми входными контроллерами, а считывание — всеми выходными контроллерами. В памяти можно реализовать как входные, так и выходные БЗУ, использование выходных БЗУ является более предпочтительным. К недостаткам КС этого типа можно отнести ее высокие сложность и стоимость.
КС матричного типа (рис. 7). В общем случае БЗУ КС могут располагаться в выходных контроллерах, во входных контроллерах и в каждом узле матрицы — коммутационном элементе (КЭ). В ряде работ показано, что наиболее эффективным является размещение БЗУ в выходных контроллерах матричных КС.
В настоящее время наиболее перспективной считается КС матричного типа. Общепризнано, что построение таких КС на основе двоичных коммутационных элементов (с двумя входами и двумя выходами) позволяет достичь высокой эффективности построения КС. Матричные КС с двоичными КЭ часто называют двоичными КС.
Многокаскадные КС. Двоичная коммутационная система представляет собой регулярную решетку, составленную из однотипных двоичных КЭ (рис.8), каждый из которых имеет по два входа и по два выхода. КЭ может находиться в одном из двух состояний: 1) передача БП с верхнего (нижнего) входа КЭ на верхний (нижний) выход КЭ (о) — «транзит»; 2) передача БП с верхнего (нижнего) входа КЭ на нижний (верхний) выход КЭ (б) — «кросс».
Однокаскадная КС содержит только один каскад КЭ, соединяющих входы КС с ее выходами, что явно недостаточно для обеспечения полнодоступности КС. В связи с этим широкое применение находят многокаскадные КС. В зависимости от числа возможных путей между соответствующей парой вход-выход КС подразделяются на КС с единственным маршрутом и КС со многими маршрутами.
Многокаскадные КС, в которых существует только один маршрут между заданной парой вход-выход, носят название КС с единственным маршрутом (одномаршрутные). К ним относятся КС типа Баньян (КС-Б). Существует несколько подклассов КС-Б.
В L- каскадных КС-Б каналами передачи (промежуточными шнурами — ПШ) соединяются только соседние каскады КС-Б, так что каждый маршрут проходит через все L каскадов. В этом подклассе, в свою очередь, можно выделить регулярные и нерегулярные КС-Б. В регулярной КС-Б используются КЭ только одного типа, а в нерегулярной — КЭ разных типов. Для «реализации в виде сверхбольших интегральных схем (СБИС) лучше всего подходят регулярные КС-Б, которые в настоящее время являются основными при создании Ш-ЦСИО.
Преимущество КС с единственным маршрутом — простота маршрутизации, что связано с наличием единственного маршрута к заданному выходу, а недостаток — возможность возникновения конфликтов и блокировок БП.
Процесс маршрутизации в КС такого типа состоит в следующем. В заголовке каждого БП находится маршрутное поле S, представляющее собой последовательность двоичных разрядов, число которых равно числу каскадов в КС. В каждом каскаде КС происходит декодирование соответствующего разряда маршрутного поля, причем если разряд равен 1, то КЭ, на который поступил БП, реализует операцию «кросс»; в противном случае (разряд равен 0) — операцию «транзит». Могут быть и другие принципы выбора выхода в КЭ.
Число каскадов в двоичных КС зависит от числа входов в нее. При числе входов N для обеспечения полнодоступности, т.е. наличии хотя бы одного пути между каждым входом, необходимо иметь число каскадов n=lg2N. Так, при восьми входах в двоичную КС необходимо иметь три каскада. Соответственно заголовок БП тоже должен иметь три разряда.
В случае, когда на вход КЭ одновременно поступают два БП, которые должны быть переданы на один и тот же выход КC, возникает конфликт БП с возможностью потери одного или обоих БП.
Чтобы устранить такие конфликты, на входе или выходе КЭ ставят БЗУ, в котором один из двух находящихся в конфликтном состоянии БП задерживается на время передачи другого БП, которому дан по тем или иным причинам приоритет.
Перед тем как БП будет передан, необходимо убедиться, что он может быть принят. Отказ в его приеме может возникнуть из-за того, что БЗУ КЭ не имеет свободного места ожидания.
Для этих целей КЭ соседних каскадов обмениваются специальными протокольными сигналами. В том случае, когда КЭ готов к передаче БП, он посылает протокольный сигнал «запрос» (REQ) соответствующему КЭ следующего каскада. Если в БЗУ этого КЭ есть свободное место, то он посылает ответный протокольный сигнал «подтверждение» (АСК). При получении сигнала АСК КЭ начинает передачу БП. Если сигнал АСК за определенное время не получен, то передача БП задерживается :и ' через некоторое время повторяется посылка сигнала REQ или БП теряется.
Состояние. когда БП не может быть принят КЭ следующего каскада называется внутренней блокировкой.
Прием БП не может быть обеспечен также иэ-эа повреждения КЭ следующего каскада. В последнем случае в КС с единственным маршрутом передача БП на соответствующий выход по данному ВК невозможна до ремонта и восстановления исправного состояния КС.
Можно значительно снизить вероятность конфликтного состояния и блокировки путем использования КС со многими маршрутами, позволяющего благодаря наличию множества альтернативных маршрутов между каждой парой вход-выход уменьшить вероятность внутренних блокировок. Кроме того, КС со многими маршрутами обладает более высокой отказоустойчивостью.
Возможны два основных альтернативных варианта осуществления маршрутизации БП в КС со многими маршрутами.
Первый вариант состоит в том, что все БП, передаваемые по одному и тому же виртуальному каналу линии связи, передаются через КС полностью независимо друг от друга любым из возможных маршрутов (аналог датаграммного режима передачи пакетов в сети КП). При этом в соответствии с рекомендациями МККТТ необходимо предусмотреть специальный механизм «сборки» отдельных БП, относящихся к одному ВК, позволяющий сохранить их начальную последовательность.
Второй вариант заключается в передаче всех БП, относящихся к одному ВК, по маршруту, определенному на фазе установления ВК. Это гарантирует сохранение требуемой последовательности БП при использовании БЗУ с дисциплиной обслуживания «первый пришел — первый обслужен». Вместе с тем этот вариант маршрутизации требует введения достаточно сложного алгоритма маршрутизации для оптимального использования существующих путей в КС. Кроме того, преимущества наличия в КС множества альтернативных маршрутов используются только на этапе установления ВК, а не при передаче БП.
Одним из примеров КС со многими маршрутами может служить КС, получившая название схемы Бенеша, в которой имеются две ступени каскадов: каскады выбора маршрута и основные каскады. Основные каскады схемы Бенеша представляют собой обычную схему Баньян (т.е. КС-Б), а следовательно, число основных каскадов в схеме Бенеша, как и в КС-Б, равно n=lg2N , где N — число входов в КС.
Каскады выбора маршрута обеспечивают организацию альтернативных маршрутов. При этом число каскадов в ступени выбора маршрута определяется необходимым числом альтернативных маршрутов. Так, если требуется организовать два альтернативных маршрута, то в ступени выбора маршрута необходимо иметь один каскад, поскольку в этой ступени также применяются двоичные КЭ. При четырех альтернативных маршрутах, очевидно, требуется два каскада.
В КС, построенной по схеме Бенеша (КС-Бен), как и в КС-Б, возможно возникновение конфликтных состояний, ведущих к состязаниям БП. Такие конфликты БП устраняются с помощью введения БЗУ и специального протокола обмена сигналами REC и АСК, которые позволяют вместо конфликтов (состязаний) иметь дело с внутренними блокировками БП. Однако это снижает скорость передачи БП по КС. При использовании КС на оптических КЭ, для которых создание БЗУ сопряжено с большими трудностями, применение КС-Б и КС-Бен невозможно. В связи в этим была разработана КС, не использующая БЗУ, в которой отсутствуют конфликты БП.
В такой коммутационной системе перед КС-Б устанавливается несколько каскадов, образующих сортирующую схему Бетчера. В схеме Бетчера используются двоичные КЭ, аналогичные КЭ КС-Б. Однако правила передачи БП с входа на выход КЭ в схеме Бетчера иные, чем в КС-Б.
Если на оба входа КЭ сортирующей схемы Бетчера поступают БП, то осуществляется сравнение разрядов маршрутных полей этих двух БП. При этом БП, у которого сравниваемый разряд имеет значение 1, тогда как у другого БП этот разряд равен 0, направляется на один из выходов. Второй БП передается на второй выход КЭ. Если эти разряды равны, то сравнивают следующие разряды и т.д. до нахождения различия в значениях соответствующих разрядов, после чего принимается решение.
Когда все разряды маршрутных полей у двух поступивших БП равны, сравнивают соответствующие разряды информационных полей.
Если на один из входов не поступает БП, то считается, что на этот вход поступил пассивный БП, значения всех разрядов маршрутного и информационного полей которого равны 0.
Коммутационная система является одним из основных элементов УК Ш-ЦСИО. Кроме КС на УК имеются распределитель (Р), в состав которого входит БЗУ, и управляющее устройство. В функции входного распределителя (контроллера) входят прием из ВЛС ячеек, приписывание им заголовка (маршрутного поля) и распределение полученных после этой процедуры БП по входам КС. Функциями выходного распределителя являются прием БП с выходов КС, изъятие их заголовка (маршрутного поля) и передача в ИЛС образованных таким образом ячеек.
Управляющее устройство осуществляет функции выбора маршрута передачи БП по КС и формирования соответствующего этому маршруту маршрутного поля выполняемые на этапе установления виртуального канала. На этапе разъединения ВК УУ передает в распределитель сигнал о стирании этой информации.
Управляющее устройство УК Ш-ЦСИО является сигнальной точкой системы сигнализации N7.
ЛЕКЦИЯ 18
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 325;