Трехкаскадная коммутационная система для сетей передачи данных

• Автор: Барабанова, Елизавета Александровна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ТЕРМИНОВ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СПОСОБОВ ПОСТРОЕНИЯ И АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ КОММУТАТОРОВ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

1.1 Анализ архитектур коммутаторов сетей передачи данных

1.1.1 Общая шина.

1.1.2 Коммутаторы с разделяемой памятью.

1.1.3 Коммутатор с полиосвязной топологией

1.1.4 Матричные коммутаторы

1.2 Анализ алгоритмов работы многокаскадных схем

1.2.1 Особенности процесса установления соединений

1.2.2 Многокаскадные схемы коммутации для СПД.
1.2.3 Баньяноподобные коммутационные структуры
1.3 Патентный анализ многокаскадных коммутационных систем.
1.4 Постановка задачи исследования.
ВЫВОДЫ ПО IГЕРВОЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМА РАБОТЫ ТРХКАСКАДНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАНШЛХ.
2.1 Задание структуры трехкаскадной коммутационной системы.
2.2 Разработка алгоритма работы трехкаскадной коммутационной системы
2.3 Описание алгоритма работы трхкаскадной коммутационной системы.
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ТРХКАСКАДНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПОИСКОМ КАНАЛОВ СВЯЗИ.
3.1 Функциональные схемыг коммутационных блоков
3.2 Функциональные схемы ячеек коммутации.
3.3 Процесс функционирования трехкаскадной коммутационной системы.
3.4 Технический результат разработки трехкаскадной коммутационной системы
3.5 Рекомендации по выбору технологии изготовления трхкаскадной коммутационной системы.
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ТРХКАСКАДНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.
4.1 Имитационное моделирование работы ячеек коммутации
4.1.1 Анализ работы ячейки коммутации выходного каскада
4.1.2 Анализ работы ячейки коммутации промежуточного каскада
4.1.3 Анализ работы ячейки коммутации входного каскада.
4.2 Имитационное моделирование алгоритма работы трхкаскадной коммутационной системы
4.2.1 Структура программы моделирования коммутационной системы .
4.2.2 Моделирование структуры коммутационной системы.
4.2.3 Случайное генерирование команд коммутации
4.2.4 Моделирование процесса коммутации
4.2.5 Расчт характеристик качества обслуживания КС
4.2.6 Сравнительный анализ работы КС.
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВРТОЙ ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ТЕРМИНОВ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И
СОКРАЩЕНИЙ
КС коммутационная система
КБ коммутационный блок
СПД сеть передачи данных
БКС блокируемая коммутационная система
НКС неблокируемая коммутационная система
СНКС строго неблокируемая коммутационная система
ННТКС неблокируемая в широком смысле коммутационная система
НГГТКС перестраиваемая коммутационная система
УУ устройство управления
.УУ центральное устройство управления
ЛУУ локальное устройство управления
КЭ коммутационный элемент
ЯК ячейка коммутации
БЗУ буферное запоминающее устройство
ПЗУ постоянное запоминающее устройство
УСЗ узел ускоренного распространения сигнала занято
ОЗУ оперативное запоминающее устройство
БМК базовый матричный кристалл
ИС интегральная схема
ТТЛ транзисторнотранзисторная логика
ЭСЛ эмиттерносвязанная логика
пМОП логика, построенная на основе структуры металокислительполупроводник с пканалом
КМОП логика, построенная на основе структуры металокислительполупроводиик с транзисторами разной проводимости.
г
ВВЕДЕНИЕ
Экономическая эффективность сети передачи данных зависит от суммарной стоимости услуг, предоставляемых этой сетью. Данная величина определяется пропускной способностью сети, которая, в свою очередь, зависит от возможностей коммутационного оборудования.
Пропускная способность коммутаторов сетей передачи данных характеризуется следующими параметрами мкостью коммутационной
системы КС, скоростью передачи пакетов и скоростью коммутации.
Вопросом повышения скорости передачи пакетов активно занимаются разработчики коммутационного оборудования многих стран мира, которые стремятся повысить пропускную способность своих систем за счт новых и порою недоступных на сегодняшний день технологий ,,,,. Скорости коммутации, под которой подразумевается время установления соединений, напротив, уделяется недостаточное внимание.
Вопросам разработки архитектуры и алгоритма работы КС, от которых зависит скорость коммутации, посвящен ряд работ российских и зарубежных учных В.В. Жилы, Н.И. Витиски, О.Б. Макаревича, Каляева, В.И. Кодачигова, К.Е. , С.А. , V и др. , , , . Анализ данных исследований позволяет сделать вывод о том, что существенное преимущество в скорости установления соединений имеют алгоритмы параллельного поиска каналов связи.
Известные в настоящее время КС с параллельным принципом установления соединений коммутатор Баньяна, сортирующие схемы, используемые для построения коммутаторов сетей передачи данных, работают в режиме разовой коммутации, предполагающем чткое разделение во времени процесса установления соединений и передачи пакетов ,,. Это служит ограничением дальнейшего роста пропускной способности таких коммутаторов.
Не позволяют добиться высокой пропускной способности и существующие КС сетей передачи данных с последовательным принципом
установления соединений, к которым относят коммутаторы с разделяемой памятью и общей средой передачи шиной. Для коммутаторов с разделяемой памятью критическим параметром является скорость обращения к запоминающему устройству, а для общей шины е пропускная способность. Эти параметры ограничивают масштабируемость и пропускную способность таких коммутаторов.
В связи с вышеизложенным возникает необходимость в разработке научных основ создания и исследования общих свойств и принципов функционирования элементов коммутационных систем с параллельным принципом установления соединений, использование которых позволит повысить пропускную способность и масштабируемость коммутационного оборудования сетей передачи данных.
В качестве исследуемых элементов коммутации предлагается использовать коммутационные блоки трехкаскадных коммутационных систем, выбор которых обуславливается требованием меньшего числа коммутационных
элементов для построения трхкаскадной КС, по сравнению с матричными коммутаторами при одинаковом числе входов.
Актуальность


Для описания алгоритма работы КС задаются следующие матрицы трхмерная матрица А у, моделирующая структуру буферных запоминающих устройств, в которую записываются команды коммутации, поступающие па выходы КС. Одна координата матрицы соответствует номеру пакета в очереди данного выходов КС г, вторая номеру коммутационных блоков КБ промежуточного каскада у, третья номеру КБ выходного каскада г. В каждую позицию матрицы, соответствующую одному и тому же номеру выхода КС О и расположенную на пересечении строки у 1,У и столбца ъ 1,2, записываются элементы ау,г х,п, представляющие собой команды коммутации. Распределение команд коммутации по КБ промежуточного каскада сводится к построению двумерной матрицы команд коммутации А у, соответствующей одному из состояний КС а именно в данный такт процесса установления соединений. При этом все элементы матрицы Ак удовлетворяют следующим ограничениям число записей в каждом столбце не может превышать числа т, т. КБ выходного каскада одинаковые записи не могут более одного раза встречаться в одном столбце. Вводится матрица Ак. Матрица А, отличается от матрицы Ак тем, что ее элементы ау,2хгп должны удовлетворять следующему третьему ограничению в этой матрице не допускаются пересечения каналов связи в промежуточном каскаде. Вводится матрица Ак ненулевые элементы которой
на шаге принадлежат также матрице А к , но не принадлежат матрице Ак. Начальной информацией для работы алгоритма служит программа коммутации Р, определяющая номер входа, с которым необходимо соединить соответствующий выход. Третья глава посвящена разработке структуры трхкаскадной КС с параллельным поиском каналов связи и описанию е работы. Предлагаемая КС содержит элементов коммутации 1. У, образующих промежуточный каскад, х элементов коммутации 3. Элементы коммутации в данном случае представляют собой коммутационные блоки КБ. В известной трхкаскадной КС с параллельныой настройкой для установления соединений применяется разовый режим коммутации, в соответствии с которым система функционирует в три этапа 1ЫЙ этапнастройка схемы 2 этаппередача информации 3,1И этапразборка каналов связи. На этапе процесса установления соединений осуществляется поиск свободных промежуточных путей, на втором этапе происходит передача полезной информации по настроенным каналам связи. При этом новый этап установления соединений может начаться только после окончания процесса передачи всеми устройствами. Предлагаемая трехкаскадная КС с параллельным поиском каналов связи может работать в трех режимах в режиме установления соединений, при котором производится поиск и фиксация каналов связи, в режиме передачи информации и в режиме разборки каналов связи, ставших ненужными. При этом новый этап установления соединений может происходить совместно с передачей пакетов и разборки каналов связи. Повое свойство системы заключается в возможности параллельной обработки требований, поступающих в случайные моменты времени. В четвртой главе описана методика проведения экспериментальных исследований работы элементов коммутации, подтверждающая теоретические результаты, полученные во второй и третьей главах. Для экспериментальной проверки работы элементов коммутации, в программе ii 7 собраны функциональные схемы разработанных ячеек коммутации. В результате проведнного анализа экспериментальных данных можно придти к выводу, что введнные дополнительные элементы позволяют
блокировать ячейки, по которым осуществляется передача пакетов, для того, чтобы свободные ячейки были задействованы в новом процессе установления соединений. Для экспериментальной проверки корректности алгоритма работы в среде Vi i ii создана имитационная модель трхкаскадиой коммутационной системы. Результаты имитационного моделирования подтверждают выводы о повышении пропускной способности коммутаторов сетей передачи данных в случае использования разработанного алгоритма параллельного поиска и реализующих его функциональных схем элементов коммутации. В заключении формулируются основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, и выделяются возможные направления дальнейших исследований.