Анализ Единой сети электросвязи Российской Федерации

2. Системное ПО (СПО) включает в себя инструментальную и исполнительную операционную систему (ОС). Различия инструментальной и исполнительной ОС обусловлены степенью участия человека в управлении работой ЭУС (степенью интерактивности). В инструментальной ОС управление осуществляется, главным образом, посредством команд (директив) оператора. В исполнительной ОС вмешательство оператора минимально и является вспомогательным, например, при возникновении аварийных ситуаций и проведении профилактических работ. Для интерактивного общения используется язык диалога “человек-машина” (MML - Man Machine Language).

3. Прикладное ПО (ППО) делится на основное и вспомогательное. Основное ППО содержит программы и данные, предназначенные для обеспечения технологического процесса установления соединений (коммутационные программы), удовлетворения запросов абонентов и администрации сети связи (административные программы), поддержания работоспособности аппаратно-программных средств ЦСК (программы технического обслуживания). Вспомогательное прикладное ПО (ВСПО) используется на этапе разработки основного прикладного ПО и подготовки ЦСК к эксплуатации.

Этапы разработки (проектирования) программного обеспечения

1. Процесс проектирования (разработки) алгоритмического и программного обеспечения является многоэтапным, иерархическим, итеративным и в соответствии с рекомендациями МККТТ (МСЭ-Т) ведется методом “сверху вниз”. Это способ поэтапной абстракции с возрастающей последовательной детализацией: этапы проектирования алгоритмического и программного обеспечения иерархически упорядочены так, что результаты выполнения данного слоя (уровня) детализируют проектные решения предшествующего уровня и являются исходными данными для следующего, более низкого уровня. Этапы проектирования связаны не только в прямом (от более высокого уровня к более низкому), но и в обратном направлении. Обратные связи используются для уточнений и улучшений проектных решений, что позволяет найти окончательное решение методом последовательных приближений.

2. В соответствии с принятым методом проектирования ПО можно выделить следующие этапы разработки (рисунок 1.5):

спецификация и планирование - разработка укрупненной структурной схемы ПО, определение перечня (спецификации) основных параметров и состава всех процессов;

системное проектирование - выделение стандартных процессов, определение информационных связей между ними;

детальное проектирование - разработка алгоритмов, отражающих действительное поведение системы;

программирование - запись разработанных алгоритмов на одном из языков программирования высокого уровня;

компоновка - связывание отдельных модулей программы в единую систему ПО;

верификация - выявление и устранение ошибок, практически работы по выявлению и устранению ошибок выполняются на каждом этапе разработки ПО;

генерация - запись готовых программ на машинные носители информации, на этом этапе в ПО заносятся данные конкретной коммутационной станции;

документирование - составление документации (описание структуры ПО, алгоритмы, листинг программы, структуры данных, инструкция пользователя и др.), фактически документирование выполняется в процессе всех этапов разработки ПО.

Рисунок 1.5 - Этапы разработки ПО

SDL (Specification and Description Language) - язык спецификаций и описаний.

CHILL (CCITT High Level Language) - язык высокого уровня МККТТ (Международного Консультативного Комитета по Телефонии и Телеграфии)

MML (Man Machine Language) - язык диалога “человек-машина”

На этапах разработки спецификаций, системного и детального проектирования рекомендуется использовать язык SDL (Specification and Description Language) - язык спецификаций и описаний. На этапе программирования рекомендуется использовать язык CHILL (CCITT High Level Language) - язык высокого уровня МККТТ (Международного Консультативного Комитета по Телефонии и Телеграфии), предназначенный для поддержки систем реального времени. На этапах верификации, генерации используется язык диалога “человек-машина” MML ( Man Machine Language).

Основные характеристики программного обеспечения:

1) время реакции - отрезок времени от момента поступления сообщения от управляемого объекта до момента выдачи управляющего сигнала;

2) структурность, структурная (структуризованная) программа состоит из конечного числа стандартных конструкций структурного программирования;

3) адаптируемость. Учет различий между станциями осуществляется на этапе генерации программного обеспечения. С целью минимизации затрат при генерации необходимо на более ранних стадиях разработки предусмотреть возможность получения такого программного обеспечения, которое легко может быть адаптировано к особенностям, присущим каждой коммутационной станции.

4) надежность -качество ПО определяется количеством ошибок допущенных на этапе проектирования ПО. Определить точное количество ошибок невозможно, поэтому используют для количества оценки качества ПО - интегральные показатели:

- среднее время безошибочной работы - зависит от общего числа ошибок, которые подвержены динамическому изменению;

- среднее время устранения ошибок (достаточно большое, т.к. устранение программной ошибки требует внесения изменений в значительную часть текста программы и данных);

- вероятность неправильного соединения и вероятность нарушения установленного соединения.

26. Иерархическая организация ПО ЦСК, понятия иерархических и приоритетных уровней. Дисциплины обслуживания заявок. Понятия абсолютных, относительных и смешанных приоритетов

Основные принципы построения ПО

1 Модульность

При модульном построении ПО разбивается на относительно небольшие по размеру (по количеству занимаемых ячеек памяти) физически и логически независимые “куски”, называемые модулями. Различают: программные модули (обеспечивают обработку данных), информационные модули (содержат обрабатываемые данные);

2 Иерархичность

Взаимоотношения между программными модулями устанавливаются иерархическими и приоритетными уровнями этих модулей.

Принцип иерархичности устанавливает такие отношения подчиненности по управлению, при которых программный модуль иерархического уровня i может вызываться только одним модулем уровня (i - 1) и вызывать любой связанный с ним модуль уровня (i + 1) (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7

Приоритетность

Принцип приоритетности устанавливает такие отношения очередности вызова программных модулей во времени, что при наличии в некоторый момент времени запроса на выполнение программ приоритетных уровней (k -1) и k в первую очередь будут вызваны модули уровня (k - 1).

Очередностью вызова программных модулей разных приоритетных уровней управляет диспетчер прерываний или главный диспетчер (рисунок 1.7). Он находится на нулевом иерархическом уровне и не относится ни к одному из приоритетных уровней. Очередностью вызова программ, относящихся к одному приоритетному уровню, управляет диспетчер приоритетного уровня. Приоритетный уровень программ, относящихся к иерархическому уровню 2 (рисунок 1.7), определяется приоритетом вызывающего диспетчера.

Количество приоритетных уровней зависит от принципа организации системы прерываний ЭУС. В общем случае можно выделить следующие уровни:

0й уровень - уровень аварийных прерываний; к нему относятся программы технического обслуживания, запускаемые по сигналам прерывания от схем аппаратного контроля ЭУС;

1ый уровень для программ обслуживания ввода-вывода, запускаемых по сигналам прерывания от каналов ввода-вывода и внешних устройств;

2ой уровень для программ со строгой периодичностью запуска, запускаемых от таймера;

3ий уровень для периодических программ, допускающих отклонение от расписания запуска;

4ый уровень - базовый уровень, на котором работают основные коммутационные программы. Эти программы имеют самый низкий приоритет, т.к. задержка их запуска или прерывание выполнения не нарушают нормального функционирования коммутационной станции.

Порядок запуска программ, распределенных по приоритетным уровням, обеспечивает операционная система в соответствии с принятой дисциплиной обслуживания заявок.

Различают три вида дисциплин обслуживания:

- абсолютные приоритеты - появление заявки на запуск программы с более высоким приоритетом безусловно прерывает выполнение текущей программы;

- относительные приоритеты - программа с более высоким приоритетом будет запущена по заявке после окончания цикла работы текущей программы, т.е. текущая программа не прерывается;

- смешанные приоритеты, в этой дисциплине обслуживания внутри одного приоритетного уровня порядок запуска программ определяется на основе относительных приоритетов, а между программами разных уровней установлены абсолютные приоритеты. Таким образом текущая программа прерывается при наличии заявки на запуск программы из другого, более высокого приоритетного уровня. Дисциплина обслуживания со смешанными приоритетами применяется в коммутационных станциях.

27. Понятие структуры данных ПО ЦСК. Простые и составные данные. Типы массивов. Одномерные и многомерные массивы (векторы и матрицы). Понятие дескриптора, организация доступа к элементам данных вектора и двумерного массива

Данными называют информацию, которая обрабатывается при выполнении программ, при этом может быть изменено значение или место хранения данных. Данные, обрабатываемые в процессе выполнения одной команды, называются операндами. Структурными единицами информации являются бит, поле, слово, массив, сегмент, страница. Поле - последовательность бит, имеющая определенный смысл. Поле из восьми бит - байт. Слово - последовательность бит, полей или байтов, имеющая смысл. Каждое слово в памяти имеет свой адрес. Массив - последовательность слов, имеющих одинаковый смысл. Сегмент - последовательность структурных единиц информации, сгруппированных с целью названия (различные заголовки). Страница - область памяти, в которую входит несколько массивов и которая обрабатывается одной программой.

Данные подразделяются на типы: данные, определяемые программистом, и данные, определяемые системой. Типы данных зависят от назначения программы. Например, для коммутационных программ данные по составу оборудования определяются программистом, а данные о состоянии оборудования - системой.

Данные в памяти представлены в виде последовательности битов, разделенных на адресуемые слова. Структурой данных называют логическую организацию элементов данных. Например: массив двумерный. Представление в памяти - линейная последовательность ячеек памяти, содержащих целые числа. Логическая организация (структура) - прямоугольная сетка целых чисел, лежащая на плоскости.

Каждая структура данных имеет в ПО свой описатель (дескриптор), в котором содержится индикатор типа данных и дополнительная информация, необходимая для декодирования цепочки битов, в виде которых данные представлены.

Элементы данных подразделяются на простые и составные. Простыми называются элементы данных, операции доступа и изменения для которых выполняются над всем элементом (например, целые числа, логические и символьные данные). Основной структурой составных элементов данных является массив. Массивом называют структуру данных для представления упорядоченного множества элементов одного типа.

Массивы по структуре подразделяются на однородные и неоднородные. Однородные массивы имеют один описатель (дескриптор), неоднородные - разные описатели для разных элементов, представленных в массиве.

По размеру массивы подразделяются на массивы фиксированной и переменной длины. В последних размер динамически изменяется путем включения или исключения элементов (стеки, очереди, списки, деревья, графы).

Массивы фиксированной длины

Векторы - однородные линейные массивы фиксированного размера. Логически вектор организован как последовательность элементов данных - последовательное представление в памяти. К каждому элементу данных возможен индивидуальный доступ с помощью целого индекса, указывающего позицию элемента в последовательности. Индивидуальные элементы данных, входящие в последовательность, могут заменяться новыми, но число элементов меняться не может (рисунок 2.1).

Вектор - одномерный массив. Доступ к элементам вектора управляется индекс, значение которого может вычисляться во время выполнения программы. Формула доступа:

Адр Аi =НА+(i - LB) х Е,

где i - индекс элемента, к которому обеспечивается доступ;

LB - указатель нижней границы диапазона изменения индекса;

Е - длина элемента данных, указывает количество слов памяти (ячеек запоминающего устройства), отводимое для хранения элемента.

Пример: Массив состояний приборов, отображающий все возможные состояния данного типа приборов (свободен и исправен, занят в обслуживании вызова, заблокирован из-за неисправности, занят в профилактических проверках и т.д.). Каждому прибору в массиве соответствует один элемент, длина которого равна одному слову памяти. Если общее число приборов данного типа N, то в массиве должно храниться N слов и объем памяти составит N ячеек (рисунок 2.2).

Для данного массива указатель нижней границы индекса LB=0, длина элемента Е=1.

Адрес, по которому хранится слово состояния прибора с номером i, будет равен:

Адр i=НА+(i - LB)хE= НА+(i -0) х1= НА+i

Матрицы - многомерные массивы, обычно представляются в виде прямоугольной сетки элементов на плоскости (двумерные матрицы). Трехмерный массив можно представить в виде трехмерного параллелепипеда и т.д. На рисунке 2.3 показана обычная матрица 3х4, состоящая из 12 элементов.

Местонахождение каждого элемента определяется двумя индексами. Двумерный массив можно рассматривать как вектор, элементы которого, в свою очередь, являются векторами; трехмерный массив - как вектор, элементы которого являются векторами векторов и т.д. Таким образом, линейный массив можно расширить на более высокие размерности, допуская, что элемент вектора также может быть вектором. Матрица, показанная на рисунке 2.3, может быть представлена как вектор, состоящий из трех векторов. В состав каждого вектора входят элементы одной строки. Такой подход к организации массива позволяет достаточно просто разместить его в памяти и организовать доступ к элементам. Наиболее распространена структура «столбец строк», хотя неважно как матрица рассматривается (может быть «столбец столбцов»). «Столбец строк» - представление, известное как упорядочение по строкам: массив представляется в виде вектора, состоящего из подвекторов, образуемых элементами массива с фиксированными значениями первого индекса (рисунок 2.4).

В случае матрицы, упорядоченной по строкам, в памяти первыми располагаются элементы первой строки, затем - второй и т.д. Этот метод размещения легко распространить на массивы более высокой размерности.

Если матрица упорядочена по строкам, то формула доступа к элементу Аij имеет вид:

Адр Аij =НА+(i - LB1) х S+(j - LB2) х Е,

где S - длина строки.

S=(UB2 - LB2+1) х Е

Пример: Массив индексов (номеров линий и приборов) для коммутационного поля ГИ DX200 (файл 0А). В файле хранится 256 записей (по числу цифровых линий, подключаемых к блоку ГИ). Длина каждой записи 5 байт (рисунок 2.5).

В записях байты 0-ой и 1-ый имеют одинаковое назначение, в них фиксируются индексы обслуживающей ЭВМ и управляющего процесса. Содержимое байтов 2, 3 и 4 зависит от назначения подключаемой цифровой линии. Для данного файла значения границ диапазонов изменения индексов LB1=0, UB1= FF; LB2=0, UB2=4. Длина элемента Е=1, т.к. длина слов памяти равна байту (используются восьмиразрядные ячейки памяти).

На рисунке 2.6 показано представление файла в виде «столбца строк».

Неоднородные массивы фиксированной длины

Требования однородности массива не позволяют сосредоточить в одной области памяти разнообразные данные (например, полную абонентскую характеристику или характеристику направления связи и др.). Для хранения данных такого рода используются неоднородные массивы, которые могут быть многомерными.

Пример: Массив первой ступени абонентских характеристик (АХ) АТСЭ КВАНТ.

СКО - сокращенный класс обслуживания (тип сервиса с ограниченным набором ДВО)

Табл. НС - таблица нормализованных сотен, структура данных для определения значений пяти цифр абонентского номера: сотен (С), тысяч (Т), третьего индекса станции (И3), второго индекса станции (И2), первого индекса станции (И1)

ДЕ - цифры десятков и единиц списочного номера абонента

ППЗУ - полупостоянное запоминающее устройство, область памяти для хранения таблиц второй ступени АХ

Массивы переменного размера

Для хранения данных, которые поступают с устройств ввода в неизвестном заранее количестве или генерируются при работе программ непредсказуемым образом, используются массивы переменной длины. Они могут динамически расти и сокращаться во время выполнения программы. Представление в памяти тесно связано с тем, каким образом массив может расти и сокращаться. В качестве основных операций для массивов переменного размера рассматриваются операции включения новых элементов и исключения существующих. Доступ к элементам массивов переменного размера чаще всего относительный: найти элемент следующий (или предыдущий) по отношению к данному, найти последний элемент и т.д. Позиции элементов могут меняться при изменении размера массива.

Для массивов переменного размера, кроме последовательного представления в памяти, используется метод связанного представления: текущий элемент содержит указатель на позицию следующего и/или предыдущего элемента.

Стеки являются простейшей разновидностью линейных массивов переменного размера. Включение и исключение элементов ограничено только одним концом стека, называемым вершиною стека. Доступ разрешается только к элементу, расположенному на вершине стека, поэтому порядок доступа определяется правилом FILO (First In Last Out) - первым вошел, последним вышел. Для стеков применяется как последовательное, так и связанное представление в памяти.

Очереди отличаются от стеков тем, что доступ разрешен к обоим концам массива: включение новых элементов производится с нижнего конца, а исключение элементов - с вершины. Таким образом, очередь увеличивается с конца, сокращается с начала, действует правило FIFO (Fist In First Out) - первым вошел, первым вышел. Для очередей применяется как последовательное, так и связанное представление в памяти.

Списки являются линейными массивами, в которых включение и исключение элементов может выполняться в произвольных точках. Доступ возможен к любому, но только путем «прокручивания» списка, начиная с первого элемента, т.е. списки относятся к структуре данных с последовательным доступом. Каждый элемент содержит указатель на следующий. Если указатель задает только один следующий элемент, список называется однонаправленным. Если также есть указатель предыдущего элемента, список - двунаправленный. Списки имеют только связанное представление в памяти.

28. Классификация данных ПО ЦСК по сроку жизни: постоянные, полупостоянные, оперативные. Организация полупостоянных данных. Графовая модель многоступенчатой таблицы. Понятия индексных и поисковых таблиц. Достоинства и недостатки

Данные по времени жизни подразделяются на:

постоянные данные, которые не изменяются в нормальном режиме работы ПО (таблицы констант, значения табличных функций, таблицы расписаний запуска программ и др.). Несанкционированный доступ к этому виду данных предотвращают специальные средства защиты памяти;

полупостоянные данные, которые могут быть изменены по командам оператора (абонентские, станционные и внестанционные характеристики);

оперативные данные, изменяются программами прикладного ПО и исполнительной операционной системы (данные о состояниях физических объектов и процессов).

Формирование первоначальных значений постоянных и полупостоянных данных осуществляется с помощью программ инициализации (первоначального запуска) и восстановления.

Данные, входящие в состав программного обеспечения, образуют базу данных. К базе данных предъявляются следующие требования:

· быстрый доступ к необходимой информации, чтобы обеспечить требуемую скорость обработки вызовов;

· целостность и непротиворечивость данных;

· оптимальное использование ресурсов памяти путем дублирования данных только там, где это технически целесообразно;

· возможность расширения структуры данных с незначительными затратами при согласовании базы данных при расширении станции.

Базы данных могут быть централизованными и децентрализованными. Децентрализация базы данных имеет следующие недостатки:

- увеличение общих потребностей в памяти;

- усложнение операций по изменению данных в распределенной памяти;

- необходимость наличия дополнительных средств для обеспечения непротиворечивости (согласованности) данных;

- увеличение времени на загрузку базы данных.

Объем, содержимое и организация базы данных зависит от системной организации коммутационной станции и от объема требуемых услуг связи. Надежность базы данных обеспечивается дублированием информации на магнитных и оптических носителях.

Структуры полупостоянных данных

Виды таблиц

Полупостоянные данные относятся к категории справочной информации. Одной из основных структур таких данных являются таблицы, при помощи которых обеспечивается доступ к искомой информации (объектным параметрам) по известным исходным параметрам. Различают индексные и поисковые таблицы.

В индексных таблицах каждому исходному параметру ставится в соответствие набор объектных параметров. Объектные параметры расположены в таблице последовательно друг за другом в порядке нумерации исходных параметров.

Пример: таблица абонентских характеристик (рисунки 2.7, 2.8).

Номера разрядов ячеек памяти

НА - начальный адрес массива

СтН - станционный номер абонента (номер абонентского комплекта)

Исходным параметром для поиска нужной абонентской характеристики (АХ) является станционный номер абонента, представленный в двоичной системе. Поиск местонахождения АХ производится смещением относительно начального адреса (НА) массива АХ.

В поисковых таблицах (ассоциативных) выбор объектных параметров производится не по внешнему признаку, а по ключу, с которым сравнивается каждое слово таблицы.

Поисковые и индексные таблицы, как правило, являются многоступенчатыми (рисунок 2.9). Результирующая структура такой таблицы является древовидной. Верхний узел называется корнем, нижние - терминальными элементами (объектные параметры).

Рисунок 2.9 - Структура многоступенчатой таблицы

Рисунок 2.10

Если каждому узлу, за исключением терминальных, поставить в соответствие некоторую таблицу, то получим реализацию древовидной структуры на основе многоступенчатой таблицы (например, рисунок 2.10).

29. Автоматная модель коммутационной станции. Состояния автомата. Граф установления соединения. Многоэтапный принцип обслуживания вызова. Виды коммутационных программ

Состояния автомата.

Структура системы коммутационных программ, обеспечивающих обслуживание вызова, определена на основе автоматной модели коммутационной станции.

Процесс работы автомата может быть отражен с помощью состояний:

· входов x (t) = х1, х4 …хn;