Трёхкаскадные коммутационные системы для многопроцессорных вычислительных систем и сетей передачи данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Трёхкаскадные коммутационные системы для многопроцессорных вычислительных систем и сетей передачи данных

Дмитриев В.Н.

Введение

Ключевым элементом, определяющим построение любой сети связи, являются коммутационные системы (КС). Они находят применение в автоматических телефонных станциях, в многопроцессорных вычислительных системах (МВС), сетях передачи данных и некоторых системах сбора технологической информации и т.п.

При этом важнейшей характеристикой КС является скорость установления соединений.

Скорость установления соединений напрямую зависит от архитектуры и алгоритма работы КС. Этим вопросам посвящено ряд работ российских и зарубежных учёных: В.В. Жилы, Н.И. Витиски, О.Б. Макаревича, А.В. Каляева, В.И. Кодачигова, K.E. Batcher, C.A. Closs, V.E. Benesи др., из которых можно сделать вывод, что существенный выигрыш в скорости установления соединений дают алгоритмы параллельного поиска каналов связи.

Алгоритм работы КС определяется режимом коммутации. Существует одиночный, пачечный и разовый режим. При одиночной коммутации соединения возникают или завершаются по одному, при пачечной коммутации - пачками или группами, при разовой - все одновременно. Пачечный режим является универсальным, так как при числе соединений в каждой пачке, равном единице, получается одиночный режим, а если в пачку входят все соединения - разовый режим [2].

Используется матричная и многокаскадная архитектура КС, частным случаем которой является трёхкаскадная схема. Для построения трёхкаскадной коммутационной системы требуется меньшее число коммутационных элементов по сравнению с матричными коммутаторами, поэтому они являются более перспективными при большом числе входов в КС.

Современные методы настройки трёхкаскадных КС не позволяют производить параллельную настройку систем, работающих в пачечном режиме. Поэтому возникает необходимость в разработке научных основ создания и исследования общих свойств и принципов функционирования элементов трёхкаскадных КС с параллельным принципом установления соединений, для использования в МВС и сетях передачи данных [2].

Коммутационная система для многопроцессорных вычислительных систем

Коммутационные системы, применяемые в МВС, имеют ряд отличий от систем, используемых в телефонии или сетях передачи данных. Одним из таких отличий является то, что заявки на соединения в системе поступают в разовом или пачечном режиме. Для эффективной работы КС должна иметь время настройки больше или равным времени передачи информации tнастр ? tперед. Разработанная трёхкаскадная КС с централизованным управлением и параллельной идентификацией свободных каналов данных на фоне передачи информации удовлетворяет этим требованиям.

Алгоритм поиска свободных каналов данных в этой системе реализуется в контроллерах. Результатом этого алгоритма являются параллельные идентификаторы свободных ячеек коммутации, через которые возможно соединить нужный вход с нужным выходом. Архитектура ячеек коммутации позволяет производить настройку системы на фоне передачи информации.

Можно оценить сокращение времени настройки, полученное в результате замены последовательного поиска параллельным методом (рис.1). В известных методах поиск каналов данных производится последовательно для каждого входа и время поиска всех каналов данных составляет:

, (1)

где

h - количество каскадов в КС,

N - число входов системы.

Время параллельной идентификации каналов связи составляет:

Tпар=log2(QN), (2)

где Q - число промежуточных каскадов в коммутационной системе [1].

Рис. 1. Зависимость времени поиска каналов от числа входов в коммутационной системе с параллельной идентификацией поиском каналов связи.

многопроцессорный вычислительный коммутационный

График показывает, что применение разработанного метода поиска каналов даёт выигрыш во времени. На графике представлены зависимости времени настройки от числа входов системы для вариантов последовательного поиска и параллельного в КС с различным числом коммутационных блоков в промежуточном каскаде (4, 8, 32, 64). Причём, чем больше число Q коммутационных блоков в промежуточном каскаде, тем меньше время установления соединений в системе.

Коммутационная система для сетей передачи данных

Для повышения пропускной способности коммутационного оборудования сетей передачи данных предлагается алгоритм параллельного поиска каналов в трёхкаскадной КС, базирующийся на теоретико-множественной модели. Для реализации данного алгоритма разработаны функциональные схемы элементов трёхкаскадной КС, позволяющие осуществлять процесс установления соединений параллельно с передачей пакетов.

Предлагаемая КС использует метод параллельного поиска каналов связи, отличающийся от известных тем, что позволяет осуществлять процесс установления соединений совместно с передачей пакетов внутри коммутационного поля [3].

Для доказательства того, что пропускная способность разработанной КС больше, созданы модели, которые имитирует работу существующих КС: первая, использующая последовательный принцип настройки каналов связи, вторая - параллельный принцип настройки, но в разовом режиме коммутации. Эксперименты проводились для следующих значений нагрузки: 10% -100%, с шагом 10% при lп = 60 ячеек и tнастр = 60 тактов.

По результатам построены графики (рис.2), характеризующие зависимость пропускной способности КС от нагрузки (погрешность 5 % показана на графиках).

Рис.2. Зависимость пропускной способности КС от нагрузки.

Проанализировав полученные данные, можно сделать следующий вывод: при максимальной нагрузке пропускная способность КС с параллельным поиском каналов связи больше пропускной способности КС с последовательной настройкой в 2,5 раза и в 2 раза больше пропускной способности КС, использующих разовый режим коммутации при одних и тех же начальных условиях. На графике приведена зависимость пропускной способности от нагрузки для КС с параллельным поиском, в случае если lп = 15 ячеек. Сравнивая приведённые графики можно сделать вывод, что область эффективного использования разрабатываемой КС при tнастр ? lп .

Вывод

Полученные результаты позволяют сделать вывод о повышении производительности КС для МВС и пропускной способности коммутаторов сетей передачи данных в случае использования разработанных алгоритмов и реализующих их функциональных схем элементов коммутации.

Литература

1. Кодачигов В. И. Электронная коммутация информационных каналов (в однородных вычислительных структурах) / В.И. Кодачигов. - Ростов-на-Дону: Изд. Ростовского университета, 1983.

2. Мальцева Н.С. Использование метода параллельной идентификации свободных каналов данных в коммутационных системах /Н.С. Мальцева// АГТУ, Вестник АГТУ, 2007. Том 1.- С. 78-80.

3. Барабанова Е.А. Применение метода параллельного поиска каналов связи в современных коммутационных системах /Е.А. Барабанова// АГТУ, Вестник АГТУ, 2007, Том 1.- С.64-67.

Размещено на Allbest.ru