Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

КОЛЛЕДЖ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

ордена Трудового Красного Знамени федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

(КТ МТУСИ)

Дипломная работа

На тему: Цифровые системы коммутации и их программное обеспечение

Студент

Гаврилина А.В.

Руководитель:

Бавина Н.М.

Москва 2017 г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Структура и основные принципы построения ЭУС УК

1.2 Принципы построения и работы УУ ЭУС

1.3 Принципы построения по ЭУС

1.4 Состав коммутационных программ

1.5 Структура данных

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Алгоритмы коммутационных программ

2.2 Алгоритмы программ техобслуживания

2.3 Тест контроля знаний по теме: структура и основные принципы ЭУС УК»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Программное обеспечение (ПО) ЭВМ -- это организованная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих программ и соответствующих им данных, предназначенная для обеспечения целенаправленной работы ЭВМ. В зависимости от целевой установки программное обеспечение подразделяется на три большие группы (типа): инструментальное программное обеспечение (ИПО), прикладное (ППО) и системное (СПО).

Инструментальное программное обеспечение используется программистами как инструмент для написания и отладки программ. Оно содержит такие программы, как: редакторы текста, библиотеки стандартных программ, трансляторы, редакторы связей, отладчики и т. д. Важность ИПО трудно переоценить, так как от номенклатуры образующих его частей и их эффективности во многом зависит производительность труда программистов.

Прикладное программное обеспечение используется для управления ЭВМ в процессе решения конкретной задачи из определенной предметной области, например решения инженерных или экономических задач, задач управления технологическими процессами. Характерной особенностью ППО по сравнению с двумя другими типами программного обеспечения является относительная простота его разработки, поэтому его разработку зачастую проводят не профессиональные программисты, а специалисты в той или иной конкретной области приложения.

Системное программное обеспечение используется для управления вычислительной машиной во время выполнения или разработки других программ. Его часто называют также операционной системой (ОС). По функциональному назначению ОС подразделяются на исполнительные и инструментальные. Исполнительные ОС обеспечивают выполнение на ЭВМ пользовательских задач, или, более точно, функционирование ППО. Инструментальные ОС предназначены для обеспечения работы ЭВМ в процессе выполнения ИПО. С точки зрения сложности СПО наиболее трудоёмкая составляющая ПО и требует от разработчиков глубоких знаний как в области программирования, так и в области аппаратного обеспечения вычислительных машин.

В современной теории программирования термин «программное обеспечение» понимается двояко -- в широком и узком смысле. Приведенное выше определение раскрывает узкий смысл этого термина. Часто под программным обеспечением подразумевают не только совокупность программ, но еще и сопроводительную документацию к ним (инструкции по использованию, описание используемых языков программирования и т. д.). Сама по себе сопроводительная документация не является программным продуктом, но без нее понять и разобраться в программном обеспечении, понимаемом в узком смысле этого слова, не всегда возможно.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Структура и основные принципы построения ЭУС УК

Структурная схема узла коммутации с программным управлением

Под узлом коммутации УК понимается совокупность технических средств, предназначенных для приёма и распределения информации по направлениям связи. Это определение справедливо для УК всех типов связи: телефонных и телеграфных, передачи данных и цифровых сетей интегрального обслуживания. Узел коммутации может использовать один из трёх режимов работы: коммутации каналов, коммутации сообщений, коммутации пакетов. Узлы коммутации в цифровой сети интегрального обслуживания (ЦСИО), как правило, используют комбинированный режим коммутации каналов и пакетов.

Рис. 1 Общая структурная схема узла коммутации с программным управлением.

В общем виде УК, представленный на рис.1, можно представить состоящим из исполнительной ИС и управляющей УС систем. Исполнительная система состоит из комплектов К, коммутационного поля КП и промежуточного оборудования (периферийных устройств), обеспечивающего их совместную работу с УС, а УС - из управляющих устройств УУ. Комплекты принимают и передают сигналы, необходимые для установления и разъединения соединений: линейные сигналы (вызов, ответ, отбой и др.), акустические сигналы ("Ответ станции", "Занято", "Посылка вызова" и др.) и сигналов управления (сигналов набора номера, служебных сигналов для УУ другого УК). Через комплекты осуществляется также питание приборов абонентских аппаратов.

Комплекты включаются в коммутационное поле, с помощью которого осуществляется физическое соединение комплектов, следовательно, подключенных к ним линий (каналов) между собой. Коммутационное поле может быть построено на основе пространственного или временного деления каналов, образующих соединительные пути между его входами и выходами. В качестве коммутационных элементов в КП с пространственным разделением каналов могут использоваться герконовые реле, ферриды, мини-МКС и др. Коммутационное поле с временным разделением каналов строится, как правило, на основе применения импульсно-кодовой модуляции и использует в качестве элементов полупроводниковые ЗУ и логические интегральные микросхемы.

В современных УК все логические функции, связанные с установлением и разъединением соединений, возлагаются на управляющую систему, состоящую из программных УУ. Это означает, что в УС все действия УУ заранее определены и регламентированы алгоритмом их функционирования. Узлы коммутации с программными УУ называют узлами коммутации с программным управлением.

В зависимости от способа задания и хранения программы различают УУ с замонтированной программой и УУ с записанной программой.

В управляющем устройстве с замонтированной программой алгоритм функционирования, т.е. последовательность работы функциональных блоков УУ, задаётся схемной логикой, заложенной в специальном программном блоке, и изменить программу можно только путём перемонтажа этого блока.

В управляющем устройстве с записанной программой алгоритм функционирования в закодированном виде записывается и хранится в запоминающем устройстве УУ и изменяется программа путём перезаписи в нём соответствующей информации. По принципам построения и работы УУ с записанной программой аналогично ЭВМ и представляет собой совокупность технических средств (ТС) и программных средств (ПС), специализирующихся на выполнении заданного набора функций управления работой УК. Из двух рассмотренных типов УУ наибольшее распространение в настоящее время получили УУ с записанной программой.

Специализированные ЭВМ в автоматической коммутации называют электронными управляющими машинами ЭУМ, а построенные на их основе УС - электронными управляющими системами ЭУС.

В процессе обслуживания вызовов ЭУС обнаруживает и принимает входные сигналы, поступающие от участников соединений по линиям связи через комплекты ИС, анализирует их, отыскивает комплекты нужных типов и соединительные пути в КП, вырабатывает и выдаёт в ИС команды для установления - разъединения соединительных путей в КП, и выдачи требуемых ответных сигналов ("Ответ станции", "Занято", "Посылка вызова" и др.). Процесс обслуживания вызова - многоэтапный, причём каждый этап инициируется входным сигналом, поступающим в УК от соответствующего участника соединения, и заключается в переводе ИС с помощью ЭУС из одного устойчивого состояния в другое.

Кроме основных функций обслуживания вызовов, ЭУС выполняет дополнительные функции по предоставлению абонентам дополнительных видов обслуживания, а также вспомогательные функции, обеспечивающие автоматизацию процессов эксплуатации и технического обслуживания УК (контроль за состоянием оборудования, определение места повреждений в неисправном оборудовании, учёт нагрузки и др.)

Классификация ЭУС узлов коммутации

Электронная управляющая система узла коммутации представляет собой комплекс технических и программных средств, обеспечивающий выполнение возложенных на неё основных, дополнительных и вспомогательных функций и удовлетворяющий заданным техническим, эксплуатационным и экономическим требованиям.

Для построения ЭУС могут использоваться различные технические решения. На рис. 2 приведена классификационная схема ЭУС, использующая три классификационных признака, отражающих возможные варианты построения и организации функционирования трёх основных компонентов ЭУС - периферийного интерфейса, управляющих устройств и системного интерфейса.

Рис. 2 Классификация ЭУС узлов коммутации.

Периферийный интерфейс в ЭУС механических и квазиэлектронных УК содержит средства сопряжения, представляющие собой, как правило, несколько общих для всех периферийных устройств ПУ и УУ шин для передачи управляющих сообщений в ПУ и ответных информационных сообщений из ПУ в УУ, и адресующие устройства для выбора соответствующего ПУ.

В зависимости от используемого способа управления различают три основных типа ЭУС - централизованные, децентрализованные и иерархические.

Централизованная ЭУС, изображенная на рис. 3, состоит из одного центрального УУ (ЦУУ), осуществляющего управление установлением всех соединений в пределах всего УК.

Рис. 3 Централизованная ЭУС

Примерами централизованной ЭУС могут служить ЭУС отечественных квазиэлектронных УК типов "КВАРЦ", "КВАНТ" и "ИСТОК". Централизованные ЭУС являются наиболее простыми по принципам построения и позволяют наиболее экономично удовлетворять требованиям к производительности УК заданной фиксированной ёмкости. Выход из строя ЦУУ приводит к полной потере работоспособности УК в целом. Ограничена также возможность расширения ёмкости УК. При этом необходимо сразу устанавливать ЦУУ с производительностью, достаточной для управления УК максимальной проектируемой ёмкости, что снижает эффективность использования вычислительных ресурсов ЦУУ и его технико-экономические показатели в период с момента установки УК до момента достижения им максимальной проектируемой ёмкости.

Децентрализованная ЭУС состоит из нескольких УУ, каждое из которых выполняет только определённую часть функций по управлению установлением всех или определённой части соединений в пределах определённой части УК и равноправно с остальными УУ. Примерами децентрализованной ЭУС служит УК DX-200 (Финляндия). Децентрализованная ЭУС представлена на рис.4.



Рис. 4 Децентрализованная ЭУС

К недостаткам децентрализованных ЭУС следует отнести сложность организации и координации совместной работы многих УУ. Возникают трудности с рациональным распределением функций между УУ, обеспечивающим их равномерную загрузку. В результате в ЭУС возникают "узкие" места по производительности, связанные с перегрузкой отдельных УУ, ограничивающие производительность УК в целом. Для координации совместной работы УУ в составе децентрализованной ЭУС требуется разработка специальных достаточно сложных программных средств и соответственно дополнительные затраты в каждом УУ памяти на их хранение и производительности на их функционирование. Кроме того, обеспечение требуемой достаточно высокой производительности ЭУС для УК большой ёмкости достигается использованием большого числа УУ, причём большая часть УУ функционально идентична. Это приводит к избыточности по общему объёму оборудования децентрализованных ЭУС, для УК большой ёмкости по сравнению с аналогичными централизованными ЭУС и соответственно к ухудшению их экономических показателей.

Компромиссным вариантом построения ЭУС является частичная децентрализация функций управления, осуществляемая в иерархической ЭУС, которая состоит из ЦУУ и нескольких групп периферийных УУ (ПУУ), находящихся между собой в отношении иерархического подчинения. Группа ПУУ, непосредственно подключённая к периферийному интерфейсу, образует самый низкий, а ЦУУ - самый высокий иерархический уровень управления. Управляющие устройства одного иерархического уровня не связаны между собой и работают независимо друг от друга, тогда как УУ соседних иерархических уровней имеют между собой информационные и функциональные связи через соответствующий системный интерфейс.

Иерархические ЭУС сочетают в себе простоту и экономичность централизованных ЭУС с возможностью наращивания производительности и достаточно высокой живучестью децентрализованных ЭУС. В то же время иерархическим ЭУС присущи, конечно, в значительно меньшей мере недостатки как централизованных, так децентрализованных ЭУС. Примером иерархической ЭУС является ЭУС электронных цифровых АХЕ-10 (Швеция).

Рис. 5 Обобщенная структурная схема ЦСК

В последние годы в связи с большими достижениями микроэлектроники в области построения и производства больших интегральных схем БИС и дешёвых, надёжных и компактных микропроцессоров, приспособленных для работы в системах управления, децентрализованные и иерархические ЭУС стали основными типами ЭУС узлов коммутации.

Структурная схема ЦСК

Цифровая система коммутации (ЦСК) характеризуется тем, что ее коммутационное поле коммутирует каналы, по которым информация передается в цифровом виде. Обобщенная структурная схема ЦСК показана на рис. 5.

АБ - абонентский блок

ЦКП - цифровое коммутационное поле

СУ - система управления

УУ ОКС - устройство управления сетью сигнализации ОКС №7

ААЛ - аналоговая абонентская линия

МААЛ - модуль аналоговых АЛ

МЦАЛ - модуль цифровых АЛ

МЦСП - модуль цифровых СП

ОС - оборудование сигнализации

ЦАЛ - цифровая абонентская линия

ЦСЛ - цифровая соединительная линия

ГТИ - генератор тактовых импульсов

БЛС - блок линейных сигналов

БМЧС - блок многочастотной сигнализации

МАС - модуль акустических сигналов

ЛБ - линейный блок

Модуль аналоговых абонентских линий (МААЛ) предназначен для подключения к станции аналоговых АЛ и выполняет следующие основные функции:

1) аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование;

2) концентрация нагрузки;

3) подключение к ИКМ-тракту;

4) функции BORSCHT.

Модуль цифровых абонентских линий (МЦАЛ) обеспечивает подключение к станции цифровых АЛ сети ISDN с помощью базового доступа 2B+D. Два канала B используются для передачи пользовательской информации со скоростью 64 кбит/с - для сигнализации в виде пакетов сигнальных сообщений.

К функциям МЦАЛ относятся:

1) временное разделение каналов B и D

2) преобразование двоичного кода в четверичный линейный код 2BIQ;

3) преобразование двухпроводного тракта в четырехпроводный;

4) объединение нескольких D каналов в один поток со скоростью 2048 кбит/с.

Модуль цифровых соединительных линий (МЦСЛ) необходим для подключения к станции цифровых СЛ и линий ISDN первичного доступа PRI. Выполняет функции передачи служебной и пользовательской информации, а также согласования входящих и исходящих потоков со скоростями коммутации в коммутационном поле (мультиплексирование и демультиплексирование).

Должен осуществлять следующие операции:

1) преобразование сигналов, передаваемых по СЛ, в направлении приёма из кода HDB-3 в двоичную форму и из двоичной формы в сигналы кода HDB-3 в направлении передачи;

2) выделение циклового синхрослова из сигнала, поступающего по СЛ;

3) выделение тактовой частоты из сигнала, поступающего по СЛ;

4) согласование последней с частотой узла коммутации (устраняя частотные отклонения между двумя тактовыми частотами);

5) гальваническая развязка.

Функции МЦСЛ:

1) преобразовать сигнал: при передаче - из двоичного кода в код HDB3, при приёме - из кода HDB3 в двоичный (с одновременным выделением тактовой частоты);

2) синхронизировать сигнал со встречной станции с тактовой частотой станции;

3) в случае невозможности войти в синхронизм - выдать аварийный сигнал.

1.2 Принципы построения и работы УУ ЭУС

Структура ЭУМ

Программное УУ является основным структурным элементом ЭУС и представляет собой одну или несколько электронных управляющих машин, специализированных на решение задач управления работой узлов коммутации. Программные УУ децентрализованных ЭУС и периферийные УУ иерархических ЭУС состоят, как правило, из одной ЭУМ, построенной с использованием стандартных микропроцессорных наборов (комплектов) и больших интегральных схем. Центральные УУ иерархических и централизованных ЭУС с целью обеспечения требуемой надежности состоят обычно из двух ЭУМ, построенных на базе интегральных схем с высокой БИС и средней СИС степенью интеграции.

Несмотря на имеющиеся различия в используемой элементной базе и технических решениях по построению отдельных устройств, ЭУМ, предназначенные для применения в качестве УУ в составе ЭУС, имеют аналогичную структуру.

В общем случае ЭУМ, представленная на рис. 7, состоит из следующих функциональных устройств: основного запоминающего устройства ЗУ центрального процессора ЦПр, каналов ввода-вывода КВВ, устройств сопряжения с управляемыми объектами исполнительной системы (УС ИС) и общей шиной сообщений (сетевого адаптера - СА), внешних устройств ВУ и инженерного пульта управления ИПУ. Взаимосвязь основных устройств ЭУМ осуществляется через ее внутренний интерфейс, взаимосвязь КВВ с ВУ - через интерфейс ввода-вывода.



Рис. 7 Структура ЭУМ

Основное запоминающее устройство. Это устройство предназначено для приема, хранения и выдачи информации. В качестве информации, хранимой в основном ЗУ, могут служить как данные, так и команды. При этом доступ к командам и данным, хранимым в основном ЗУ, со стороны остальных устройств ЭУМ может быть осуществлен в произвольный момент и время обращения за необходимыми командами и данными не зависит от их расположения в ЗУ, поэтому основное ЗУ часто называют также ЗУ с произвольным доступом. Основное ЗУ состоит в общем случае из оперативного и постоянного ЗУ.

Оперативное ЗУ (ОЗУ) служит для приема, хранения и выдачи, наиболее часто используемой другими устройствами ЭУМ и изменяющейся в процессе ее работы информации (например, информации о состоянии промежуточных линий коммутационного поля, информации о набираемом номере вызываемого абонента и др.) При работе с ОЗУ другие устройства ЭУМ могут, как записывать в него информацию, так и считывать ее.

Постоянное ЗУ (ПЗУ) применяется для хранения и выдачи постоянной или редко изменяемой информации (например, программ, таблиц пересчета кода станции в номер направления, информации о категориях абонентов и др.) При работе с ПЗУ другие устройства ЭУМ могут только считывать из него информацию.

Центральный процессор. Центральный процессор осуществляет в процессе обслуживания вызовов прием через УС ИС входных сигналов от управляемых объектов исполнительной системы (периферийных устройств, комплектов), их анализ, арифметико-логическую обработку информации для перевода вызовов, устройств и приборов узла коммутации в новое состояние, формирование и выдачу команд через УС ИС в управляемые объекты ИС. Центральный процессор осуществляет также прием через сетевой адаптер сообщений от других УУ, их обработку, формирование и выдачу через СА сообщений в другие УУ.

В качестве центрального устройства ЭУМ центральный процессор координирует работу всех остальных устройств: все обращения к ЗУ, операции обмена информацией с ВУ, объектами ИС и другими УУ выполняются при его непосредственном участии или же им запускаются, поэтому ЦПр имеет информационные и функциональные связи (через внутренний интерфейс ЭУМ) со всеми остальными устройствами: ЗУ, КВВ, ИПУ и устройствами сопряжения.

Работа процессора определяется программой, записанной в ЗУ, которая задает ему последовательность и содержание действий по обработке данных. Процессор может работать только с командами программы и данными, хранимыми в основной памяти; команды и данные, хранимые во внешних устройствах, должны быть до начала выполнения соответствующей программы записаны в основное ЗУ.

Внешние устройства. Внешние устройства расширяют функциональные возможности ЭУМ. В зависимости от выполняемых функций ВУ можно подразделить на три группы: внешние запоминающие устройства ВЗУ, устройства ввода-вывода УВВ и аппаратура передачи данных АПД.

Функциональные возможности ЭУМ узла коммутации в значительной степени определяются хранимым в памяти ЭУМ объемам программ и данных. В современных квазиэлектронных и электронных узлах коммутации средней и большой емкости и объем программ и данных велик и хранение значительной их части в основном ЗУ становится неэкономичным, поэтому информация, используемая наиболее часто, хранится в основном ЗУ, а используемая редко (диагностические программы, статистические данные и др.) - в более дешевых ВЗУ. В качестве ВЗУ в ЭУМ узлов коммутации используются различные виды накопителей на магнитных дисках и лентах.

Устройства ввода-вывода. Предназначены для обеспечения обмена информацией между обслуживающим персоналом (человеком) и ЭУМ в процессе наладки оборудования и программ узла коммутации, его эксплуатации и технического обслуживания. В качестве основного средства оперативной связи обслуживающего персонала с ЭУМ в настоящее время наиболее часто используется алфавитно-цифровой дисплей. Для документирования действий обслуживающего персонала и сообщений о неисправностях оборудования узла коммутации применяются обычно телетайпы или электроуправляемые пишущие машины (ЭПМ), а для документирования больших объемов информации на этапе наладки оборудования и программ узла коммутации - алфавитно-цифровые печатающие устройства.

Аппаратура передачи данных. Служит для приема и передачи сигналов взаимодействия и управления между узлами коммутации или между узлом и подстанцией по выделенному каналу передачи данных, называемому общим каналом сигнализации, а также для приема и передачи сообщений по каналу передачи данных между узлом и центром технической эксплуатации.

Необходимо отметить, что перечисленные ВУ входят в состав только ЭУМ центрального УУ или специального УУ в децентрализованных ЭУС (УУ технической эксплуатации, УУ машинной периферии и связи с оператором и т. п.). Для остальных видов УУ в ЭУМ предусматривается только возможность подключения при необходимости средств оперативной связи обслуживающего персонала с ЭУМ (дисплея, телетайпа или ЭПМ).

Внешние устройства ЭУМ не связаны непосредственно с центральным процессором. Информация между ВУ и ОЗУ передается через каналы ввода-вывода. Внешние устройства подключаются к КВВ с помощью унифицированной системы шин связи, которая совместно с составом сигналов, передаваемых между ВУ и КВВ, и алгоритмами обмена этими сигналами образует так называемый интерфейс ввода-вывода.

Каналы ввода-вывода. Выделение КВВ как самостоятельного структурного элемента ЭУМ связано с тем, что по сравнению с ЦПр и ОЗУ внешние устройства имеют низкое быстродействие.

Во избежание возможных простоев ЦПр при выполнении операций ввода-вывода и для достижения высокой производительности ЭУМ стремятся совместить во времени работу ВУ с работой ЦПр. С этой целью аппаратурно обеспечивается возможность передачи информации между ВУ и ОЗУ без использования вычислительных ресурсов ЦПр. Процессор в данном случае необходим только для запуска операций ввода-вывода. Он освобождается от управления работой ВУ в процессе выполнения операций ввода-вывода. Все действия по управлению передачей информации между ВУ и ОЗУ при выполнении операций ввода-вывода возлагаются на КВВ.

Каналы ввода-вывода представляют собой специализированные устройства обработки информации, работающие автономно под управлением записанных в основной памяти ЭУМ программ канала. Выбор той или иной программы канала осуществляется КВВ по командам программы, выполняемой ЦПр (программы ЦПр). Каждая программа канала реализует определенную операцию ввода-вывода для конкретного типа ВУ. Управляющая информация, получаемая КВВ от программы канала, преобразуется аппаратурой КВВ в последовательность сигналов, поступающих к ВУ, которое начинает выполнять чтение (вывод) или запись (ввод) информации. В дальнейшем работа КВВ протекает совместно с работой ВУ в темпе, определяемом скоростью передачи информации ВУ.

К электронным управляющим машинам, используемым в децентрализованных ЭУС в качестве УУ технической эксплуатации или УУ машинной периферии и связи с оператором, не предъявляются, как правило, требования высокой производительности, поэтому в таких ЭУМ описанные выше функции КВВ выполняет сам ЦПр. Каналы ввода-вывода превращаются в достаточно простые устройства сопряжения интерфейсов конкретных ВУ с внутренним интерфейсом ЭУМ (контроллеры ВУ).

Устройство сопряжения с объектами ИС предназначено для соединения ЭУМ с управляемыми объектами, электрического, логического и временного согласования интерфейсов этих объектов с внутренним интерфейсом ЭУМ. При этом функции электрического согласования заключаются в преобразовании электрических параметров сигналов, передаваемых между ЭУМ и объектами ИС; функции логического согласования - в преобразовании форматов и кодов передаваемых управляющих сообщений (команд), а функции временного согласования-в преобразовании временных параметров сигналов и синхронизации совместной работы ЭУМ и объектов ИС.

В электронных управляющих машинах, построенных на базе специализированного ЦПр, УС ИС часто входит в состав последнего как один из функциональных блоков. Естественно, что в ЭУМ, не связанной непосредственно с объектами ИС, УС ИС отсутствует.

Структура и алгоритм работы УС ИС в значительной мере зависят от состава и принципов построения управляемых объектов ИС, поэтому применение ЭУМ в качестве УУ в узлах коммутации различных типов и назначения может потребовать использования специфических УС ИС. Так, УС ИС в ЭУМ квазиэлектронных узлов коммутации служит для сопряжения ЭУМ с периферийным интерфейсом в виде набора периферийных шин и устройств, адресующих периферийные устройства ИС. В этом случае УС ИС принимает из ЦПр и выдает в периферийные устройства два вида периферийных команд:

1) Сканирования заданной группы контрольных точек комплектов;

2) Включения - выключения заданных точек коммутации в КП и реле в комплектах. При выдаче команды сканирования УС ИС дополнительно принимает ответную информацию о состоянии опрашиваемой группы контрольных точек от определителей и передает ее в ЦПр.

В электронных цифровых УК, с подключением УУ к ЦКП с помощью внутренней ИКМ-линии устройство сопряжения с объектами ИС, входящее в состав ЭУМ соответствующего УУ, формирует цифровой поток для исходящей ИКМ-линии, несущий сообщения от данной ЭУМ к ЭУМ других УУ, принимает и преобразует поступающий по входящей ИКМ-линии цифровой поток в сообщения для данной ЭУМ. Устройство сопряжения с объектами рассматриваемого типа работает параллельно с ЦПр и выполняет указанные функции автономно, т. е. взаимодействие УС ИС с ЦПр сводится только к записи центральным процессором передаваемых сообщений в ОЗУ передачи УС ИС и чтению из ОЗУ приема поступивших сообщений.

Для повышения производительности и гибкости ЭУМ в состав УС ИС часто включают специализированный процессор ввода-вывода, называемый периферийным процессором ППр, на который возлагаются простые, но часто выполняемые ЦПр и УС ИС функции, связанные с организацией приема и передачи и предварительной обработкой сообщений.

В электронных управляющих системах, использующих построение системного интерфейса в виде общей шины сообщений (ОШС), ЭУМ управляющих устройств, подключенных к этой шине, содержат специальное устройство сопряжения - сетевой адаптер, работающий автономно и параллельно с ЦПр. Сетевой адаптер обеспечивает сопряжение ЭУМ с ОШС и реализует протоколы управления физическим каналом, доступом к каналу и информационным каналам. Структурная схема сетевого адаптера представлена на рис. 8



Рис. 8 Общая структура сетевого адаптера

Приемопередатчики выполняют функции управления физическим каналом, а именно согласуют логические сигналы, формируемые в СА, с физическими сигналами в ОШС (уровнями сигналов в витых парах проводов шины, биполярными сигналами в коаксиальном кабеле или световыми сигналами в волоконно-оптической линии) и осуществляют развязку ЭУМ, подключенных к ОШС, по питанию.

Блок управления доступом реализует принятый протокол доступа к ОШС. В частности, при использовании протокола синхронного доступа с неявной передачей эстафеты этот блок считает интервалы, сравнивает номер очередного интервала с номером СА (ЭУМ), формирует сигналы занятия и освобождения ОШС.

Блоки управления приемом и передачей сообщений реализуют функции, связанные с управлением информационным каналом. Эти блоки имеют простейшую структуру при использовании параллельного побайтного способа передачи данных по ОШС. В этом случае блок управления приемом распознает адрес УУ-приемника (1 байт сообщения), контролирует по признаку четности принимаемые байты сообщения, подсчитывает и контролирует число принятых байтов данных и записывает принимаемые байты в буферное ЗУ приема данного блока. При успешном приеме каждого байта блок выдает сигнал подтверждения, по которому УУ-источник передает следующий байт сообщения. По окончании приема всего сообщения блок выдает сигнал об окончании приема в блок сопряжения с внутренним интерфейсом ЭУМ.

Блок управления передачей считывает побайтно из буферного ЗУ передачи данного блока сообщение, формирует для каждого байта контрольный бит, подсчитывает и контролирует число переданных байтов данных. Если после выдачи очередного байта блок не получает в течение определенного времени сигнал подтверждения от УУ-приемника, то этот байт передается повторно. По окончании передачи всего сообщения блок выдает сигнал об окончании передачи в блок сопряжения с внутренним интерфейсом ЭУМ, который информирует ЦПр о возможности записи в буферное ЗУ передачи следующего сообщения.

Блок сопряжения с внутренним интерфейсом ЭУМ обеспечивает передачу данных и управляющих сигналов между ЦПр и СА.

В частности, по окончании передачи и приема сообщения этот блок передает в ЦПр слово состояния адаптера, содержащего необходимую информацию о ходе и результатах передачи или приема сообщения.

Инженерный пульт управления ЭУМ. Этот пульт позволяет обслуживающему персоналу осуществить:

1) приведение ЭУМ в исходное состояние;

2) задание режима работы ЭУМ в составе управляющего комплекса;

3) занесение информации в ОЗУ, ЦПр и КВВ с клавиатуры пульта;

4) чтение и индикацию на пульте информации из заданного места основной памяти или с заданных элементов памяти ЦПр и КВВ;

5) первоначальный ввод программы и данных в основную память;

6) запуск программы с заданного места.

Для выполнения этих функций ИПУ имеет необходимые аппаратные средства, информационные и управляющие связи с соответствующими ЭУМ.

Внутренний интерфейс ЭУМ представляет собой набор общих шин, к которым параллельно подключены все устройства ЭУМ. Этот набор содержит, как правило, адресную АШ, информационную ИШ шины и шину управления ШУ. Адресная шина является однонаправленной и предназначена для передачи от ЦПр в остальные устройства адреса объекта (ВУ, ячейки памяти и т.п.), от которого центральным процессором запрашивается информация или которому центральным процессором передается информация. Информационная шина является двунаправленной и служит для передачи данных между ЦПр и остальными устройствами ЭУМ, а также для передачи в ЦПр команд программы из основного ЗУ. Шина управления используется для передачи управляющих сигналов между ЦПр и остальными устройствами ЭУМ (сигналов чтения-записи в ЗУ, сигналов запуска-останова операций ввода-вывода в КВВ, сигналов готовности от устройств и др.). программный абонентский сигнал вызов

Структура и режим работы ЦУУ

Высокие требования к надежности работы ЦУУ в централизованных и иерархических ЭУС узлов коммутации, а также желание в ряде случаев повысить его производительность для достижения лучших экономических показателей, привели к построению ЦУУ, содержащих несколько ЭУМ или центральных процессоров.

В коммутационной технике связи наиболее широкое распространение получили двухмашинные ЦУУ, называемые часто двухмашинными управляющими комплексами ДУК. Структурная схема ДУК приведена на рис. 9 Как видно из схемы, ДУК состоит из двух идентичных ЭУМ (ЭУМ А и ЭУМ Б), каждая из которых через УС ИС связана со своим периферийным интерфейсом, к которому подключены все периферийные устройства ИС (в централизованной ЭУС), или через СА - со своим системным интерфейсом, к которому подключены все ПУУ (в иерархической ЭУС). Таким образом, каждая ЭУМ имеет доступ ко всем периферийным устройствам. Аналогично через соответствующие КВВ и свой интерфейс ввода-вывода каждая ЭУМ имеет доступ ко всем ВУ.



Рис. 9 Структурная схема двухмашинного управляющего комплекса

Для организации согласованной работы двух ЭУМ по выполнению функций, возложенных на ЦУУ, необходимо обеспечить между ними функциональные и информационные связи. Характер и организация этих связей в значительной степени определяются режимами работы ДУК. Применяются следующие режимы работы ДУК: автономный, синхронный и разделения нагрузки.

При работе ДУК в автономном режиме одна из исправных ЭУМ (основная) выполняет возложенные на ЦУУ функции, связанные с обслуживанием всех поступающих вызовов, а другая ЭУМ (резервная) находится в состоянии полной готовности и в любой момент может заменить основную ЭУМ (нагруженный резерв). При этом резервная ЭУМ либо не решает никаких задач, либо решает контрольные задачи, а основная ЭУМ периодически переписывает из своего ОЗУ информацию обо всех соединениях, установленных для обслуживаемых вызовов, в общее с резервной ЭУМ внешнее ЗУ.

При выходе из строя основной ЭУМ обслуживание вызовов, о которых имеется информация в ВЗУ, продолжается резервной ЭУМ. Остальные вызовы, находившиеся на обслуживании основной ЭУМ в момент ее отказа, теряются. При выходе из строя основной ЭУМ обслуживание вызовов, о которых имеется информация в ВЗУ, продолжается резервной ЭУМ. Остальные вызовы, находившиеся на обслуживании основной ЭУМ в момент ее отказа, теряются.

Применение синхронного режима работы ДУК связано с высокими требованиями к достоверности обработки вызовов. Так, вероятность неправильного установления соединения из-за ошибок при обработке соответствующего вызова не должна превышать 10-4, а вероятность разрушения установленного соединения по аналогичной причине не должна превышать 2·10-5.

При синхронном режиме работы ДУК выполнение указанных требований достигается тем, что обе ЭУМ параллельно обрабатывают один и тот же вызов и на определенных этапах обработки сравнивают полученные результаты.

Очевидно, что сравниваемые в некоторый момент результаты, полученные обеими ЭУМ, должны относиться к одному и тому же моменту процесса обработки вызова. Это требует определенной степени синхронности работы ДУК в процессе обработки вызова.

Однако параллельная работа обеих ЭУМ сама по себе еще не обеспечивает требуемой синхронности, так как вследствие разброса временных параметров элементов обеих ЭУМ одна из них всегда будет работать несколько быстрее, чем другая. В результате обе ЭУМ с течением времени "разойдутся" и будут в один и тот же момент выполнять разные команды и далее разные программы. Это обстоятельство вызывает необходимость принятия специальных мер по синхронизации работы ДУК, обеспечивающих идентичность состояния обеих ЭУМ по отношению к процессу обработки вызова в моменты сравнения результатов обработки.

Синхронизация работы ЦУУ при параллельной работе может осуществляться различными способами и средствами в зависимости от требуемого уровня синхронизации, который, в свою очередь, определяется выбором моментов синхронизации (моментов сравнения результатов обработки). Выбор момента синхронизации производится на основе требований к достоверности обработки вызовов: чем выше эти требования, тем чаще необходимо сравнивать результаты обработки вызова обеими ЭУМ.

При синхронизации ДУК на уровне микрокоманд (режим микросинхронизации) моментами синхронизации являются моменты обращения ЦПр к основной памяти за командами и данными. В эти моменты в каждой ЭУМ сравнивается информация, передаваемая по внутренним интерфейсам обеих ЭУМ. Реализация синхронного режима работы ДУК обеспечивается наличием в каждой ЭУМ специального устройства сопряжения с другой ЭУМ, содержащего генератор тактовых импульсов и схему сравнения. При этом одна из ЭУМ принудительно синхронизирует работу другой ЭУМ от своего генератора тактовых импульсов.

Основными недостатками построения ЦУУ в виде ДУК являются невозможность наращивания его производительности при расширении емкости узла коммутации и его ограниченная надежность. Эти недостатки в значительной мере устраняются при построении ЦУУ на базе многопроцессорной ЭУМ. Один из используемых на практике вариантов структурного построения многопроцессорной ЭУМ приведен на рис. 10

Рис. 10 Структурная схема многопроцессорной ЭУМ

Многопроцессорная ЭУМ состоит из нескольких параллельно работающих ЦПр. Каждый ЦПр выполняет определенный набор функций ЦУУ по программам, записанным в закрепленном за ним индивидуальном ПЗУ. Все ЦПр имеют через внутренний интерфейс ЭУМ, УС ИС (СА) и КВВ равный доступ к общему ЗУ, периферийным устройствам ИС и ВУ. Внутренний интерфейс ЭУМ представляет собой неблокирующий пространственный электронный коммутатор с собственным управлением, позволяющий устанавливать постоянные или временные связи одновременно между несколькими группами устройств (например, ЦПр-ОЗУ-ПЗУ, УС ИС-ОЗУ, КВВ-ПЗУ-ОЗУ).

1.3 Принципы построения по ЭУС

Состав ПО

В зависимости от целевой установки программное обеспечение подразделяется две группы: прикладное программное обеспечение (ППО) и системное программное обеспечение (СПО), показано на рис. 11.

Рис.11 Состав программного обеспечения

Прикладное ПО используется для управления ЭВМ в процессе решения конкретной задачи из определенной предметной области. Характерной особенностью ППО по сравнению с другим типом программного обеспечения является относительная простота его разработки, поэтому его разработку проводят не профессиональные программисты, а специалисты в той или иной конкретной области приложения. Прикладное программное обеспечение может быть разбито на основное и вспомогательное.

Системное программное обеспечение используется для управления вычислительной машиной во время выполнения или разработки других программ. Его часто называют также операционной системой (ОС). По функциональному назначению ОС подразделяются на исполнительные и инструментальные, между ними существует отличие, заключающееся в степени участия человека в управлении ходом работы ЭВМ. В инструментальной ОС управление осуществляется главным образом посредством директив, полученных от оператора, которые вызывают выполнение определенной последовательности действий. В исполнительной ОС выполнение действия вызывается в результате работы некоторой специальной управляющей программы ОС при минимальном участии человека. Применительно к системам коммутации с программным управлением (СКПУ) исполнительная ОС должна обеспечивать параллельное выполнение большого числа программных модулей с различными приоритетами и периодами запуска. Таким образом, средства диалогового общения в случае инструментальной ОС имеют определяющее значение для ее функционирования, а в случае исполнительной ОС - лишь вспомогательное, например, при возникновении аварийных ситуаций в СКПУ и проведении плановых контрольно-диагностических проверок.

Исполнительная ОС обеспечивает выполнение на ЭВМ пользовательских задач, или, более точно функционирование ППО (прикладное программное обеспечение). Инструментальные ОС предназначены для обеспечения работы ЭВМ в процессе выполнения ИПО (инструментальное программное обеспечение).

Этапы разработки ПО СКПУ

Процесс разработки ПО является частью общего процесса проектирования АТС, состоящего из следующих стадий: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и разработка рабочей документации. Этот процесс имеет многоэтапный итеративный характер.

Этап структурного проектирования:

1) определяется состав программ, реализуемые ими функции, функциональные и информационные взаимосвязи программ, режимы выполнения каждой программы;

2) производится предварительный выбор состава и структуры, используемых программами данных;

3) формируются основные требования к характеристикам программ и данных.

Результатом выполнения этапа структурного проектирования являются выбор структуры и общих принципов построения ПО.

Этап алгоритмического проектирования:

1) разрабатываются структурные схемы и блок - схемы алгоритмов программ;

2) уточняются и детализируются выбранные на предыдущем этапе состав и структура используемых каждой программой данных.

Результатом выполнения этапа алгоритмического проектирования являются способы реализации принципов, выполнения функций, требований и достижения характеристик, заданных в ТЗ.

Этап кодирования (этап программирования): блок - схема алгоритма программы преобразуется в программу, записанную на машинном языке ЭУМ.

Результатом этапа кодирования является ввод программ в память ЭУМ с помощью соответствующих машинных носителей информации (перфокарт, перфолент).

Этап автономной отладки программ (этап верификации):

1) проверяется правильность выполнения каждой программой в отдельности, заданных в ТЗ функций;

2) определяются основные характеристики программ.

Результатом этапа автономной откладки программ является обнаружение ошибок, приводящих к тому, что полученные программы на машинном языке не выполняют или выполняют неправильно некоторые функции и не обладают требуемыми характеристиками. От эффективности проведения работ этапа верификации во многом зависит качество ПО СКПУ.

Этап комплексной отладки ПО (этап генерации):

1) производится логическая стыковка (информационная и функциональная) автономно отлаженных программ;

2) проверка правильности их взаимодействия во времени, которое должно обеспечивать заданные временные характеристики реализации процессов (работу в реальном времени) и работу ЭУМ в многопрограммном режиме.

Результатом этапа комплексной отладки является удовлетворение ПО совместно с ЭУМ и коммутационным оборудованием всем требованиям ТЗ на разрабатываемую АТС.

Этап испытаний АТС (этап документирования):

1) заводские (или стендовые) испытания, во время которых проверяется работоспособность ПО в условиях максимально приближенных к реальным;

2) опытная эксплуатация в реальных условиях АТС.

Результат этапа испытания АТС: производится окончательная приемка ПО.

Особенностью разработки АТС с управлением по записанной программе является то, что ее окончание определяется сроком окончания разработки ПО.

Структура ПО ЭУМ

Электронная управляющая система выполняет основные функции по обслуживанию телефонных вызовов, дополнительные функции по предоставлению абонентам дополнительных видов услуг (ДВО) и вспомогательные функции, связанные с эксплуатацией и техническим обслуживанием узла коммутации с помощью входящих в ее состав аппаратурных средств под управлением программ и на основе данных, записанных в ее памяти.

В зависимости от степени участия в обеспечении процесса функционирования узла коммутации ПО ЭУС может быть разделено на две части, как показано на рис. 12 внутреннее ПО и внешнее ПО.

Рис. 12 Состав программного обеспечения ЭУМ.

Внутреннее ПО.

Внутреннее ПО содержит совокупность программ и данных, управляющих работой ЭУС непосредственно в процессе функционирования узла коммутации и являющихся ее неотъемлемой составной внутренней частью. Внутреннее ПО различных образцов узлов коммутации может отличаться по составу программ, составу и содержанию постоянных и полупостоянных данных.

По функциональному назначению соответствующих программ внутреннее ПО подразделяется на следующие группы программ:

1) операционную систему ОС;

2) систему коммутационных программ СКП;

3) систему программ технического обслуживания СПТО;

4) систему административных программ САДМП.

Система ОС координирует совместную работу систем СКП, СПТО, САДМП (все программы этих систем получают управление только от операционной системы), и распределяет ресурсы машинного времени между ними, а также управляет обменом информацией между внешними устройствами и основной памятью ЭУМ и организует связь "человек-машина".

Центральная координирующая роль ОС обеспечивается концентрацией в ней связей по управлению как между программами различных систем, так и между программами, относящимися к одной системе. Другими словами, все программы систем СКП, СПТО и САДМП получают управление только от операционной системы и после их выполнения управление возвращается ОС.

ОС осуществляет запуск периодических программ СКП, СПТО, САДМП по сигналам от датчика времени, программ СПТО по сигналам от схем контроля оборудования и заявкам от программ СКП, а также программ СПТО и САДМП по заявкам (директивам) человека - оператора.

Системы СКП, СПТО и САДМП имеют между собой только информационные связи.

Система СКП формирует для программ СПТО данные о номерах комплектов, блоков и устройств, занятых в неустановленных из-за неисправности оборудования соединениях, а также система СПТО информирует программы СКП о номерах заблокированных (или разблокированных) комплектов, блоков и устройств. Кроме того, система СПТО формирует для системы САДМП, осуществляющей сбор статистики о неисправностях, номера неисправных комплектов, блоков и устройств и информацию о типе обнаруженной неисправности. Система САДМП использует при учете нагрузки и тарификации данные, вырабатываемые системой СКП, и, в свою очередь, осуществляет при необходимости изменение абонентских и станционных данных, используемых программами СКП.

Для выполнения возложенных функций ОС содержит следующие основные наборы программ:

1) управляющие (программы - диспетчеры), осуществляющие управление очередностью запуска остальных программ внутреннего программного обеспечения во времени;

2) ввода - вывода, организующие обмен информацией между внешними устройствами и оперативной памятью ЭУМ по заявкам программ СКП, СПТО и САДМП;

3) организация связи человек - машина, обеспечивающие взаимодействие обслуживающего персонала с ЭУМ в процессе эксплуатации и технического обслуживания коммутационного узла.

Программы - диспетчеры организуют выполнение программ во времени (очередность запуска программ), чтобы обеспечить как обслуживание вызовов в реальном времени, так и распределение машинного времени между программами.

К внешним устройствам ЭУМ обращаются многие программы внутреннего ПО. Для обеспечения независимости этих программ от конкретных моделей, применяемого внешнего устройства, которые могут различаться алгоритмами управления их работой, программы формируют заявки на требуемый обмен информацией и записывает их в соответствующий типа ВУ буфер заявок (БЗ), а непосредственное выполнение этих заявок и управление работой ВУ в процессе обмена информацией возлагается на специальные программы ввода - вывода. Хранение заявок в буфере позволяет считывать их и обслуживать в том же порядке записи.

В процессе эксплуатации и технического обслуживания КУ у обслуживающего персонала возникает необходимость обратиться к ЭУМ для запуска различных программ. Кроме того, при возникновении ситуаций, требующих вмешательства обслуживающего персонала, ЭУМ по своей инициативе выдает оператору соответствующую информацию. Связь оператора с ЭУМ осуществляется обычно с помощью телетайпа и набора программ, состоящих из программ организации связи человек - машина и, собственно, программ оператора, выполняющих действия, задаваемые директивами оператора.

Система СКП. Управляет установлением и разъединением различных видов соединений, предусмотренных на данном узле коммутации. Применительно к городской опорной АТС это могут быть внутристанционные соединения между абонентами, соединения между абонентами подстанции и абонентами, включенными непосредственно в данную станцию, соединения для вызовов от других опорных АТС, узловых АТС и АМТС к абонентам данной станции при использовании различных типов соединительных линий, соединения для вызовов от абонентов данной станции к другим опорным АТС, узловым АТС и АМТС.

Система СПТО. Используется для автоматизации процессов контроля и диагностики оборудования узла коммутации, а также для восстановления нормального режима работы оборудования после устранения обнаруженных неисправностей.

Система САДМП. Предназначена для автоматизации процессов эксплуатации узла коммутации и осуществляет сбор статистических данных о нагрузке, качестве обслуживания вызовов и работы оборудования, которые затем используются администрацией узла и сети связи для анализа и оптимизации качества обслуживания абонентов, загрузки оборудования, каналов и линий сети связи. Система САДМП содержит также программы, используемые эксплуатационным персоналом узла коммутации для изменения абонентских и станционных данных при проведении работ по подключению новых абонентов, добавлению каких - либо приборов, блоков и устройств, изменению конфигурации связей между различными видами оборудования.

Внешнее ПО.

Представляет собой совокупность вспомогательных программ, постоянных и полупостоянных данных, которые не используются на этапе нормальной эксплуатации АТС и, таким образом, не являются ее внутренней составной частью, но применение которых на этапах составления, отладки, испытаний и производства программ и данных внутреннего ПО позволяет повысить его эффективность и качество, а также существенно сократить время и трудоемкость выполнения этих этапов. Состав и функции внешнего ПО не зависят от конкретного образца узла коммутации, устанавливаемого на сети связи.

Внешнее ПО состоит из следующих систем программ:

1) система автоматизации программирования САП;

2) система автоматизации отладки программ САОП;

3) система автоматизации производства внутреннего ПО САППО;

4) система испытательно - наладочных программ СИНП.

...