автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Исследование и разработка методики построения микропроцессорного управления цифровых систем коммутации

министерство связи российской федерации Московский технический университет связи и информатики

На правах рукописи

Леонов Виктор Григорьевич

УДК 621.395.345

исследование и разработка. методики построения микропроцессорного управления цифровых систем коммутации

. ецляльность 05.12.14 - Сети, узлы связи и распределение информации

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандвдата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре Автоматической электросвязи Московского технического университета связи и информатики (ИГУСИ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор ЕРШОВА Э.Б.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор МАРТЫНОВ Ю.М.;

кандидат технических наук, доцент ДЕДОБОРЩ В.Г.

Ведущее предприятие: Центральный научно-исследовательский институт связи (ЦНШС).

Защита состоится

1992 г. В.

на заседании специализированного совета К 118.06.02 при Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 105855, ГСП, Москва, Е-24, ул. Авиамоторная, 8-а, МТУСИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ. Автореферат разослан " / Ч^/УЖ/1^./ 1992 Г.

Ученый секретарь специализированного совета, канд. техн. нэук, доцент

Е.В.Демина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный этап развития общества характеризуется высокими тешами информатизации, следствием которой является рост объемов л возникновение новых видов информации, перэдаваедай по телефонным сетям. Дня удовлетворения возраставших потребностей в передаче информации необходимо быстрое наращивание средств распределения информация, что моеэт быть обеспечено сокращением сроков разработки перспективных цифровых систем коммутации (ДОК) с микропроцессорным управлением и широким внедрением их на сетях связи. Тейпы и эффективность процесса разработки ЦСК в большой степени загасят от эффективности методов, используемых при проектировании, и особенно на этапе системного проектирования, поскольку принятые на этом этапе решения в основном определяет общий уровень технических и экономических показателей ЦСК. Одной из главных задач системного проектирования ЦСК является решение проблемы структурного построения микропроцессорных систем управления (МПСУ). Это выдвигает на первый план проблему создания эффективных методов выбора структуры МПСУ ЦСК.

В настоящее время для этих целей чащо всего используются метода имитационного моделирования. Однако, вследствие высокой сложности, построение адекватной модели МПСУ ЦСК является достаточно трудоемким процессом и требует значительных затрат времена и средств. В связи с этим особую актуальность приобретает задача создания аналитических методов структурного построения МПСУ ЦСК.

Существущиэ в настоящее время аналитические методы системного проектирования МПСУ ЦСК основаны, главным образом, на применении совокупности формализованных методов. Причем, для решения каждой из проблем разрабатывается собственный метод исследования с использованием наиболее подходящего для этих целей математического аппарата. Такой подход не обеспечивает единства формального описания всей совокупности проблем и на позволяет учесть все многообразие их взаимного влияния. Крота того, в настоящее время не существует формализованных методов декомпозиции процессов установления соединения в ЦСК, что ставит в зависимость полноту функциональной декомпозиций и абстрактного описания системы от интуиции исследователя.

В связи с этим является актуальной проблема разработки методики построения микропроцессорного управления ЦСК, основанной на применении аналитического аппарата, обеспечивающего приемлемый для получения конкретных результатов уровень абстракции и единство формального

описания проблем структурного построения МПСУ ЦОК.

Ц е. ль' работы и задачи исследования.

Целью работы является исследование и разработка методики построения микропроцессорного управления ЦСК,. обеспечивающей решение проблем структурного построения МПСУ ЦСК формализованными методами.

Основными задачами при атом являются: исследование особенностей построения микропроцессорного управления ЦСК и разработка совокупности методов, которая включает формализованный метод.декомпозиции функций управления процессом обслуживания вызовов (ПОВ) в ЦСК, метод выбора структуры МПСУ ЦСК, метод распределения приоритетов программных блоков (ПБ) функциональных модулей (ОМ) ЦСК и метод организации процесса обработка ПБ в 4М ЦСК при фиксированной длительности кванта процессорного времени.

Научная нови.з на результатов диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложена классификация способов построения микропроцессорного управления ЦСК, позволяющая систематизировать существующие подходы к структурному построению МПСУ ЦСК и выявить тенденции.их развития.

2. Разработан формализованный метод декомпозиции процессов установления соединения в-ЦСК, основанный на построении факторпространств по элементам возрастающей последовательности измельчающих разбиений вероятностного-пространства состояний объектов внешней (по отношению к системе управления) среда. Это позволяет формально представить протекающие во внешней среде реальные процессы в виде иерархической совокупности стационарных случайных процессов - информационных компонент, характеризующихся скоростью создания информации.

3. Предложен метод декомпозиции функций управления ПОВ в. ЦСК, ■ при котором функциональный состав . системы определяется по элементам декомпозиции процессов установления соединения, а каждой функциональной компоненте ставится в соответствие преобразование входного алфавита информационной компоненты процесса в выходной алфавит реакции управляющего объекта на внешнее воздействие. Это обеспечивает однозначное определение функционального состава МПСУ ЦСК по информационным потокам процессов.

. 4. Предложено, аналитическое описание структуры МПСУ ЦСК, позволяющее осуществить выбор варианта объединения функциональных компонент в ®М Но двум критериям: по критерию соответствия скорости создания инфор-рмации информационными компонентами процессов требуемой скорости реализации соответствующих функциональных компонент в ФМ и по критерию

требуемой суммарной скорости передачи сообщений межмодульного взаимодействия.

5. Разработан формализованный метод распределения приоритетов ПБ в ФМ, позволяющий определять численные значения приоритетов ПБ по значениям загрузки вычислительного ресурса МП каздгм ПБ и оценить качество обслуживания заявок отдельными прогршмныкн блоками и системой ПО ФМ в целом.

6. Для фиксированной длительности кванта процессорного времени предложен метод организации процесса обработки ПБ технологического ПО ИД, обеспечивавщий экономию процессорного времени, численно равную половине суммарной длительности реализации ПБ, периодичность активизации которых более чем вдвое превышает длительность кванта процессорного времени.

Методы исследования. Теоретические исследования диссертации основаны на применении основных положений теории вероятностных пространств Лебега и их измеримых разбиений, теории автоматических систем коммутации, математической теории энтропии, теории информации, теории массового обслуживания, теории конечных цепей Маркова, теории статистического моделирования.

Практическая ценность работы.

Метод декомпозиции процессов установления соединения в ЦСК используется для формального представления сложных реальных процессов, протекапцих во внешней "среде, в виде иерархической совокупности информационных потоков, поступающих на обработку в МПСУ ЦСК.

Метод декомпозиции функций управления ПОВ в ЦСК используется для формального определения полного функционального состава МПСУ ЦСК в соответствии с протекавшими во внешней среде процессами. \ •

Аналитическое описание структуры МПСУ ЦСК используется при абстрактном синтезе структуры МПСУ ЦСК для получения оценок требуемой скорости реакции управляющего объекта на внешнее воздействие информационных компонент и требуемой суммарной скорости передачи сообщений межмодульного взаимодействия для различных вариантов объединения функциональных компонент в ФМ.

Предложенная процедура распределения приоритетов программных блоков в ФМ МПСУ ЦСК используется для вычисления значений приоритетов как в системах со статическими приоритетами, так и в системах с динамическими приоритетами, поскольку легко реализуется машинными методами.

В соответствии с предлога иным мэтодом организации процесса

з/в

5

обработки ПБ в ФМ МПСУ ЦСК разработан алгоритм диспетчера реального времени и его программная реализация, которые используются в готовом виде при создании ПО ОМ МПСУ ЦСК.

Вклад автора в исс л е дование проблемы. Все результаты, представленные в работе, получены автором самостоятельно.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной "работы внедрены в опытно-конструкторской работе 1ЩИИС по созданию ЭАТС-ЦА., при этом ожидаемый экономический эффект составляет не менее 96 тыс. руб. в год при серийном производстве станций ЭАТС-ЦА. объемом I млн. номеров в год. Основные теоретические положения и практические рекомендация использованы рядом научно-исследовательских организаций при разработке концентратора локальной ЩСС, адаптера оконечного устройства системы коммутации и модулей взаимодействия специализированной интегральной системы связи с телефонной сетьв.

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных научных сессиях, посвященных Дню Радио (Москва, 1988, 1989,1990, 1992 г.г.), XIV Московской городской научно-технической конференции, посвященной Дню Радио (1988 г.), XX научно-технической конференции молодых специалистов ПО ВЭФ (Рига, 1989), Научно-технических конференциях Московского технического универсистета связи и информатики (1984-1992).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в научных журналах, материалах сессий, научно-технических конференций, депонированы в ЦНТИ "Информсвязь" - всего II работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений и содержит 142 страницы машинописного текста, 34 рисунка, 3 таблицы. В списке литературы 116 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту. I. Математическая модель внешней по отношению к МПСУ ЦСК среды в виде вероятностного пространства и построение решетки ее измеримых разбиений обеспечивают адекватное формализованное описание процесса эволюции внешней среды во времени в виде иерархической совокупности стационарных случайных процессов, каждый из которых является источ-

ником информации о развитии событий на некотором локальном подмножестве пространства состояний объектов внешней среда.

2. Каждой информационной компоненте процесса эволщии внешней среда соответствует определенная функциональная компонента МПСУ ЦСК, обеспечивающая преобразование символов, порожденных информационной компонентой, в символы реакции МПСУ ЦСК на внешнее воздействие.

3. Применение энтропийного подхода при аналитическом описании структуры МПСУ ЦСК обеспечивает возможность получения сравнительных оценок скорости создания информации информационными компонентами, требуемой скорости реализации функциональных компонент и требуемой суммарной скорости передачи сообщений межпроцессорного взаимодействия для различных вариантов объединений функциональных компонент в <Ш, независимо от типа управляющего МП.

4. Применение разработанного метода декомпозиции функций управления ПОВ в ЦСК в случае программной реализации функциональных компонент обеспечивает представление ГО <Ш МПСУ ЦСК в функционально-структурированном виде, когда каждой функциональной компоненте соответствует программный блок ПО Ш, причем в состоянии ожидания каким-либо процессом внешнего события ни один из отвечавших ему программных блоков не претендует на захват вычислительного ресурса, что гарантирует возможность использования мультипрограммного режима. .

5. При использовании режима раздельной диспетчеризации в системном ПО Ш МПСУ ЦСК следует осуществлять выделение групп приоритетности ПБ по соотношению значений длительности минимального интервала между двумя последовательными запросами на реализацию каждого ПБ и длительностью кванта процессорного времени.

6. Значения приоритетов ПБ в пределах групп приоритетности пропорциональны удельному весу загрузки вычислительного ресурса каждым ПБ в суммарной загрузке вычислительного ресурса всеми ПБ, образующими грушу приоритетности.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первом раз-деле диссертации дана классификация методов построения микропроцессорного управления ЦСК на базе которой проведен анализ структурного построения систем управления современных ЦСК: АХЕ-10, ИЕАХ-61, ЕУББ, БХ200, 1ТТ1240, ЭАТС-ЦА. Отмечено, что изменившийся характер требований к перспективным ЦСК повлек за собой необходимость существенных изменений в подходах к построению их систем управления, что в свою очередь потребовало решения целого ряда новых проблем.

В частности, неизбежность связанной с развитием элементной базы модернизации перспективных ЦСК и их многофункциональность приводят к необходимости распределения функций управления. При этом структурно ЦСК представляет собой совокупность взаимосвязанных функциональных модулей. В связи с этим щи синтезе структуры ЦСК требует решения груша проблем, связанных с декомпозицией функций управления ПОВ и их последующего объединения в <Ш.

Потребность в обеспечении.плавного изменения емкости ЦСК приводит к необходимости реализации каждой группы функций с помощью наборов однотипных Ш, образующих модули наращивания. При этом один ФМ реализует совокупность возлохенных на него функций либо для группы закрепленных за ним источников нагрузки (распределение по источникам нагрузки), либо для некоторой части нагрузки, поступающей на данную группу Ш (распределение по нагрузке). С этим связан комплекс проблей программной реализации функций с использованием вычислительных средств и в частности, проблемы выбора типа управляющего микропроцессора, определения оптимального объема обслуживаемого им функционального оборудования (ФО), которые в свою очередь порождают необходимость оптимизации вычислительного процесса в ФМ, включая поиск рациональных вариантов построения технологического и системного ПО СМ.

Модульная структура управления перспективных ЦСК приводит к необходимости организации информационного обмена управляющих МП ФМ в процессе обслуживания вызовов. Для этого должен быть решен целый комплекс проблем, связанных с выбором структуры системы взаимодействия управляющих Ш1 ®1, а также способов и средств ее реализации. Исследование вышеперечисленных проблем требует рассмотрения и анализа структурных решений при создании систем управления существующих н перспективных ЦСК.

Анализ методов построения МПСУ ЦСК осуществлялся в соответствии с приведенной в работе классификацией по трем основным параметрам -по способам организации управления, по способам распределения управления и по способам организации межпроцессорного взаимодействия.

Проведенный анализ методов организации управления современных ЦСК позволяет выявить общность и различия в подходах к построению СУ ЦСК. Общность заключается в тенденции децентрализации и распределения функций управления по подсистемам с автономным программным управлением. При этом имеют место иерархические двух- и трехуровневые децентрализованные и распределенные структуры управления, в которых

к нижнему уровню иерархии отнесены МП, реализующие функции управления ФО, прием и распознавание функциональных сигналов. Верхний уровень иерархии двухуровневых структур образован устройствами управления обслуживанием вызовов, в качестве которых в децентрализованных системах применяются специализированные управляющие коетпексн, в распределенных - универсальные МП.

Трехуровневые структуры характерны для ЦСК с распределенным управлением, в подсистемах управления ПОВ которых применяется способ распределения по нагрузке, если при этом функции, связанные с распределением нагрузки по МП подсистем реализованы программно. Выполняющие эти функции МП составляют третий (верхний) уровень иерархии трехуровневых структур. Средний уровень трехуровневых структур по функциональному составу, как правило, эквивалентен верхнему уровню двухуровневых.

Типичным для структур МПСУ современных ЦСК является прпкензжэ способа распределения управления по источникам нагрузки в подсистемах, образующих нижний уровень иерархии. Имеет место такгэ относительное единство в способах распределения функций по подсистемам на нижнем уровне.

Однако, наряду с общностью некоторых принципов построения МПСУ ЦСК, имеют место существенные различия в подходах к реализацхи процесса децентрализации, о чем свидетельствует имепцее место многообразие структурных решений, ни одно из которых не является оптимальным. Это объясняется отсутствием общих методов синтеза МПСУ ЦСК и-подтверждает важность и актуальность проблеш их разработки.

Во втором разделе диссертации проведена разработка метода выбора структуры МПСУ ЦСК.

Модель управления ЦСК представлена в виде совокупности, включающей внешнюю среду, объект управления и управляющий объект. Внешней среде поставлено в соответствие дискретное вероятностное пространство для которого построена возрастающая последовательность измеримых разбиений:

ОЧ^М^ « ^ ... ^ ^ е}, где V - символ тривиального разбиения;

£ - символ произвольного измеримого разбиения ({ е 11,т1); е - символ точечного разбиения.

Нри этом получены соотношения, определяющие взаимосвязи условных вероятностных мер, что позволяет по каждому из - разбиений построить вероятностное пространство. Соответствующая последовательности (1>,$)

совокупность пространств Лебега представляет собой модель поэтапного разложения сложного случайного испытания, связанного с эволюцией протекающих во внешней среде процессов. Ме-^рический автоморфизм Т порождает на последовательности совокупность стационарных слу-

чайных процессов:

{(Т.у),1(Т ):Ш1 ,т]>,(Т,Е)>, Пространство реализаций каждого случайного процесса определяется факторпространством по соответствующему разбиению из последовательности (Р.О, поэтому каждый случайный процесс явлпется математической моделью эволюции во времени некоторого реального процесса, протекающего на локальном подпространстве внешней среды.

В соответствии с этим подходом была осуществлена декомпозиция пространства состояний траекторий процесса, протекающего во внешней среде, представленной совокупностью телефонных аппаратов с передачей абонентского номера декадным кодом.

С точки зрения управляющего объекта ЦСК каждый случайный процесс из декомпозиции может рассматриваться в качестве источника информации о развитии процессов на локальном подмножестве внешней среды. В связи с этим введено понятие информационной компоненты процесса зволвдии внешней среды.

Определение I. Пусть - обратимая динамическая

система, задающая механизм эволюции во времени некоторой реальной внешней среды, (Р.О = : V,. ^ =е> - решетка ее измеримых

разбиений, а {{(Тв е ^ е (У,^)} - совокупность

стационарных случайных процессов, индуцированных автоморфизмом Т на множестве элементов разбиений, образующих решетку (1>,<).

Информационной компонентой 1 процесса эволюции внешней среда будем называть случайный процесс

(ТВ ,Б1 ) е «(Т^.Б е ^ 0\0>.

рассматриваемый в качестве источника информации, создаваемой при действии факторавтоморфизма Т^ на факторпространстве по элементу Б разбиения ^ .

Иерархия информационных компонент обуславливается имеющим место отношением включения на множестве факторсистем, представляющих совокупность пространств реализаций случайных процессов.

Для осуществления функций управления управляющему объекту ЦСК достаточно отслеживать, изменения состояний на каждом локальном подпространстве внешней среды и обеспечивать своевременную реакцию на каждое изменение в соответствии с заранее опр^деленной стратегией.

Реакция управляющего объекта на изменение состояния внешней среды заключается в генерации отклика, адекватного поступившему' изменению, т.е. процессу эволюции элементов множеств St при действии автоморфизмов Тв соответствует порожденная этим процессом эволпция однозначно определенных элементов множеств реакций R управляющего объекта. Процесс эволюции элементов для каждого множества R может быть представлен в виде случайного процесса (R ,ТИ). Причем, каждому (Sv ,Т_) из ,Si ):St е ^ € (Р,?:)) однозначно соответствует определенный (Rt,ТЯ). Процесс генерации Rt представим в виде некоторой частично рекурсивной функции, реализуемой управлялцим объектом над : R =/(St).

Определение 2. Функциональной компонентой управляющего объекта будем называть функцию преобразования информационной компоненты процесса эволюции внешней среды в процесс эволюции его реакций.

Таким образом, каадой информационной компоненте Т процесса эволюции внешней среды соответствует совершенно определенная функциональная компонента управляющего объекта ЦСК: I sí. В результате иерархической совокупности информационных компонент 3, образующих разложение процесса эволюции внешней среды, будет соответствовать иерархическая совокупность функциональных компонент, представляющая декомпозицию функций управления ПОВ в ЦСК:

= <7 : 7 s I. ; х - символ соответствия).

и VII

При этом свойство иерархичности функциональных компонент определяется отношением предшествования на множестве информационных компонент.

Задача выбора структуры МПСУ ЦСК заключается в поиске подходящего варианта выделения подмножеств функциональных компонент, реализуемых в одном ФМ. Для получения сравнительных оценок различных вариантов объединений функциональных компонент в <Ш предложены два критерия. Первый критерий определяется необходимостью обеспечения управляемости системы, что возможно в том случае, когда скорость изменения состояний процессов не превышает скорости реализации соответствующих функциональных компонент в ФМ. В общем случае это условие может быть записано следующим образом:

i — г

[V(T >rl » l [KCF )]-*. vío.íí 3, где

i—i

1 V(í ) - скорость создания информации информационной компонентой 1г; К ) - скорость реализации компоненты Тх в ФМ; г - численное значение приоритета компоненты Т .

Скорость создания информации информационной компонентой I определяется скоростью создания информации соответствующим случайным процессом (Тв). Эта скорость равна энтропии элемента разбиения ^ относительно автоморфизма Т : У(1 ) = ЩБ^).

Скорость реализации функциональной компоненты пропорциональна количеству информации, обрабатываемому управляющим объектом ФМ в единицу времени при генерации отклика-

КСГ ) = Я(Б1 ) + Я(й ) - ч^ЛЙ ). где Я (И ) - энтропия элемента И относительно автоморфизма Тн; Н(Б^ ЛВ_) - энтропия элементов , совпадающих с элементами Я и не требующих преобразования при генерации отклика.

Параметры У(Т ) и ) могут быть использованы в качестве дополнительных критериев, например для равномерного распределения информационных потоков по 5М, что.важно при использовании однотипных МП.

Второй критерий обеспечивает получение оценок требуемой суммарной скорости передачи сообщений межмодульного взаимодействия. Эти оценки могу быть получены по значениям суммарной скорости создания информации той частью реакций управляющего объекта ФМ, которая создает поток сообщений к другим ФМ системы в соответствии с информационными связями:

п

И = У ЯШ ) , где

Ш, : 3=1,2,... ,п> - совокупность реакций управляющего объекта ФМ, образующая поток сообщений межмодульного взаимодействия к остальным ФМ системы. Использование критерия К при выборе структуры системы позволяет оптимизировать распределение потоков межмодульного взаимодействия в нэй.

В третьем разделе проведена разработка методики построения МПСУ ЦСК.

В процессе анализа особенностей построения системного ПО ФМ МПСУ ЦСК выявлены основные принципы их построения и определена номенклатура основных функций, реализуемых системным ПО ФМ.

Исследованы особенности микропроцессорного управления выдачей функциональных сигналов (ФС). Отмечено, что с точки зрения организации процесса обработки ФС делятся на два класса: сигналы фиксированной длительности и квитируемые сигналы (КС). Осуществлена-декомпозиция функций управления процессом выдачи ФС, в результате

которой выделены три функциональные компонрнты, каждой из которых поставлен в соответствие программный блок. Построена модель и получены зависимости интенсивностей потоков заявок на программные блоки от соотношения средней длительности выдаваемых сигналов и длительности кванта процессорного времени (р) и от соотношения числа выдаваемах сигналов фиксированной длительности и квитируемых сигналов (а): Я4= Ш-а(1-р)1~*;

Х2= \ (ар + Рн(1-а)), где Р - вероятность нарушения обмена в случае выдачи КС; X - интенсивность входного потока заявок на выдачу ФС.

Осуществлена разработка формализованного метода вычисления значений приоритетов ПБ ПО Ш. При этом процесс распределения вычислительного ресурса по программным блокам представлен в виде марковского случайного процесса с п состояниями, где п - количество ПБ. Показано, что численные значения приоритетов пропорциональны стационарному распределению вероятностей предоставления вычислительного ресурса каждому ПБ, которое должно совпадать с распределением вероятностей поступления запросов на реализацию соответствующих ПБ. Вычисление значений приоритетов осуществляется по формуле: к = г0-®, где к - вектор численных значений приоритетов ПБ, г - суммарное значение приоритетов, о- вектор стационарного распределения вероятностей реализации ПБ. Вероятность активности ПБ пропорциональна длительности реализации ПБ и интенсивности поступления запросов на их реализацию, поэтому элементы матрицы о определяются из выражения:

Р1= Я ^ I > Я • гда Р1 " параметр загрузки процессора {-м ПБ. Получены выражения для вычисления параметров загрузки вычислительного ресурса МП <Ш отдельными ПБ и системой ГО в целом, что обеспечивает (при выборе соответствующей модели СМО) определение необходимых показателей качества работы системы для заданного варианта распределения приоритетов.

В работе показано, что предложенная декомпозиция функций управления ПОВ в ЦСК в случае программной реализации функциональных компонент обеспечивает представление ПО СЕМ в структурированном виде, причем в случае ожидания процессом совершения какого-либо внешнего события ни один из отвечающих ему ПБ не претендует на захват вычислительного ресурса, поскольку по условию декомпозиции каждая функциональная компонента активизируется только при изменении состояния процесса и после обработки переходит в пассивное состояние. - ~ Для режима с раздельной диспетчеризацией и фиксированной дли-

тельностью кванта процессорного времени предложено осуществлять выделение групп приоритетности по соотношению минимального периода между двумя последовательными запросами на реализацию ПБ и длительностью кванта процессорного времени. При этом ПБ, периодичность активности которых соизмерима с квантом процессорного времени, требуют обязательной обработки в текущем цикле и образуют группу высокоприоритетных ЕБ. Если периодичность активности ПБ более чем в 2 раза превышает квант процессорного времени, то допускается задержка ее обработки. Такие ПБ образуют собственную группу приоритетности, названную в работе группой приоритетных ПБ. Для данной группы предложен режим диспетчеризации, обеспечивающий выравнивание пиков нагрузки на вычислительный ресурс МП за счет переноса части ПБ, необработанных в текущем цикле (по причине нехватки процессорного времени) на обработку в следующем цикле. Показано, что в этом случае процессор в каждом цикле располагает дополнительным резервом времени, численно равным половине суммарной длительности всех приоритетных ПБ.

В четвертом разделе диссертации проведена экспериментальная проверка предложенной в работе методики методом быстрого макетирования с использованием созданного при непосредственном участии автора специализированного комплекса средств разработки и отладки ПО ФМ МПСУ ЦСК. Выбор метода быстрого макетирования в данном случае объясняется тем, что его применение обеспечивает возможность получения разносторонних оценок результатов теоретических исследований путем практической их реализации в условиях, максимально приближенных к реальным. Использование специализированного отладочного комплекса (СОК) в качестве средства быстрого макетирования позволяет в короткие сроки построить реальную модель, обеспечивающую эффективную экспериментальную проверку основных положений предложенной в работе методики.

Основу СОК составляет специализированная микро-ЭВМ, построенная на базе микроконтроллера МС2702. В состав СОК также входят блоки расширения ОЗУ суммарным объемом 24К, интерфейс с ИМ, интерфейсы ИРПР и ИРПС для подключения управляемого оборудования, программатор РПЗУ, системная консоль, принтер. Программные средства СОК включают совокупность программ, обеспечивающих процесс разработки и отладки ПО и подсистему специальных процедур поддержки процесса макетирования. Основными элементами ПО СОК являются: экранный редактор текстов, двухпроходный ассемблер, универсальный отладчик, дисассемблер, перетранслятор объектных файлов, программатор РПЗУ. Подсистема спе-

циальных процедур разработана на базе библиотеки подпрограмм с плавающей запятой, поставляемой совместно с микроконтроллером МС2702, и включает процедуру датчика случайных чисел с пуассоповским распределением, параметр которого задается при входе в процедуру, процедуру вычисления среднего значения величин, процедуру вычисления суммы квадратов величин, процедуру вычисления дисперсии.

Для зкпериментальной проверки предложенной в работе методики по ее рекомендациям была осуществлена разработка элементов технологического и системного ПО реализующего функции обслуживания абонентских линий (АЛ) с декадным набором номера. При этом в соответствия с разработанным методом декомпозиции функций управления ПОВ и проведенной в работе декомпозицией процессов установления соединения гиде лена следующая совокупность функциональных компонент: сканирование и временной контроль; обработка изменения состояний процессов; обработка цифр набора номера; обработка абонентского номера;

•управление выдачей абоненту сигнала "ответ станции". Каждая из перечисленных функциональных компонент была реализована программно на ассемблере К1821 (К580). Для управления процессом обработки полученной совокупности программах блоков была разработана программа диспетчера реального времени. Разработка осуществлялась в соответствии с предложенным методом организации вычислительного процесса в ФМ МПСУ ЦСК. Диспетчер обеспечивает управление процессом -распределения вычислительного ресурса между ПБ по дисциплине с многоуровневым понижением приоритета и раздельной диспетчеризацией, при этом в каждую группу приоритетности допускается включение до 16 ПБ. Выделение групп пряоптетности и вычисление значений приоритетов в пределах каждой группы осуществлялось в соответствии с предложенными в работе методами.

Эффективность разработанной методики в полной мере определяется показателями внешней и внутреней эффективности функционирования созданного по ее рекомендациям ПО. Обеспечивающий получения требуемых оценок моделирующий" алгоритм построен на базе разработанного ПО, в конфигурацию которого, наряду с технологическими ПБ, включены вспомогательные процедуры, обеспечивающие функционирование модели и вычисление необходимых показателей. Исходные данные для проведения эксперимента выбирались с учетом их соответствия существующим в реальных условиях значениям.

В процессе эксперимента проводились оценки показателей внешней эффективности - математических отданий длительностей обработки каадого ПБ и суммарной длительности необработанных в текущем цикле ПБ и показателя внутренней эффективности - коэффициента полезного использования вычислительного ресурса Ки= 1^/4, где ^ - среднее суммарное время реализации ПБ за цикл сканирования, г - значение длительности периода сканирования. Оценки проводились при увеличении числа источников нагрузки с цельв определения емкости модуля, при которой значение Ки достигает максимума, а длительности реализации ПБ не превышают критических значений. В результате проведения эксперимента установлено, что наилучшие показатели функционирования системы ПО достигаются при емкости 520 АЛ. При этом Ки = 0.75, средняя суммарная длительность необработанных в текущем цикле ПБ не превышает 4 мс. Полученные результаты подтверждают эффективность предложенной в диссертационной работе методики.

основные результаты работы

1. На основе проведенного анализа построения систем управления ЦСК определены существующие подхода к структурному построению МПСУ ЦСК, выявлены тенденции их дальнейшего развития,' исследованы особенности взаимного влияния проблем, решаемых в процессе разработки МПСУ ЦСК.

2. Разработан метод декомпозиции процессов установления соединения в ЦСК обеспечивающий единое, не зависящее от номенклатура и типов объектов внешней среды, формализованное описание процессов, протекающих во внешней среде.

3. Разработан метод декомпозиции функций управления ПОВ в ЦСК, при котором функциональный состав системы однозначно определяется по информационным штокам процессов. Доказана полнота функциональной декомпозиции.

4. Предложено аналитическое описание структуры МПСУ ЦСК, обеспечивающее поиск подходящего распределения функций управления ПОВ в ЦСК по функциональным модулям с возможностью оценки требуемой скорости реализации функциональных компонент и требуемой суммарной скорости передачи сообщений межмодульного взаимодействия для каадого варианта объединения функциональных компонент в Ш.

5. В результате проведенного исследования особенностей программного управления процессом выдачи функциональных сигналов в МПСУ ЦСК выявлен характер зависимостей интенсивностей потоков заявок на реализацию ПБ от соотношения количества выдаваемых сигналов фиксированной длительности и квитируемых сигналов и от соотношения средней длите-

льности выдаваемых сигналов и длительности кванта процессорного времени.

5. Разработан формализованный метод определения численных значений приоритетов ПБ 4M МПСУ ЦСК, обеспечивающий вычисление значений приоритетов ПБ по значениям параметров загрузки вычислительного ресурса МП ФМ кавдым ПБ.

6. Показано, что предложенный метод декомпозиции функций управления ПОВ, в случае их программной реализации, обеспечивает структуризации технологического ПО ФМ, причем в состоянии ожидания процессом внешнего события ни один из отвечающих ему ПБ не претендует на захват вычислительного ресурса.

7. Предложен метод организации процесса обработки ПБ технологического ПО ФМ ЦСК с выравниванием нагрузки на процессор за счет переноса части задач, необработанных в текущем цикле, на обработку в следугн щем цикле. Показано, что в этом случав процессор ииеет дополнительный резерв времени на обработку, численно равный половине сукгхарной длительности всех приоритетных задач, включенных в конфигурацию.

8. В соответствии с предложенной в работе методикой осуцэствлэнэ разработка системы ПО <ЕМ обслуживания АЛ в виде совокупности ПБ технологического ПО и диспетчера реального времени и проведена экспериментальная проверка его функционирования с использованием спэцз-ально созданных средств быстрого макетирования. Полученные в результате эксперимента оценки показателей внешней и внутренней эффективности функционирования системы ПО подтверждают истинность результатов диссертации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ

1. Деханова H.A., Леонов В.Г., Силкин A.A. Микропроцессорная реализация системы взаимодействия управляющих комплексов цифровой системы коммутации // Тез. докл. XX Научно- технической конференции . молодых специалистов ПО ВЭФ. - Рига, 1989. - С. 57-58.

2. Ершова Э.Б., Казарновский A.B., Леонов В.Г. Разработка средств межмодульного взаимодействия ЭАТС-ЦА, на базе системы №1 МККТТ // Тез. докл. XLV Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио. / НТО РЭС им. A.C. Попова. - М., IS90. Ч. I, с. 16.

3. Ершова Э.Б., Силкин A.A., Казарновский A.B., Леонов В.Г.-, Деханова H.A. Разработка средств межмодульного взаимодействия ЭАТС-ЦА // Цифровые системы передачи и коммутации- / Сб. нау*да. трудов. -М.: ЦНШС, 1990. С. 13-21.

4. Казарновский A.B., Леонов В.Г. Оптимизация процесса обработки

адресной информации в системе распределенного микропроцессорного упраачения // Цифровые системы распределения и передачи информации.

- М., 1986. - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 26.12.1986, J6I00I.

5. Казарновский A.B., Леонов В.Г. Комплекс средств отладки технологических программ систем коммутации на базе микроконтроллера KI-20 // Тез. докл. XLIII Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио. -М.: Радио и связь, 1988. Ч. I, с. 32.

6. Леонов В.Г. Организация процесса управления модулем цифровой ДМТС с распределенным управлением // Применение микропроцессорной е вычислительной техники в устройствах и системах связи. - М-, 1987.

- Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 01.09.1987 J5II66.

7. Леонов В.Г. Проектирование операционной системы реального времени для цифровой системы коммутации с распределенным микропроцессорным управлением // Электронные системы коммутации : Тез. до гл. XIV Московской городской научно-технической конференции, посвященной Дню радио / НТО РЭС им. А.С.Попова. - М., 1988. - С. 187-188.

8. Леонов В.Г. Определение качества функционирования устройства мз5шроцессорного обмена в цифровой системе коммутации // Применение микропроцессоров в системах распределения информации. - М., 1988.

- Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 22.08.1988, ЖГ410.

Э. Леонов В.Г. Оценка вероятностно-временных характеристик программной обработки информации межпроцессорного обмена в цифровой системе коммутации // Тез. докл. XLIV Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио/ НТО РЭС ем. A.C. Попова. - М., Радио и связь, 1989, т. 2, с. 36.

10. Леонов В.Г. Оптимизация распределения программных и аппаратных средств при реализации микропроцессорного взаимодействия в ЭАТС-ЦА // Вычислительная техника и распределенная обработка информации в системах связи. - М., 1989. - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 17.II.1989, M6I5.

11. Леонов В.Г. Формализованный метод синтеза структуры распределенного управления цифровой системы коммутации // Тез. докл. XVII Научной сессии, посвященной Дню радио / НТО ЮС им. A.C. Попова. - М., 1992. С. G.