автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Коммуникационная система терминальной сети

г. ^

ЛКЛДЕЖ НАУК СССР ЛЕЩШВДЕИЙ ИНСТИТУТ Ш150ША.ТИКИ И АВГШАТ1ВЩЕ1

На правах рукописи УЖ 681.324

МАСЛЧ Григорий Федорович КСШУШКАЩСЙНАЯ СИСТЕМА ТЗИШНАЛЬНОй С2Ш

Специальность 05.13,13 - Вычислительные ыашгш,

комплексы, систош я сети

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискэд. .а ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1Э9С

/ / •••? - - /

Работа выполнена з Институте ыоханпки сплосапас сред Уральского отделения Ахадог^ы наук СССР.

Научггс! руководитель - каздэдаг технических паук

КУЗЯКИН Юрий ¡кьпч

Официальные оппоненты - доктор технических наук

ШЫХОЗ Олег Алексесзяч

- каэдвдат технических наук ЛОСЕВ Геннадий ШпсайлоБЭТ

Ведущая организация - Научный совет по комплексной

проблеме "Кибернетика" при Президиуме АН СССР

Зацита состоится " и.юн.Х I99Q г. в_

часов на заседании специализированного совета Д 0C3.62.0I Ленинградского института информатики и автоматизации АН СССР по адресу: I99I78, г.Ленинград, В.О., 14 линия, дом 39.

С диссертацией моано ознакомиться' в библиотеке Института.

Автореферат разослан "Zf" 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

А.Н.Дошраикий

. - 3 -

1

• ■■-,""/ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■•Ш

1.1. 'Актуальность, Ускорение научно-технического прогресса связано с аироким использованием вычислительной техники в народном хозяйстве. Расширение областей применения средств вычислительной техники требует внедрения самых передовых технологий доступа к ресурсам распределенных вычислительных систем.

В настоящее время такой технологией является объединение ЗВ!1 и терминалов в сети. Однако переход от традиционных систем телеобработки с главной ЭВМ в центре и терминалами на периферии х "классическим" вычислительном сетям сдеряивается ограниченностью имеюаихся в ^наличии готовых сетевых программно - аппаратных средств у требует значительных затрат материальных ресурсов и времени. Необходимо такяе учитывать то обстоятельство, что в су-цествуюаие вычислительные мапины вложены огромные средства и изменение принятых в них способов взаимодействия с терииналапи злсломичсски неоправданно. Поэтому возникает задача построения коммуникационной системы, обеспечивавшей соединения пеяду но имеющими средств сетевой поддержки терминалами и ЭВМ.

Важным вопросом проектирования является выбор и реализация таких сетевых ¡рунг.иий, которые наилучшим образом соответствуют предъявляемым к сети требованиям и ограничениям. Речение этой задачи усложняется отсутствием конструктивных методов построения конкретных вычислительных сетей.

Таким образом, создание коммуникационной системы терминальной сети является актуальной задачей проектирования, при репении которой необходим учет многих противоречивых требований.

1.2. Цель работы заключается в создании коммуникационной сйстемы терминальной сети дла ЭВИ линии БЭСН-6 (БЭСМ-6, "Эльбрус 1-К2", "Эльбрус-Б"), обеспочивавадО: соединения типа терминал-ЭВМ, терминал-терминал, ЭВН-ЭВМ; сопряжение с Акадсмсетыо; доступность для реализации широкому кругу разработчиков подобных систем; модульность и гибкость построения; возможность развития; адаптируемость к условиям конкретного применения.

1.3. Используемые методу. Проектирование основано на результатах, полученных в таких областях наухи и техники, хак теория систем и сетей передачи дискретных данных; теория связи; вы-

числительная техника и г.и;;рсэлектроника; техника коммутации па-''.atciî; tcocus; сетей массового обслулииания.

i. 4 . (Я.новизна- Разработана архитектура коммуникаци-

онной сис- : . --ркинальной сети f логическая, физическая и прог-зп.чмаая с-гл ../put, которая вае-рена с двух организациях (Носка--.. при этоп:

;. ï. I. Определены функции модулей логической структуры коммуникационной системы пакетной коммутации, которые обеспечивает сохранение суиествуюаих в абонентских машинах программ взаимодействия с терминплами и допускают подключение стартстопных терминалов. Для сопряяения с Академсетью выбрана терминально - информационная система ТИСА, имевшая сетевой метод доступа к ресурсам сети Х.25.

1.4.2. Построена физическая структура коммуникационной системы на серийно выпускаемых технических средствах и разработан адаптер БЭСМ-6. Используемые в качестве физической среды передачи данных электрические и оптоволоконные системы информационного обмена позволяют создавать распределенную терг.иналъную сеть.

1.4. Д. Выбрана длина и структура пакета, одинаковая для транспоптного, сетевого и канального уровней, и определена двухступенчатая система адресаци" и маршрутизации. Эти решения обеспечили простои механизм установлен!// коммутируемых виртуальных логических каналов менау абонентами сети и эффективное управление потоками информации - марарутизаиия первой ступени заложена в самой схеме информационного обмена, а вторая ступень эффективно реализуется программно.

1.4.4. Срормулисована концепция построения и разработано специализированно" программное обеспечение узла, . обеспечивающее пропускнуа способность -3000 пак/с и подключение х одному узлу •чо 48—и терминалов и 5-и абонентских машин или других узлов, обоснована дисциплина трехуровневого понижения приоритета обслуживавших приборов и найден механизм реализации диспетчерских Функций в самих переключаемых процессах.

1.4.5. Экспериментально определен характер терминального потока и показано, что он не является пуассоновским, распределение интервала времени меаду моментами появления пакетов имеет явно выроненный бимодальный характер. По результатам измерений

на действующем узле получены аппрогсимациотшс зависимости интенсивности и коэффициента вариации входного потока от количества активно р?.6отак>зих терминалов для последутэ«его использования при аналитическом «оделиро1инии.

1.4.6. Выведены оснопныо иероятнсстно-прсмонные соотношения узла с помостг-п приблияеннчх методов расчета сстстей кассового обслуживания no деуп поуснт^м. Определен« размеры накопителей, средние задержки и выявлено узк.ое ссто г, узле - возможность потери "нетерпеливого" пакета, поступавшего от терминала. Найдена стратегия управления потоками, позволяющая огрзничить нагрузку и обеспечить максимальную прспус.чмую способность, сохранив при этом справедливое -разделение ресурсов узла ге.-ду абонентами. Показано, что г.ри корректном управлении потоками и вероятности потери пакета 10*" количество активно работакаик с узлом пользователей пожет достигать 40 единиц, а задержки в миллисекунднсм диапазоне не оказывают влияния на диалоговой реяиа работы.

1.5. ПР?KTViil'Tlvl^-"исичрсхъ• Репена задача построения единой терминальной сети для ЭВМ линии БЭСМ-6. Терминальным оборудованием коммуникационной систем являются: терминалы, персоналыгые мааины, грасрические системы, автоматизированные зкеперипенталь-ные установки и лкбые другие устройства на базе кини-миг.ро-ЭВК. Разработанная коммуникационная система внедрена и успспно развивается в Институте мех ники сплосишх сред УрО ЛН СССР, Ниучко-исследовательсхсм институте "Научный центр" министерства элеп-троьной промышленности. Промегуточныз этапы разработки переданы такие ряду организаций: Иост зскояу научно-исследсвательсг.спу институту приборной автоматики, Яарьковсксг.у физико-техническому институту ЛИ UCCP, Научно-исследовательскому машиностроительному институту, Центральному нау\:мо-исслесэОвательскс?".у институту химии и механики.

1.6. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: xvn Всесотхэной сколе по автоматизации научных исследований (Алма-Ата, 1984): конкуренции ученых социалистических стран "Локальные вычислительные сети" (Рига, 1936); секции jworor.acunv.iac систем автоматизации научных исследований CAJIH при Президиуме АН СССР и региональном семинаре по сетям ЭВМ (Свердлове^, 1937)? Вессспзнсп созсгднии "Перспе~-

тивы развития и опыт эксплуатации высокопроизводительных вычислительных комплексов" (Днепропетровск, 1988); VI Всесоюзной кон-cfepeimuu по вычислительным сетям коммутации пакетов "Компак-89" (Рига, 1989), научно-технической конференции "Применение вычислительной техники в научных исследованиях и производстве" (Пермь, 1984); семинарах пользователей ИМСС НрО АН СССР.

1.7. Публикации. По материалам диссертации опубликовано б научных трудов.

1.3, Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (79 наименований) и приложения (акты внедрения). Работа иллюст.ирована 27 рисунками.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. В первой главе рассматриваются проблемы, возникающие при организации одновременного доступа большого числа пользователей к распределенным вычислительным pe¿ypcaм. Анализируются варианты реиения данных проблем, и разрабатывается логическая структура терминальной сети.

Похазано, что большое разнообразие типов вычислительных с»,-тей, ориентированных на определенную область использования, и отсутствие конструктивных методов декомпозиции подобных систем ставит перед разработчиками достаточно сложную задачу выбора, распределения и отображения функций сетевых средств в конхре-чое программное и аппаратное обеспечение. Ревение этой задачи выполнено сравнением существующих способов реализации тех или иных компонент сети с последующим выбором оптимальных решений в смысле требований и ограничений на разрабатываемую терминальную сгть.

Основные предпосылки разработки: использование концепции -qtqO ЭВИ, сохранение существующих в ЭБН программ взаимодейст вия с терминалами, применение серийно выпускаемых технических средств, обеспечение достаточно простых процедур взаимодействия пользователей с сетью передачи данных, возможность подключения стартстопных терминалов, сопряжение с Акадексетью.

Предмет разработки: выбрать механизм передачи и длину передаваемых пакетов данных, разработать логическую структуру сети.

решить проблему распределения сетсевд (рункиий у-екду Ридами оборудования, отобразить функции отдельны;: у.одулой сети п конкретное программное и аппаратное обеспечение, определит;, размеры буферных областей памяти и стратегия управления этими областями.

Для выбора механизма передачи данних рассмотрены сети с селекцией и мартрутизаиией инерормации. Нар'ирутизаиип информации основана на концепции коммутации пакетоп (Рекомендации Х.25, Х.75 МККТТ) и, в основном, используется в сетях, абомег.тау.и котор1лс являются ЭСН и терминалы. Существенна аргументом в пользу коммутации пакетов для терминальной сети является интерфейс к. ЭВМ коллективного пользования, которий предполагает, что ЭВ!1 гложут принимать участие одногрсмемно в нескольких диалогах с другими ЭЗМ или терминалами. Интерфейс ЭВМ с сетью требует только одного канала ввода-вывода, по которому передаются перемещающиеся (мультиплексированные) пакеты из различн-ж диалогов. Другими преимуществами коммутации пакетов пелякггея возможность исполъзопэ-ния серийпо выпускаемой аппаратуры передачи даншлг и возможность согласования скоростей обмена г.сгду подключаемыми к узлам коммуникационной системы терминалами и ЭВМ.

Рассматриваются дна основных подхода, направленных на решение проблема "многообразия" терминалоо в вычислительной сети. Суть первого изложена в Рекомендациях ИККТТ Х.З, х.28, Х.29 и состоит в пог.кггке параметризации различий р.ег.оу терминалами и обеспечении интерч-ейса к сети с коммутацией пакетов. Второй подход использует понятие виртуального терминала сети (стандарты ЕСНА-87 и ЕСНА-БЕ) и основан на структуре данных, которая слузит средством обмена между терминалом и ЭС?5.. Совместимость обеих подходов достигается реализацией их 1}ункиий в разрабатываемой сети.

Анализируются способы доступа терт«иналоэ и ЭК!' п сети, ц с учетом выаеупомянутых требований и ограничений делается в>тод о необходимости реализации о узлах коммуникационной системы, логических модулей трех типов: коммуникационного, интгрт-ейсного и терминального. Логическая структура сети приведена на рисунке 1.

Коммуникационный модуль должен выполнять следующие функции: устанавливать и расторгать виртуальное соединения меиду абонентами, передавать пакеты данных по виртуальным соединениям, мультиплексировать виртуальные соединения, управлять потоками папе-

тов данных, предоставлять требуемый абонентам сервис. Ииторгройс-

УХ.25

Обозначение:

- абонентская машина

- интерфейсная машина

- Терминал модули:

~ коммуникационный

- интерфейсный

- терминальний

Рисунок 1

ний модуль поддерживает сгчествующий в абонентской машине протокол обмена с терминалами. Термш альный модуль является, по сути, средством сборки-разборки пакетов и обеспечивает: сборку пакетов из знаков, поступающих от терминала; формирование запросов на установление и расторжение виртуальных соединений; передачу пакетов данных; формирование запросов для сервисной слувбы.

В качестве интерфейсной машины для сопряжения с Ахадемсетыо выбрана терглг.нально-информационная система ТИСА Лка^омсети. ТИСА функционирует на СМ ЭВМ и обеспечивает сетевой метод доступа к удаленным вычислительным ресурсам ЕС ЭВМ и к другим систе-г,ап ТИСА в ревиме передачу сообщений (файлов).

2.2. Во второй главе разработана физическая структура коммуникационной системы и выбраны каналы обмена абонентских машин для сопрясения с сетью.

Для ЭВН линии БЭСМ-6 и СИ ЭВН выбран канал обмена мульти-плексированныаи 16 - разрядными пакетами следующего формата: 1-8 рр - информационный байт терминала, 9-16 рр - номер этого

терминала. Обоснована необходимость присутствия программной компоненты в коммуникационной системе. Развитие элементной базы, а такие: развитие идей в области теории и техники передачи данных, техники коммутации пакетов требует их использования в ранее созданных системах. Аппаратная реализация узла фиксирует достигнутый уровень распития и делает систему "захостенспией", практически не подлежаией совершенствованию. Программная ке компонента как бы делит систему на две части (аппаратную и программную) и позволяет сонериенстаовать их ' независимо друг от друга. Например, использовать более производительные процессоры и модули межмашинного обмена или развивать программное обеспечение на основе новых идей коммутации пакетов.

вьгаесказанное об/словило выбор 16-раэрядних микро-ЭВМ семейства "Электроника-бо" в качестве основы для построения узла пакетной коммутации. Эти михрэ-эвя имеют одинаковую систему команд, унифицированный системный интерфейс (}1ПИ - межмодульный параллельный интертейс) и большой набор функциональна г.сдулеа обмена. Разработчику предоставляется возможность самому определять конфигурация микропроцессорной системы в зависимости от ее конкретного применения. Центральным процессором (ЦП) узла является одноплатная микро-ЭВМ "Электроника ИС 1201.ОХ", но могут использоваться и другие типы машин, совместимые с ней по системе команд и структуре к нала.

Разработан адаптер связи БЭСМ-б с узлом, который выполняет поддерживаемые ОС ДИСПАК команды обмена с терминалами и конструктивно реализован в стойке К 1 МЛ на 5-и типовых ячейках БЭСМ-б (Вкб, ЭТС, Ви1) и 3-х ячейках согласования (ЯС1, ЯС2, ЯСЗ). Для увеличения расстояния между узлом сети и БЭСМ-б разработана схема использования оптоволоконной сис*. ¿мы "Электроника ПС 4101" а качестве физической среды передачи данных.

Таким образом, предлоаенна« физичесхая структура доступна для реализации широкому кругу разработчиков, а используемые при ее построении функциональные модули обеспечивают возможность построения распределенной а пространстве терминальной сети.

2.3. Злаатьей_____ПЛЙВ2 выбирается длина и структура пакета,

способ адресования и маршрутизации, ц разрабатывается «нфор-лчи-онная модель узла.

В начале уточняется с.числ номера терминала, передаваемого в 16-pii3p^qi;o,-\ пакете абонентской ЭВМ. Показано, что этот номер является (а сг.исле подели взаимодействия открытых систем) номером порта транспортного моаулк абонентской маиины. Значит интерфейсной годуль ксг^уникаиионной eue "егмл также должен ииетъ локальные для гл:го нопера портов. Терминал подключается к систепг через свой порт терминального модуля. Такая Ее структура 16-разрядного пакета принята и для организации мекузлойых соединений (сетевого урозия кс.вдуникаиионного модуля).

Взаипосиязь абонентов при такой интерпретации структуры 16-разрядного пакета осуществляется по приведенной на рисунке 2 схе-

Х.25

Обозначения: - узел копг.утации I I - абонентская машина I | - интерфейсная машина /\ - терминал

ш -

порт

---- логический канал

= - физический канал

Рисунок 2

ко. Порти коммуникационной системы соединяются друг с другом по гздсгсчислешшк логическим каналам. Пакеты в такой сети передаются поэтапно от одного порта к другому.

Адресование. Принята двухступенчатая система адресации. Кп-ад^гй абонент ипоет уникальный сетевой адрес (первая ступень); номере портов транспортного модуля абонентов (вторая ступень) задаются при генерации операционной системы абонентской ЭНН.

Нарпрутизация тесно связана с пибраингл-'. способе.", адресации. j каядом узле определены статические (фиксированной) маршрутные, таблицы для адресоз первой ступени, в которых указано соответствие сетевого адреса той физической линии, по которой необходимо передавать данные. Мэрырутизаиия пторой ступени адресации осуществляется динамически, т.е. устанавливаемое логическое соосило-ние закрепляется за rpps?JM свободная портом йбонечтекой мзшшы.

Использование пакете^ одной длины для транспортного, сетевого и канального уровней представляется автору с а мил езгл-uz-. предложением, хотя и не соответствуяаим эталонной модели архитектуры сетей, но позволяю®:;:4! организовать, как показано на рис. 3,

Многопортовые устройства

Однопортовые устройства

Pucywcs 3

э<тхрективное управление потоками информации в узле. С ¡рулгционв-

льной точки зрения информационная модель состоит из процессов двух уровней - сетевых и канальних. К канальным относятся процессы Д1-Д4, которые обеспечивают управление контроллерами физического уровня, прием и передачу пакетов, необходимую последовательность пакетов, связь логических каналов с физическими, мультиплексирование и демультиплексирование пакетов. Сетевой уро-иань поддерживается процессами сетевого управления и сервисной службы. Процессы сетевого управления выполняют установление (расторжение) логических каналов кеаду двумя устройствами (портами) в соответствии с таблицей маршрутизации.

Однопортовыми устройствами рассматриваемой информационной модели являются терминалы, ПЭВМ, графические устройства, автоматизированные экспериментальные установки и другие устройства, с кавдып из которых можно установить только одно виртуальное соединение. Обмен с этими устройствами выполняется процессами Д1 и Д4 побайтно. Многопортовые устройства - это абонентские машины и другие узлы терминальной сети, допускающие установление нескольких виртуальных соединений. обмен с ними производится процессами Я2 и ДЗ 16-разрядными пакетами, в которых информационный байт сопровождается байтом номера порта, к которому он относится. Все подключаемые к узлу устройс ла имеют в нем свой кольцевой буфер: Б - байтовый, БЯ? - пакетный. ^

В целях полного сохранения суаесгву*зц,его в абонентских машинах программного обеспечения обмен между ними происходит по постоянным виртуальным логическим каналам, количество и пар^.лет--ры которых задаются таблично администрацией сети. Связи типа те-рмшшл-ЭВМ, терминал-терминал образуются по коммутируемым виртуальный логическим каналам, причем, инициатором соединения всегда является терминал.

Взаимодействие терминала с коммуникационной системой распределяется на три фазы: установление соединения, обмен, растор-Еение соединения. В фазе установления соединения вводимая абонентом информация является запросом для процессов сетевого уровня, которые переводят сопрягаемые порты в фазу обмена, образуя тем самым ■ виртуальный логический канал с заданными параметрами соединения. Дуплексный обмен пакетааи в фазе обмена между 1-м терминалом (Т1) и 3-й абонентской пааиной (ЭВМ}) происходит по еле-

дующей схеме:

Ti -> Д1 -> r.Tj -> д: -> OEilj (поток 1)

ЭВМj -> лз -> Б1 -> Я4 -> Ti (поток 2)

7am расторжения copgvHi-H'jn служит для перехода от фззы обмена к пээ'" установления соединения. Условигт-.и пгрехсда япляггтся наличие сг--и»лльного хода расторгекия >1". прилу.поп регистре дчнньк однопортового '/стрсЗстЕ^ и интервал Lpceuu, s течения которого этот код контролируется узлом. Этим достигается прозрачность передаваемых дашулс по коммутируемым соединением.

Как видно из раст'-отреннж сзсся сбксна процессы сопрягаелых устройств непосредственно ртмлмсдсйстр.уот мспду собой через буферные накопит', ■vu. Маршрутизация информации первой ступени адресации при этом заключена а самой схеме организации обгона. Канальные зе процесс» Я1-Я4 еотолняют вторую ступепь адресации путем формирования или замени стэраего байта пакета на номер зпхреп-ленного за ним порта.

2.. определена концепция построения про-

граглмого обеспечения, выбрани инструментальные срсдстза и описана структура разработанного программного обеспечения узла.

Показано, что репяемиз узлом задачи есть постоянно существующие, взаимосвязанные и асинхронно вшолняг.чсз проиессы. Основным разделяемы:* ресурсом является процессорное -ремя. ^правление очередностью Ш'юлнения процессов - один из центральных рсп-росов организации вычислений в узле. Для экономии накладных расходов диспетчерские функции реализованы в самих переклггчгеткх процессах, при этом максимально использован механизм внешних прерываний для их инициации.

Обоснован выбор дисциплины выполнения процессов с трехуровневым понижением приоритета (FBj ""oreground-Dackground"): уровень 1 имеют процессы £U и Л4, уровень 2 - процесс Я2, уровень 3 -процесс ДЗ (см. рис.3). Поскольку не всегда возможно (и целесообразно) использование ^о-типрсродноО связи длп ограничения поступающей от терминалов нагрузки, проиессу Я1 приегтен наивь-ссий приоритет. Для уменьоения длин очередеа о узле.процессу Д2 назначен второй уровень приоритета. Причем, если какие-то спэряции обработки пакета можно выполнить или в первой фазе (Д1), или со второй '7330 (ЛЗ), то их следует перемести г.о вторую ср'.зу сбелу-

кивания. В такой двухфазной системе минимизируется время пребывания пакета во входной очереди, а значит уменьшается вероятность потери пакета. Однако при этом возрастают очереди в узле перед второй фазой обслуживания.

Прчоритеты процессов ДЗ и Д4 выбраны по следующим соображениям. БЭСН-6 аыдает пакеты на терминалы "россьтью" с иелыо одновременной загрузки медленно работающих терминальных линий. Поэтому целесообразно на фоне быстрой накачки процессом ДЗ буферных накопителей в узле обеспечить их разгрузку процессом Д4. Значит, процесс Д4 должен иметь более высокий приоритет, а процесс ДЗ необходимо сделать фоновым. В тоже время организация канала МПИ микро-ЭВМ узла не позволяет пр1 двоить, процессу Д4 более низкий приоритет, чем процессу Д1, при их запуске по прерываниям. Поэтому процессу Д4 присвоен приоритет уровня 1, и он конкурирует с процессом Д1 за процессорное время, увеличивая тем самым вероятность потери пакета, поступающего от терминала. Вопрос ограничения высокоприоритетной нагрузки, создаваемой процессом Д4, решен в пятой главе, где разрабатывается стратегия управления буферными областями памяти.

Выбрана инструментальная среда для разработки сетевого программного обеспечения. Показано, что для хороших компиляторов с языка высокого уровня объем памяти разрабатываемых программ увеличивается на 30%, а цикл обработки прерываний, написанный, например, на языхе Модулз-2 занимает 30-50 машинных команд по сравнению с 15-20 командами на языке ассемблера. Неэффективно тткяе использование универсальных операционных систем, в среде которых функционирует сетевые программы, вследствие их значительной избыточности. Потому специализированное программное обеспечение узла написано на машинно-ориентированном языке МАСТЮ-ассемблор. Далее разрабатывается структура программы и язык взаимодействия абонентов с коммуникационной системой.

2.5. В пятой главе определены характеристики производитель-■ ности узла с понощью методов теории сетей массового обслуживания (СМО). описаны очереди и приоритеты их обслуживания, измерены параметры входных потоков и обслуживающих приборов. Выведены основные вероятностно-временные соотношения, позволившие найти размеры бу-рерных областей памяти и стратегию управления ими и оп-

ределить вероятности потерь и задеркки в узле.

Введен обозначения: поток 1 - данные, передаваемые от терминалов к абонентским ЭВМ, поток 2 - данные, передаваемые от ЭВМ к терминалам. Встроенные в программное обеспечение узла измерительные средства показали, что входной терминальный поток не пу-ассоновский, распределение интервала времени мезду моментами поступления пакета имеет явно вирапенный бимодальный характер: первая иода находится s интервале 0.06-0.00 с, вторая- 0.18-0.22 с. Характер потока изучался а часы.наибольаей нагрузки при интервале сканирования 0.02 с. Спорадичнссть терминального трафика экспериментально подтверждена следухлаими измерениями: около 80% трафика создается одной третьей часть» активно работающих поль- . зователей; отнопение числа пакетов, переданных в потоке 2, к числу пакетов потока 1 колеблется от 22 до 92 единиц; часы наибольшей нагрузки приходятся на время с 13.00 до 17.00. Измерены такяе времена обслуживания пакета на различных этапах его обработки, и определена пропусная способность узла, которая для потока 1 равна 297 4 пак/с, а потока 2 - 2В61 пак/с.

Характеристики функционирования узла, у которого знеглио потоки отличны от пуассоновских, расчитякы го приближенным формулам теории второго порядка для СКО. Суть методов состоит в использовании при расчетах лить первых и вторых моментов соответствующих распределений. Исходными данными для этих методов являются полученные по результатам измерений аппроксимаиионные характеристики входных потоков: интенсивность й коэффициент вариации.

Выведены основные соотноаения для процесса обслуживания потока 1, который является двухфазной системой с абсолютным приоритетом в первой фазе (СИО G/D/l) и дообслуггиванием во второй фазе (СНО G/G/1/г)• Выражение среднего времени ожидания пакета во внесшей очереди (перед процессом Д1) получено усилением рех-курентной зависимости Кобхена для экспоненциальной системы с относительным приоритетом известной формулой КЯБ для бесприоритетных неэкспоненциальных СМО. Выявлен быстрый рост среднего времени ожидания при количестве терминалов больше 36 единиц и отмечена необходимость оценки вероятности потери "нетерпеливого" пакета во внепней очереди. Вероятность потери определена по предло-

женной Володиным С.Б. и Колиным К.К. аппроксимации распределения времени ожидания только одной экспонентой. Показано, что при ограничении нагрузки, создаваемой потеком 2, и вероятности потери 10 число одновременно работающих с узлом пользователей увеличивается с 14 до 40 единиц. Попнг-т задержка в узле не преиыаает единиц миллисекунд и не оказывает влияния на диалог с абонентом.

Получены зависимости, иллюстрирующие процесс формирования очередей в накопителях Б? (см. рис. 3). Для этого использованы ^юрмулы Райзера и Кобайаши для числа требований в однолинейных СМО . так, при 40 активных пользователях вероятность

переполнения буфера 10* обеспечивается при емкости накопителя 38 пакетов. Получено хорошее согласование измеренного распределения длин очередей на работающем узле с математической моделью.

Сформулирована цель, управления потоком 2 (двухфазный процесс обслуживания с повышающимся приоритетом) - установление необходимого компромисса между ограничением нагрузки и удержанием . средней пропускной способности узла на разумном уровне. Найден механизм ограничения нагрузки путем превращения двухфазного процесса обслуживания потока 2 в однофазный. Для этого введен логический параметр для хаждого терминала ц определен алгоритм его назначения в зависимости от пропускных способностей каналов обмена с терминалами. При этом достиг аэтея максимально возможная пропускная способность узла и сохраняется справедливое разделение ресурсов узла между терминалами. Получена обратно пропорциональная зависимость размера накопителя Б (см. рис. 3) от пускной способности канала обмена с терминалом.

3. ОБШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Создана коммуникационная система терминальной сети для ЭВМ линии БЭСМ-6 (БЭСМ-6, "Эль6рус1-К2И, "Эльбрус-Б") и выполнен анализ производительности узла пакетной коммутации, при этом получены следующие основные результаты:

3.1. Разработана логическая структура коммуникационной системы, функции логических модулей которой позволили сохранить накопленные а абонентских машинах ' диалоговые, информационные и другие взаимодействующие с терминалами пакеты прикладных прог-

рамм. Сетевой метод дост/па к сети Х.25 организован через терминально-информационную систему ГИСА Лкадрмсети.

3.2. Разработана физическая структура коммуникационной системы на базе серийно выпускаемых одноплатных микро-ЭВМ семейства "Электроника-60" и функциональных модулях к ней, доступная для реализации пирокояу кругу разработчиков подобных систем и обеспечивающая построение распределенной в пространстве терминальной сети. Разработан адаптер БЭСМ-6, используючий Б качестве физической среды либо электрический кабель, либо оптоволоконные устройства информационного обмена.

3.3. Выбрана длина и структура пакета, разработана информационная модель /Зла, найдены способы адресации и марарутизации пакетов, которые в совокупности обеспечивают эффективное управление потоками данных по коммутируемым виртуальным логическим каналам. Сформулирована концепция построения и разработано специализированное программное обеспечение, которое допускает подключение к одному узлу до 48-и терминалов и 5-и абонентских ЭВМ или других узлов сети и обеспечивает пропускную способность узла -3000 пакетов в секунду. Созданы простые средства взаимодействия пользователей с коммуникационной системой и сервисные службы, увеличивающие обпую полезность системы.

3.4. На работающем узле измерены статистические характеристики входного потока Показано, что терминальный поток не пуас-соновский, получены аппроксимаиионные зависимости его интенсивности и коэффициента вариации от количества одновременно работающих пользователей.

3.5. Выведены основные вероятностно-временные соотношения для процесса обслуживания входного терминзльного потока, который является двухфазной системой с абсолютным приоритетом в первой фазе (СИО й/0/1) и дообслуаиванием во второй фазе (СНО С/С/1). Полученные временные задеркхи выявили необходимость ограничение нагрузки, создаваемой абонентскими мааинамц. Найдена стратегии /правления потоками, обеспечивающая одновременнуто работу с узлом 50 40 пользователей ц вероятность потери "нетерпеливого" пакета зо входной очереди 10"6. Выбраны размеры буферных накопителей.

опыт эксплуатации коммуникационной системы терминальной :ети подтвердил ее Эффективность.

Ооювныа результаты диссертации• опубликованы в следующих работах.

1. Масич Г.?., Ласкова Л.И., Ермаков H.A. Использование микро-ЭВМ "Электроника-60" s качестве аппаратуры сопрякенип терми-налоь п ЭВН БЭСМ-6 // Применение вычислительной техники в научных исследоьаниях и на производство: Тезисы докл. научно-технической конференции. - Пермь, 1984. - С.30-31.

2. Масич Г."Р. Терминальная сеть ЭВН БЭСН-б ТИСА - НИКРО / ИМСС Upo АН СССР. - Пермь, 1984.- 8С.- Я П. в ВИНИТИ 23.03.84, N1607-84 Деп.

3. Масич Г."Р. Архитектура локальной вычислительной сети Института механики сплошных срес ННЦ АН СССР // Автоматизация научных исследований: Тезисы докл. XVH Всесоюзной школы по автоматизации научных исследований, Алма-Ата, 13-22 сентября 1984г. - Алма-Ата: Наука, Каз.ССР, 1985. - С.121-122.

4. Насич Г."Р., Ермаков H.A. Использование микро-ЭВМ для построения коммуникационной системы локальной терминальной сати // ' Локальные вычислительные сети: Тезисы д-Ькл. конференции ученых социалистических стран.- Рига: ИЭВТ АН Яатв.ССР, 1986.- С.91-92.

5. Масич Г."Р.. Автоматизированная система научных исследований коллективного пользования в ИМСС УрО АН СССР / ИМСС НрС АН СССР.- Пермь, 1989.- 44с.- Деп. в ВИНИТИ 12.09.89, N5808-B09.

6. Масич Г."Р. Информационная модель узла пакетной коммутации терминальной сети / Вычислительные сети коммутации пакетов: Тезисы докл. шестой Всесоюзной конференции КОНПАК-89. - Рига: ИЭВТ АН Латв.ССР, 1989. - с.301-304.

1м fu. \

->/ сь 90

Поди, к есч. ÜÍ.G5.S0 f/М-ЗО/Щ . Oopt.-лт 60x84 1/18

Сбъа.'л I п.л. Тирах 100 экз.

Зак. :i ЗчЛ тип. О К6, Орион" Бесплатно