автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Разработка и исследование транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Московский технический университет связи и информатики

рг Б^ла---.—

На правах рукописи

1 9 СЕН

Степанов Баир Маратович

УДК 621.395.658:621.382: 681.325.5-181.4

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСПЬЮТЕРНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ БЫСТРОЙ КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ

Специальности: 05.12.14 - Сети, узлы связи и распределение

информации

05.13.13 - Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

А в.т ореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1394

Работа выполнена на кафедре "Вычислительная техника и управляющие системы" Московского технического университета связи и информатики.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Пашкеев С.Д.

Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент, Артемьев М.Ю.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Лазарев Ю.В. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Катадов ЮЛ.

Ведущее предприятие - Институт проблем передачи информации (ИППИ) РАН

Защита состоится " ^ " 1994 г. в на засе-

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ. Автореферат разослан " " ¿¿^. igg4 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцект

Е.В. Демина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный этап развития общества характеризуется высокими темпами информатизации, следствием которой является рост объемов обрабатываемой и передаваемой информации. Удовлетворение возрастающих потребностей в обработке и передаче информации возможно за счет интеграции средств вычислительной техники и связи на основе развития цифровых систем интегрального обслуживания и систем распределенной обработки информации.

В настоящее время разрабатываются концепции интеллектуальной сети (ИС) и цифровой сети интегрального обслуживания (ЦСИО). Эти архитектуры основаны на цифровых методах коммутации и передачи и совместно могут обеспечить широкий диапазон услуг по передаче данных, речи и изображений, удовлетворяющих требованиям абонентов сетей связи.

Наиболее перспективным для реализации таких сетей в настоящее время среди существующих методов передачи информации является метод быстрой коммутации пакетов , т.к. при его использовании обеспечивается высокая производительность коммутационной системы за счет параллелизма в обработке быстрых пакетов при использовании мультипроцессорных систем. Кроме того, используются более простые протоколы канального уровня, т.к. вероятность ошибок при применении волоконно-оптических линий связи весьма мала.

Интеграция сетей связи и технологии распределенной обработки информации способствует взаимному развитию обеих областей и дает новые возможности для удовлетворения потребностей пользователей различного класса, т.к. образуемые при этом узлы коммутации, хранения и обработки информации обладают универсальностью и гибкостью. В качестве элементной базы таких узлов предлагается использование микропроцессоров с расширенными коммуникационными возможностями, т.е. транспьютеров.

Использование метода быстрой коммутации пакетов ограничивается величиной задержки, т.к. задержка влияет на качество передаваемой речи. Поэтому при проектировании важен анализ возможных способов построения коммутационных полей, являющихся ядром узлов коммутации, хранения и обработки информации, с точки зрения минимизации величины задержки.

Целью диссертации является разработка метода

расчета основных характеристик и их анализ для коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов различной топологии на базе транспьютерных технологий.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

- анализ и исследование программно-аппаратных средств интеллектуальных сетей и обоснование транспьютерной технологии как основы для создания коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов;

- разработка методов анализа коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов на транспьютерной основе;

- выбор оптимальной топологии транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов по задержке и пропускной способности.

Методы исследования. В работе использованы методы теории вероятностей, методы аппарата теории множеств, теории массового обслуживания, теория однородных вычислительных структур.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1. Обоснована возможность применения транспьютеров для построения коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов. При этом, помимо обеспечения информационной пропускной способности в 5340 быстрых пакетов в секунду по каждому направлению передачи, что соответствует ИКМ-сигналам, поступающим со скоростью 2.048 Мбит/с, приема быстрого пакета, его маршрутизации и передачи, для существующих на сегодняшний день типов транспьютеров остается запас вычислительной мощности, который может быть использован при распределенной обработке информации и обеспечить предоставление абонентам постоянно и легко расширяемого спектра услуг.

2. Разработан метод расчета задержки и пропускной способности транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов, базирующийся на представлении функционирования буфера как конечной дискретной цепи Маркова с учетом модели параллелизма, реализованной в транспьютерах. Метод использован при оценке пропускных способностей и задержек каналов транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов, а также может быть использован с целью оптимизации структуры транспьютерных комму та-

ционных полей для быстрой коммутации пакетов.

3. Предложено два варианта реализации базового коммутационного элемента (БКЭ) для построения коммутационных полей на быстрой коммутации пакетов: четырехтранспьютерный (БКЭ-4) и шестит-ранспьютерный с возможностью альтернативных маршрутов по всем направлениям (БКЭ-6). При интенсивности потока пакетов, не превышающей 5340 быстрых пакетов/сек на один транспьютерный канал, и равномерном распределении нагрузки по выходам коммутационного поля. оптимальным с точки зрения пропускной способности является БКЭ-4, а при неравномерном распределении нагрузки по выходам коммутационного поля, оптимальным по пропускной способности является БКЭ-6 при времени обслуживания пакета не более 135 мкс и емкости буфера, достаточном для размещения восьми пакетов. С точки зрения аппаратных затрат оптимальным является БКЭ-4.

4. Анализ однородных вычислительных структур (0БС-структур) на базе транспьютерной технологии как основы для построения коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов показал, что такие ОЕС-структуры являются адекватным средством при реализации метода быстрой коммутации пакетов, т.к. транспьютер является устройством, сочетающим в себе на физическом уровне асинхронную передачу информации по каналам сеязи и пакетную коммутацию между каналами транспьютера, и обеспечивает необходимые характеристики по пропускной способности и задержке, и, следовательно, транспьютерные ОЕС-структуры могут быть использованы для построения коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов.

Личный вклад автор а. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором.

Практическая ценность работы.

Разработанный в диссертации метод расчета основных характеристик транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов и каталог топологий таких коммутационных полей могут быть использованы при создании систем распределенной обработки информации и интеллектуальных сетей. Предлагаемый метод расчета основных характеристик транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов реализован в среде программирования Турбо-Си на ПЭЕМ 1ЕМ РГ.

Реализация результатов работы.

Метод расчета основных характеристик и построения транспь-

'/с

ютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов используется в учебном процессе в Восточно-Сибирском технологическом институте и может быть рекомендован для использования при проектировании сетей ЦЦ с быстрой коммутации пакетов.

Полученные в диссертации основные результаты были Енедрены в опытном образце транзитной коммутационной станции на быстрой коммутации пакетов, экспонировавшейся на международной выставке "Связь-93".

Аппробация работ ы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио-(Москва,1992), на пятой Всесоюзной научно-технической конференции "Однородные вычислительные системы, структуры и среды" (Москва, 1991), Международном форуме информатизации (Москва, 1992, 1993), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МТУСИ (Москва, 1991, 1992, 1933, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, список литературы включает 97 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная математическая модель транспьютера как коммутационного элемента для быстрой коммутации пакетов на базе аппарата конечных дискретных цепей Маркова, учитывающая архитектуру транспьютера и особенности реализации на нем метода быстрой коммутации пакетов, адекватно отражает динамику его работы.

2. Разработанный метод расчета задержки и пропускной способности позволяет выполнить анализ влияния топологии, маршрутизации, размера буферов на максимально возможную пропускную способность транспьютерных коммутационных полей для быстрой коммутации пакетов.

3. Использование ОВС-структур на базе транспьютерной технологии и принципов распределенной обработки информации обеспечивает высокую производительность, наращиваемость и надежность коммутационно-вычислительных полей для быстрой коммутации пакетов.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, перечислены основные научные результаты диссертации, приведены практическая ценность и область применения результатов. Кратко излагается содержание диссертации по главам.

Первая глава посвящена анализу архитектуры распределенных информационно- вычислительных систем (РИВС) и цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО).

Быстрый рост потребностей в информационном обеспечении в • последнее время привел к широкому использованию цифровых устройств в системах^ телефонии и передачи данных. Цифровизация сети связи вызвана высокими экономическими показателями цифровой техники. Совмещение сетей связи и технологии обработки информации предоставляет новые возможности для удовлетворения потребностей различного класса.

Среди существующих методов передачи информации наиболее совершенным является метод быстрой коммутации пакетов (БКП), т.к. при этом обеспечивается высокая производительность коммутационной системы за счет параллелизма в обработке быстрых пакетов (БП).

Основной целью применения метода быстрой коммутации пакетов (БКП) является получение мультипроцессорных систем с высокой производительностью и небольшой задержкой. Для преодоления технических трудностей (необходимость решения задачи маршрутизации несколько миллионов раз в секунду в коммутаторах большой размерности) используются самомаршрутизирующиеся многокаскадные соединительные сети, в которых определение маршрута возлагается на коммутационный элемент (КЭ). Распределенный контроль становится особенно важным в таких системах, поскольку пакеты небольшой длины проходят через сеть с более высокими скоростями, чем в системах с централизованным управлением.

При реализации основных компонентов узла коммутации, хранения и обработки информации одной из ключевых характеристик является удельная стоимость абонентского канала, которая, в свою очередь, зависит от спектра предоставляемых услуг. Объем услуг зависит от гибкости и универсальности узла коммутации, хранения и обработки информации, что требует применения в качестве элементной базы универсального микропроцессора с расширенными коммуникацион-

г/с

ними возможностями. Применение таких микропроцессоров позволяет, оставаясь в рамках единой аппаратной среды, путем разработки соответствующего программного обеспечения реализовать желаемые характеристики, в данном случае элементы сервиса.

В настоящее время наиболее адекватно этим требованиям отвечает транспьютер. Использование транспьютеров позволяет ввести "интеллект" в узлы коммутации, хранения и обработки информации. Очень важным является тот факт, что каналы транспьютера имеют автономные контроллеры ввода-вывода. Это позволяет передавать данные одновременно по всем каналам и параллельно с работой ЦП.

С концептуальной точки зрения транспьютер является технической реализацией модели коллектива вычислителей и в соответствии с принятой классификацией относится к однородным вычислительным структурам (ОВС-структуры).

Использование транспьютерной технологии дает следующие преимущества:

высокая надежность за счет использования высокоинтегрирован-ных СБИС в сочетании с методами статической и динамической реконфигурации коммутационно-вычислительных полей, являющихся ядром транзитных узлов;

естественное применение методов асинхронного временного мультиплексирования (АЕМ) и быстрой коммутации пакетов (БКП), т.к. транспьютер представляет собой устройство, сочетающее в себе на физическом уровне асинхронную передачу информации по каналам связи и пакетную коммутацию между каналами транспьютера;

возможность построения интеллектуальных сетей, обеспечивающих абонентам предоставление постоянно и легко расширяемого спектра дополнительных услуг;

использование распределенной по сети вычислительной мощности транспьютерных ускорителей в виде коммутационно-вычислительных полей для распределенной обработки информации - суммарная мощность, предоставляемая отдельному абоненту, может достигать .уровня, характерного для супер-ЭВМ.

Как коммутационный элемент транспьютер имеет ряд особенностей, среди которых следует отметить две. Во-первых, транспьютер обеспечивает коммутацию дуплексных каналов, что позволяет строить на их основе КП, принципиально отличающиеся от известных схем типа "баньян" и типа Бенеша. Во-вторых, обмен специальными прото-

кольными сигналами типа ¡?ЕЦ и АСК реализован в транспьютере на аппаратном уровне и сопровождает передачу каждого байта информации между транспьютерными каналами.

Вторая глава посвящена разработке математической , модели коммутационного поля на транспьютерной основе.

Одной из наиболее важных характеристик коммутационных систем является средняя задержка, необходимая для доставки пакета к месту назначения. Особенно это играет большую роль при передаче пакетизированной речи, т.к. большая величина задержки влияет на качество передаваемой речи. Данные же менее чувствительны к величине задержки, но при передаче интерактивных данных на задержку также налагаются определенные ограничения. Поэтому в качестве рассчитываемого параметра выбрана задержка.

При разработке математической модели коммутационное поле рассматривается как многоступенчатая сеть со ступенями, состоящими из массива коммутационных элементов, т.е. транспьютеров. Каждый коммутационный элемент (КЭ) рассматривается как коммутатор с 4-мя входами и действующий по принципу "один на три" с буферами по каждому входному каналу. КЭ связан с соответствующими ступенями так, что путь "точка-в-точку" может быть из любого входного порта в любой выходной порт.

КЭ посылает пакет в соответствии с адресом назначения в заголовке пакета. Пакету позволяется продвинуться на следующую ступень, если буфер на следующей ступени доступен (т.е. не заполнен полностью).

Конфликты возникают, когда существуют пакеты более чем в одном буфере, предназначенные в один и тот же выходной порт. В этсм случае выбирается случайным образом один пакет и передается на следующую ступень, а остальные остаются в своих буферах.

Пакеты, поступающие во входные порты коммутационного поля, генерируются как независимые пуассонсвские потоки. Матрица загрузки с ее элементами Л^п описывает загрузку сети, где т-номер входного порта коммутационного поля, а п-номер выходного порта. Сеть функционирует синхронно и продолжительность цикла определяется Бременем, требуемым,чтобы передать пакет через ступень. Все пакеты имеют одинаковую длину. В целях упрощения анализа считается, что нет ошибок в функциях КЭ и в сети целом.

Принимая во внимание синхронность операций, можно моделиро-

/к>

вать коммутационное поле как цепь Маркова. Однако при росте размерности поля число состояний становится недопустимо большим, т.к. оно увеличивается экспоненциально с числом ступеней в сети. Здесь применяется метод декомпозиции сети очередей, заключающийся в следующем. Во-первых, моделируется отдельно каждый КЭ, затем" описывается взаимодействие между различными коммутационными элементами в соответствии с законом сохранения потока.

Отдельный буфер моделируется как цепь Маркова с переходными вероятностями, характеризующими вероятность Р_гс11зк поступления пакета с (з-1)-й ступени и вероятностями выхода пакета Р_ас|У1з)0 Р_ас1У101<.1 из коммутационного элемента. Вероятность выхода определяется через возможность конфликта с пакетом в буферах КЭ (Р_Гг1Лс> Р_^хгик1) и доступностью буферного пространства на следующем КЭ (Р.асК^зк) по маршруту следования пакета.

Когда буфер находится в состоянии "О" и нет прибывающих пакетов, то он'остается в этом состоянии, т.е. пустым. Если пакет прибывает в буфер, то буфер переходит в состояние "1". Если буфер находится в состоянии 'Ч" (1<=1:<Ю и прибывает пакет,и нет пакета, который покидает буфер в том же цикле, то буфер переходит в состояние "1+1". В состоянии "Ь" буфер будет оставаться в случае, если нет прибывающего пакета и нет уходящего пакета, или если 3 3+1

Рис. 1

Р1.0

Р2.1

РК,N-1

Ры.ы

Рис. г

есть прибывающий пакет и есть пакет, уходящий из буфера в том же самом цикле. В состояние "й-!" буфер переходит з случае, если нет пакета, поступающего в буфер, и есть пакет, покидающий его. В состоянии "К" буфер будет оставаться один или более циклов, пока пакет не покинет его. Когда буфер находится в состоянии "Н", он будет в нем оставаться, если есть пакет, готовый поступить, или когда нет прибывающих пакетов, но пакеты в буфере не могут его покинуть (рис. 2). Эти случаи описываются следующими уравнениями переходов:

Рг. 1=(1-Р_га13к) (1-Р_ас5у1:к)+Р_гс11 ¿кР.ас^ю Рс. г+1=Р_Г'^1:к(1-Р_ас1у13к)) Рг, 1-1=(Ь'Р_гс1г;1ч)*Р_э^1 ¡¡к, Ры. ы=Р_гс! г 3 (1 -Р_гс1! з к) * (1- Р_ас1у 13 к) •

Из диаграмм переходов и уравнений для вероятностей переходов, стационарные вероятности состояний цепи Маркова записываются следующш образом:

- -1-1 п ! Ро, 1 Ро. 1р1,2 Ро. 1- ■ -Рм-1,ы =о=11+ - +-+...+ -

! Р1,0 Рг, 1?!, О

1_

Рм, N-1 О

(1)

рН-ро:

Ро, 1- • -Ры-1,н

(2)

0- • -Ры, Н-1

Здесь вероятность Р° соответствует состоянию буфера Р_Гг13к

(т.е. буфер пуст) , а вероятность - состоянию Р_оуг1:1< (т.е. буфер полон).

Состояние буферов на (п+1)-й ступени зависит от состояния буферов на 3-й ступени в предыдущем цикле. В целях упрощения анализа принимается статистическая независимость между состояниями буферов на (3+1)-й ступени от состояния буферов на 3-й ступени.выведем уравнения для Р_ас!Уик, Р_ас^:к1 к Р_гс1ик. Пусть •Г(3+1)К обозначает входной порт 1-го КЭ нз (о+Г'-Г: ступени, связанный с выходным портом 1 э 1 на 3~й ступени, так же, пусть /]/. обозначает выходной порт 1-го КЭ на о-й ступени, связанный с входным портом 1-го КЭ на (3+1)-й ступени. Эти обозначения показаны на рис. 1. Пакету в буфере порта 13к, предназначенному в выходной порт 1, позволяется продвинуться на следующую ступень, когда будут удовлетворены следующие условия:

1) Буфер порта /(3+1)1. может принять пакет, и

2) Пакет может проследовать из порта к в порт 1,11.

Буфер порта 7(3 +1)1 может принять пакет когда:

a) он не полон, или

b) буфер полон, но есть пакет, который может быть передан на следующую ступень е том же цикле.

Пакет может проследовать из порта 13 к в порт 131, когда:

a) в остальных буферах 13-го КЭ нет пакетов , или

b) есть пакеты в остальных буферах -го КЗ, но они не предназначены в порт 131, или

c) есть пакеты в остальных буферах 13-го КЗ, предназначенные в порт 131, и конфликт разрешается в пользу пакета в буфере "13к. Эти условия записываются в виде следующего уравнения для Р_ас1У13К1:

Р_аа71-к1=[А - Б + С + Е0*(1 - Р_оугн,*1)к * +Р_оугп3+-:)кР_а:К'н;-1)к) '

где А=,.ПгР_1'га ;Г при г*к.

С г! :г)>ч1-Р_!:И!~1;г1) при г*к.

А

С=-.ц 1 - г_Г г 1: г) 1 г 1: г 1 * г13х ПРИ г # к, г * 1,

Г"1- " ' XI г» ','ЛГ

1 3

D=- гЩ1-Р_£г1 jr)xP_dir13rl при г/к, г/1.

Тогда вероятность того, что пакет может покинуть буфер порта (в любом направлении) запишется следующим образом: 3

P_adv10k=1?oP_advijkiP13kl , при 1/к. (4)

Вероятность того, что пакет готов прийти в порт /(]+1)К, зависит от того, есть хотя бы один пакет, предназначенный в порт I(]+l)/f в буферах ij-ro КЭ, т.е. предыдущего по маршруту следования. Тогда мы имеем:

P_rdI(3 +1)k=А+В+С, (5)

где

3 3

A=,^l-P_rri:y)P_dir13viynoP_frljy, при y/xzk,

3

B=xE0^((l-F_fr13X)P_dir1jxi+(l-P_fri3y)P_dirlJyi))P_fr1JZ, при y/x*z*k,

C=2,((l-P_fr1 Jjj)P_dir1 jXi+(l-P_fr1-iy)P_dir13yl+ + a-P_irljZ)F_dir11zi),

при x/yz/k.

Пропускная способность определяется как среднее число выходящих пакетов с последней ступени по выходному каналу. Мы определяем интенсивность потока пакетов в каналах как среднюю пропускную способность, которая рагна среднему числу пакетов за цикл, посланных кг порта ijk в порт i.il:

>i]ki=P_dir13ki(l-P_fr13n)P_adv13K- (6)

Пропускная способность сети в порту ink равна: 3

Т= Z (l-P_fri-k)P_dir13kiF_adv1,ki при 1/к. (7)

1-0

Задержка пакетов определяется числом циклов, которое нужно затратить, пока пакет достигнет порта назначения. Задержка пакетов вычисляется через суммирование задержек на ступенях вдоль пути, через которые пакет проходит на пути из порта m в порт п. За-

держка на ступенях вычисляется так: 1

Тступ=^-

Р-асЬ^кх

Задержка на интерфейсном буферном контроллере (ИБК) получается из следующего уравнения:

2 - (\_inputijk)

ТИБК

2 [1-Р_0УГ1 з 1с+Р_оуг1 з з к- \_input 1i

Общая задержка получается путем суммирования задержки на ступенях и задержки на ИБК: Т = Тступ + ТиБК •

(3)

В третьей главе разработана итерационная процедура, позволяющая рассчитать пропускную способность и задержку, а также приведены результаты исследований, оформленные в виде графиков зависимости задержки от пропускной способности при различных видах трафика.

Целью анализа является получение величин Р_ас1у1зк>

Р_ас^1зк1 и Р_сйг1зк1 таких, чтобы выполнялось уравнен;;э (6).Пос-

¡(¡:{(<6*<е) х/С)

Задержка

15

10

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Пропускная способность

Рис. 3

0.7

кольку работа сети описывается уравнениями, получаемыми через ре-курентные соотношения, то решение может быть получено методом итераций.

Аналитическая модель, описанная во второй главе, может быть применена для анализа любого вида трафика, задаваемого матрицей нагрузки. Были определены виды трафика, соответствующие: режиму равномерного распределения нагрузки; трафик, соответствующий передаче больших•массивов данных, и трафик, соответствующий работе коммутационного поля с одним выделенным каналом.

В результате анализа выявилось, что неоднородность трафика вызывает снижение пропускной способности и увеличение задержки коммутационного поля.

На рис. 3 показано влияние размера буфера ч на пропускную способность и задержку для коммутационных полей различной размерности. Пропускная способность представлена как среднее число поступающих пакетов за цикл приема/передачи, а задержка— как количество циклов приема/передачи, необходимое для достижения нужного выходного порта коммутационного поля. При размере буфера, достаточном для размещения восьми пакетов, достигается максимальная пропускная способность. Дальнейшее увеличение размера буфера практически не влияет на пропускную способность.

Было определено максимально допустимое время обслуживания пакета в КЗ, равное 135 мкс, при котором достигается необходимая производительность коммутационного поля, при которой достигается скорость передачи 5340 БП/с, в режиме, создаваемом равномерной загрузкой коммутационного поля, а также и для других видов трафика.

Четвертая глава посвящена реализации коммутационного поля для БКП на транспьютерной основе и исследованию его характеристик.

Целью исследований являлось определение загрузки каналов коммутационного поля для выбранной топологии.

Загрузка каналов определяется топологией коммутационного поля, маршрутной картой, интенсивностью работы конечных абонентов, структурой связи конечных абонентов между собой (какой конечный абонент с каким конечным абонентом связан).

Если топология коммутационного поля и маршрутная карта являются достаточно детерминированными параметрами и определяются разработчиками сети на этапе проектирования, то интенсивность работы и структура связи конечных абонентов являются случайными величинами, что и определяет загрузку каналов в коммутационном поле

как некоторую случайную величину, для исследования которой необходимо применить вероятностный подход.

При проведении исследований на натурной модели использовался метод статистического моделирования как наиболее универсальный и дающий наиболее достоверные результаты.

При проведений исследований на натурной модели формировалась нагрузка на транспьютерное коммутационное поле для БКП через интерфейсные транспьютеры-генераторы воздействий, которые получали значение пакетов, которое необходимо передать на вход коммутационного поля. После этого засекалось время, и транспьютер-генератор воздействий начинал передавать пакеты заданной длины на соответствующий вход коммутационного поля. После передачи заданного количества пакетов снова засекалось время, после чего разница времен передавалась в головной транспьютер. Приемник воздействий обеспечивал прием пакетов, пришедших из исследуемого транспьютера.

Нагрузка задавалась с использованием генератора случайных чисел матрица связанности конечных абонентов; далее формировалась таблица связанности информационных каналов с использованием матрица связанности конечных абонентов; используя таблицу связанности информационных каналов и маршрутную карту, определялась загрузка каналов коммутационного поля. Затем строилась гистограмма (плотность вероятности) в зависимости от загрузки каналоЕ.

Для обеспечения достоверности проводимых исследований необходимо было обеспечить минимальные погрешности измерений. Для этого обеспечивалось превышение максимально возможного быстродействия генератора и приемника воздействий по отношению к максимальному быстродействию исследуемого транспьютера с тем, чтобы пропускные способности каналов определялись только параметрами исследуемого транспьютера. Для этого генератор и приемник при программной реализации были предельно упрощены и размешены ?. быстрой внутренней памяти.

Полученные в процессе моделирования результаты позволяют сделать следующие выеоды:

- средняя загрузка внутренних каналов е коммутационном поле с топологией ЕКЭ-4 не превышает 115%, от загрузки внешних каналов, следовательно, коммутационные транспьютеры, используемые в данной топологии, должны работать в режиме, когда загрузка двух каналов

несколько превышает загрузку двух других;

- предельные значения для пропускной способности каналов транспьютера, составляющие 6945 ЕП/оек на каждый транспьютерный канал для транспьютера Т800 при одновременной работе всех транспьютерных каналов, т.е. время обслуживания одного пакета составляет 144 мко. Таким образом, время обслуживания пакета, полученное экспериментальным путем, отличается от расчетного не более, чем на 10\ , что позволяет сделать вывод о том, что математическая модель, разработанная во второй главе, позволяет с достаточной точностью оценивать характеристики коммутационных полей для ЕКП на транспьютерной основе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Разработана математическая модель транспьютера как коммутационного элемента коммутационного поля для ЕКП на основе представления буфера как дискретной конечной цепи Маркова.

2. Разработан метод для расчета основных характеристик транспьютерных коммутационных полей для БКП на базе математической модели, описывающей их как сеть буферов.

2. Установлено, что размер буфера, достаточный для размещения восьми пакетов, обеспечивает максимальную пропускную способность; дальнейшее увеличение емкости буфера практически не влияет на пропускную способность.

4. Установлено, что время обслуживания пакета не должно превышать 135 мкс для обеспечения информационной пропускной способности 5240 быстрых пакетов в секунду, что соответствует ИКМ-сиг-налач, поступающим со скоростью 2,048 Мбит/с в режиме равномерной загрузки выходов КП.

5. Рекомендовано при разработке транспьютерных коммутационных полей для ЕКП с целью достижения максимальной пропускной способности обеспечивать маршрутизацию через среднестатистически минимальное число транспьютеров.

В. При проведении экспериментальных исследований определены предельные значения для пропускной способности каналов транспьютера, составляющие 5945 БП/сек на каждый транспьютерный канал для транспьютера Т800 при одновременной работе всех транспьютерных каналов.

7. Определены коммутационные возможности транспьютерных ОВС-структур и сделан вывод о возможности их использования для построения КП для БКП.

8. Разработанный метод расчета пропускной способности и задержки транспьютерных КП для БКП доведен до практической реализации в среде программирования Турбо-Си с использованием ПЭВМ IBM PC. Реализована также прикладная библиотека с каталогом топологий КП. Это позволяет обеспечить повышение качества и сокращение сроков разработки КП для БКП на транспьютерной основе.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Артемьев М. Ю., Степанов Б.М. Метод расчета характеристик транспьютерных коммутационных полей для коммутации быстрых пакетов //Международный форум информатизации:Тез.докл. - М., 1992. -С.1-2.

2. Артемьев М.Ю., Степанов Б.М. Особенности функционирования коммутационных систем на базе новых технологий при неоднородном трафике //Международный форум информатизации:Тез.докл.-М., 1993. -С. 39-40.

3. Артемьев М.Ю., Степанов Б.М. Использование транспьютеров для создания коммутационных систем //Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных и инженерных работников И аспирантов:Тез.ДОКЛ.-М.: МТУСИ, 1994 -С.22.

4. Прокопенко А.Л., Степанов Б.М., А.Рахмулла. Вариант реализации локального алгоритма поиска кратчайшего пути из одного источника на кольцевой однородной вычислительной системе //XXLVII научная сессия, посвященная Дню радио:Тез. докл.- М.: 1992 -С.47.

5. Степанов Б.М. Локзльные алгоритмы для решения сетевых задач распределенных вычислений // Научно- техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных и инженерных работников и аспирантов:Тез.докл.-М.: МИС,1952 - С.73.

6. Степанов Б.М. Особенности Бурятской ССР при проектировании распределенной вычислит ель hosi системы // Однородные вычисли-" тельные системы, структуры и среды: Тез.докл. 5-й Всесоюзной ка-учно-технич. конференции.-М.: 19S2 - С. 6".

7. Степанов Б.М. Применение локального алгоритма поиска кратчайшего пути для решения задачи булева линейного программирования: Деп. сборник. -М. : 1992. -Деп. в ЦНТИ "Информсвлзь"

8. Степанов Б.М. Анализ пропускной способности коммутационных систем // Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных и инженерных работников и аспирантов : Tea. докл. -М. : МТУСИ,1993 -С. 69.

9. Степанов Б.М. Структура распределенной вычислительной системы исполкома г. Улан-Удэ.:Деп.сборник.-М.:1992.-Деп. в ЦНТИ "Информсвязь"

10. Степанов Б.М. Анализ моделей транспьютерных коммутационных полей //Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных и инженерных работников и аспирантов: Тез.докл.-М.: МТУСИ, 1994 -С.22.

11. Степанов Б.М. Аналитическое моделирование транспьютерных коммутационных полей.//Международный форум информатизации: Тез.докл.-М. , 1993 -С.30.

Подписано в печать 22.04.94 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Объем 1,1 усл.п.л. Тира» 100 экз. _Заказ 170 . Бесплатно.

ООП МП "Инфорысвязьиздат". Москва, ул. Авиамоторная, 8.