Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап развития общества характеризуется высокими темпами информатизации, следствием которой является рост объемов л возникновение новых видов информации, передаваемой по телефонным сетям. Для удовлетворения возраставших потребностей в передаче информации необходимо быстрое наращивание средств распределения информации, что моевт быть обеспечено сокращением сроков разработки перспективных цифровых систем коммутации (ЦСК) с микропроцессорным управлением и широким внедрением их на сетях связи. Тейпы s эффективность процесса разработки ЦСК в большой степени зоезсят 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 зкожмических 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 чаще всего используются методы имитационного модалгровання. Однако, вследствие высокой сложности, построение адекватной модели МПСУ ЦСК является достаточно трудоемким процессом и требует значительных затрат времени и средств. В связи с этим особую актуальность приобретает задача создания аналитических методов структурного построения МПСУ ЦСК.
Существущие в настоящее время аналитические методы системного проектирования МПСУ ЦСК основана, главным образом, на применении совокупности формализованных методов. Причем, для решения каздой 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 не позволяет учесть все многообразие их взаимного влияния. Крокэ того, в настоящее время не существует формализованных методов декомпозиции процессов установления соединения в ЦСК, что ставит в завястюсть 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, обеспечнвазщего приемлемый для получения конкретных результатов уровень абстракции и единство формального
З/с
описания проблем структурного построения МПСУ ЦОК.
Це.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 (ГОВ) в ЦСК, метод выбора структуры МПСУ ЦСК, метод распределения приоритетов программных блоков (ПБ) функциональных модулей (1) ЦСК и метод организации процесса обработки ПБ в 4М ЦСК при фиксированной длительности кванта процессорного времени.
Научная нови.з на результатов диссертационной работы состоит в следующем:
-
Предложена классификация способов построения микропроцессорного управления ЦСК, позволяющая систематизировать существующие подходы к структурному построению МПСУ ЦСК и выявить тенденции.их развития.
-
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) среды. Это позволяет формально представить протекающие во внешней среде реальные процессы в виде иерархической совокупности стационарных случайных процессов - информационных компонент, характеризующихся скоростью создания информации.
-
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.
-
Предложено, аналитическое описание структуры МПСУ ЦСК, позволяющее осуществить выбор варианта объединения функциональных компонент в <Ш по двум критериям: по критерию соответствия скорости создания инфор-рмации информационными компонентами процессов требуемой скорости реализации соответствующих функциональных компонент в ФМ и по критерию
тробуемой суммарной скорости передачи сообщений межмодульного взаимодействия.
-
Разработан формализованный метод распределения приоритетов ПБ в ФМ, позволяющий определять численные значения приоритетов ПБ по значениям загрузки вычислительного ресурса МП казднм ПБ и оценить качество обслуживания заявок отдельными програмними блоками и системой ПО ФМ в целом.
-
Для фиксированной длительности кванта процессорного времени предложен метод организации процесса обработки ПБ технологического ПО ФМ, обеспечивавщнй 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, протекащих 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 ШІСУ ЦСК в соответствии с протекащими 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 дішамическими приоритетамя, поскольку легко реализуется машинныма методами.
В соответствии с предлогенным методом организации процесса
з/в
обработки ПБ в Ш 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.
Результата диссертационной "работы внедрены в опытно-конструкторской работе ІЩИИС по созданию ЭД.ТС-ЦА, при этом ожидаемый эконоуи-ческий эффект составляет не менее 96 тыс. руб. в год при серийном производстве станций ЭАТС-ЦД объемом I млн. номеров в год. Основные теоретические положения и практические рекомендации использованы рядом научно-исследовательских организаций при разработке концентратора локальной ЩСС, адаптера оконечного устройства системы коммутации и модулей взаимодействия специализированной интегральной система связи с телефонной сеть».
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, 1939,1990, 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 среда 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 средн.
-
Каждой информационной компоненте процесса эволюции внешней среда соответствует определенная функциональная компонента МПСУ ЦСК, обеспечивающая преобразование символов, порожденных информационной компонентой, в символы реакции МПСУ ЦСК на внешнее воздействие.
-
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.
-
Применение разработанного метода декомпозиции функций управления ГОВ 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 отзечащих ему программных блоков не претендует на захват вычислительного ресурса, что гарантирует возможность использования мультипрограммного режима. .
-
При использовании режима раздельной диспетчеризации в системном ПО ФМ 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.
-
Значения приоритетов ПБ в пределах групп приоритетности пропорциональны удельному весу загрузки вычислительного ресурса каждым ПБ в суммарной загрузке вычислительного ресурса всеми ПБ, образующими группу приоритетности.