Структура СИО, называемая обычно топологической структурой, определяется как расположением пользователей, так и размещением информационно-вычислительных ресурсов, обеспечивающих в полном объеме все потребности пользователей. Существенные различия в возможностях обработки со стороны средств вычислительной техники и в пропускных способностях средств техники связи предопределяют необходимость разделения структуры СОИ на магистральную (базовую) и абонентскую (терминальную) сети, каждая из которых может иметь свою иерархическую структуру.
В состав СИО входят пункты сети, соединяющие их каналы связи и система управления сетью.
Под пунктами сети будем понимать абонентские пункты и терминалы, представляющие собой любой источник (приемник) цифровой информации: цифровой телефон, абонентский пункт, аппаратуру передачи данных, ЭВМ различной производительности и назначения и др.; концентраторы, осуществляющие преобразование сигналов терминалов в стандартную форму для передачи по базовой сети СИО (определение базовой сети будет дано ниже); узлы коммутации (УК), осуществляющие распределение КИЕд по каналам базовой сети.
В дальнейшем будем при решении проблем управления сетью рассматривать СИО с фиксированным расположением пунктов и КСв сети, т. е. с заданной топологической структурой СИО, оптимальный вариант которой получается при синтезе.
С точки зрения топологической структуры, параметров и принципов обмена информацией в интегральной сети можно выделить две подсети: терминальную (абонентскую) сеть и базовую (магистральную) сеть. Терминальная сеть включает в себя терминалы, концентраторы, КСв, соединяющие терминалы с концентраторами и терминалы и концентраторы с УК, а также систему управления терминальной сетью. Базовая сеть включает в себя УК и КСв, их соединяющие, а также систему управления базовой сетью.
Существенное различие требований к магистральной и абонентской сетям, а также их различное целевое назначение и достаточная автономность позволяют на этапе построения СИО подходить поочередно к задаче их проектирования.
Терминалы, имеющие стандартный цифровой выход и обеспеченные соответствующей системой сигнализации, могут подключаться непосредственно к УК. В противном случае их подключение к базовой сети осуществляется посредством концентраторов. В некоторых случаях терминалы, не имеющие стандартного цифрового выхода, могут подключаться к УК напрямую, однако в этом случае УК снабжаются оборудованием, выполняющим функции, аналогичные функциям концентраторов, и эту часть УК правильнее будет отнести к терминальной сети.
Пример СИО с выделением магистральной (базовой) и абонентской (терминальной) подсетей (сетей) показан на рис. 2.4, где обозначено: Т — терминал; АП — абонентский пункт; К — концентратор; ВК — вычислительный комплекс; УК — узел коммутации.
В дальнейшем будем рассматривать при управлении процессом коммутации и обмена информацией магистральную сеть, и термин СИО будем без дополнительных пояснений употреблять далее, имея в виду именно магистральную сеть.
Топологическая структура магистральной сети представляет собой совокупность УК. и КСв, их соединяющих. В настоящее время для реализации магистральных сетей ИВС используется ряд топологических структур, на основе которых могут быть построены и интегральные сети: звездообразная, кольцевая, распределенная и т. д. В ряде случаев с учетом особенностей пользователей СИО наиболее экономически выгодными являются иерархические радиально-кольцевые структуры, в которых каждый топологический уровень сети строится как отдельная сеть по своим собственным топологическим правилам. Положительными свойствами иерархических структур являются то, что, во-первых, они позволяют концентрировать трафик на основных маршрутах, на которых можно использовать наиболее производительные КСв, в том числе спутниковые, а во-вторых, в таких сетях уменьшается число шагов (транзитов, переприемов) при передачах, и, следовательно, количество промежуточных УК, что ведет, в свою очередь, к улучшению качества передачи. Для сетей большой размерности, какими являются рассматриваемые СИО, такой тип топологической структуры представляется наиболее целесообразным.
Рисунок 2.4 – Пример СИО с выделением магистральной и абонентской подсетей
Основу технической базы СИО составляют многоканальные системы передачи, позволяющие в максимальной степени использовать существующие линии связи, обеспечить стандартную передачу в сети всех видов информации, эффективно применять средства вычислительной техники в УК и КСв. Наибольшее распространение среди цифровых систем передачи получили на первом этапе развития СИО системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). В соответствии с рекомендациями МККТТ первичной является система ИКМ-30/32, позволяющая организовать 30 речевых и 2 сигнальных канала по 64 кбит/с с временным разделением. Первичные системы передачи могут объединяться во вторичные (ИКМ-120) и системы более высоких уровней (ИКМ-480, ИКМ-1920).
Для передачи речи в цифровой форме в последние годы стала широко использоваться дельта-модуляция (ДМ), которая позволяет достичь высокого качества передачи речевого сигнала (в режиме коммутации каналов) при скорости 32 кбит/с и организовать по два речевых канала в каждом канале системы ИКМ-30. Следует отметить, что при применении специальных устройств (вокодеров) речь может передаваться и с меньшими скоростями (19,2 кбит/с и ниже): при этом появляется возможность адаптации скорости передачи к условиям работы сети.
Узлы коммутации существующих ИВС с КС или КП строятся в основном на базе универсальных микроЭВМ, специально приспособленных для реализации функций коммутации.
На первом этапе построения СИО в сетях с коммутацией каналов (КК) преобладают однопроцессорные узлы, а дублирующие и резервные процессоры используются лишь в целях повышения надежности. В последние годы началось широкое внедрение микропроцессоров в коммутационную технику, что позволяет повысить производительность УК и улучшить качество обслуживания абонентов. В СИО функции УК значительно усложняются по сравнению с ИВС как с КК, так и с КП. Становится необходимым, в частности, реализовать алгоритмы АК, обеспечить высокое качество передачи во всех режимах коммутации (малое время задержки СПИн, низкую вероятность блокировки КИЕд и др.), что возможно лишь при использовании микропроцессоров. Поэтому в дальнейшем будем предполагать, что функции УК реализуются комплексом микропроцессоров, взаимодействующих между собой. Распределенная структура УК показана на рис. 2.5, где обозначено: ОП — оперативная память; УВВ и БВВ — устройство и буфер ввода-вывода. При распределенной структуре УК относительная независимость работы отдельных процессорных элементов обеспечивается одновременно функциональным и физическим разделением. Каждый из таких элементов обладает автономными памятью и программным обеспечением. Связь между процессорами осуществляется по установленному протоколу через шину управления, но без использования специального управляющего процессора, что повышает структурную надежность УК.
Рисунок 2.5 – Распределенная структура узла коммутации
Дополнительные возможности появляются при использовании распределенных микропроцессоров на каждый КСв. В этом случае управление (а следовательно, и соответствующее программное обеспечение УК) становятся проще и надежнее. Центральный процессор также упрощается, так как он в этом случае освобождается от таких, выполняемых теперь специализированными микропроцессорами функций, как сканирование, цифровое уплотнение, сигнализация и т. п. Кроме того, независимые обрабатывающие элементы УК делают возможной более эффективную его диагностику.
