курсоовой по системам коммутации. Коммутатор Баньяна 8х8 линий. Разработка схемы управления
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАБИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра «Сетей и устройств телекоммуникаций» Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Системы коммутации» на тему: «Коммутатор Баньяна 8х8 линий. Разработка схемы управления» Выполнила: Проверил: студент гр. 863001 Лапшин С.М. Житкевич И.В. Минск 2011 СОДЕРЖАНИЕ: Введение……...……….………………………...………….…………………31. Классификация ЦКП.……........................................................................52.Обоснование структуры проектируемого коммутатора Баньяна….73.Обоснование выбора элементарной базы проектируемого коммутатора Баньяна………………………………………………………..104.Разработка принципиальной схемы коммутатора Баньяна ………115.Процесс установления соединения в коммутатора Баньяна ……...12Заключение…………………………………………………………………14Литература…………………….……………………………………………15ВВЕДЕНИЕЦифровые системы коммутации, наряду с цифровыми системами передачи, являются важнейшими элементами современных сетей телекоммуникаций. В зависимости от способа коммутации различают цифровые системы коммутации каналов, пакетов и сообщений. Несмотря на существенные различия данных технологий распределения информации, коммутационные системы, их реализующие, имеют много общего в принципах построения и функционирования. Коммутационные системы современных узлов коммутации каналов и пакетов строятся на основе многозвенных коммутационных схем, основу которых составляют однозвенные коммутационные блоки. Построение многозвенных коммутаторов является эффективным средством уменьшения структурной сложности и стоимости коммутационной системы за счет сокращение числа промежуточных путей между входами и выходами. Необходимым условием успешного построения и развития инфокоммуникаций является цифровизация телекоммуникационного оборудования – взаимосвязанных систем представления, хранения, обработки, передачи и распределения информации. Ближайшей перспективой эволюции техники связи в данном направлении является переход от аналоговых и гибридных аналого-цифровых сетей связи к цифровым сетям с интеграцией служб (ЦСИС). В интересах построения ЦСИС цифровизация не сводится лишь к переходу от аналоговых методов передачи и распределения информации к цифровым, но представляет значительно более фундаментальное преобразование, которое касается в первую очередь телекоммуникационных и инфокоммуникационных технологий, структуры сетей, а также принципов управления и технической эксплуатации. Каждое из указанных направлений является самостоятельной областью развития техники связи и информатики, гармонично связанной с другими областями и проникающей в них. Так, телекоммуникационные технологии охватывают сети и системы распределения информации, а также преобразование и обработку сигналов – носителей информации в интересах эффективной передачи информации между абонентами (пользователями) сети в условиях требуемых уровней качества и защиты от несанкционированного доступа. Инфокоммуникации расширяют данное представление, интегрируя в телекоммуникационные структуры элементы хранения, обработки и представления информации, варианты доступа к которой предоставляются пользователям в виде услуг и поддерживаются соответствующими службами сети. ЦСИС в этом смысле рассматривается как часть инфокоммуникационной структуры с акцентом на технологии передачи и распределения информации. Переход от технологии коммутации каналов к технологии коммутации пакетов, осуществляемый в ЦСИС, – лишь небольшая, но важная ступень в процессе развития телекоммуникаций. В данном курсовом проекте будут рассмотрены принципы построения и функционирования коммутационного поля на основе коммутатора Баньяна. 1.Классификация ЦКП.Модульное построение современных цифровых коммутационных систем позволяет использовать их в качестве любой станции или узла связи. В ЦСК выделяют основную, неизменную часть оборудования, добавление к которой дополнительного оборудования позволяет получить любую станцию сети связи. Аналогично систему коммутации ЦСК можно разделить на основное цифровое КП и дополнительные коммутационные элементы, которые обеспечивают концентрацию абонентской нагрузки, создание групповых трактов или преобразование цифровых потоков. В данной главе будут рассматриваться структуры основных цифровых КП. С учетом симметричности и модульности построения все множество синхронных цифровых КП с функциональной полнотой коммутации можно разделить на пять классов. В каждом классе можно выделить базовую структуру и подструктуры, образованные добавлением дополнительных коммутационных элементов с предварительным мультиплексированием (MUX) и последующим демультиплексированием (DMUX) цифровых групповых трактов. 1. Базовая структура: S*k-T*r-S*k. Подструктура: MUX-S*k-T*r-S*k-DMUX. Особенностью поля является наличие S-ступени в первом и последнем звене, порядок следования Т- и S-ступеней внутри поля - произвольный с соблюдением правил симметрии. 2. Базовая структура: T*k-S*r-T*k. Подструктура: MUX –T*k-S*r- Т* к- DMUX. Особенностью поля является наличие Т-ступени в первом и последнем звене, порядок следования Т- и S- ступеней внутри поля - произвольный с соблюдением правил симметрии.
Хотя кольцевые КП строятся на S/T-ступенях (кольцевых соединителях), и по сути являются разновидностью полей 4 класса, но ввиду их важности и особенностей построения принято выделять их в отдельный класс. Определение оптимальных форм сочетания временных и пространственных ступеней коммутации - сложная проблема, которая не может быть решена отдельно от других задач, возникающих при построении цифровых КП: построение систем управления и группообразования, выбор способов коммутации (параллельный или последовательный), оптимизация соотношения между временной и пространственной ступенями коммутации и др. При построении ЦСК большой емкости необходимо принимать во внимание, что при уменьшении временной ступени коммутации могут возникнуть следующие проблемы:
Исходя из этого, а также с учетом стремительного развития полупроводниковых БИС, становится выгодным строить ЦКП с полной временной и уменьшенной пространственной ступенями коммутации. При этом на временную ступень возлагаются задачи не только по временному сдвигу коммутируемых сигналов, но и по синхронизации, выравниванию времени распространения сигналов по линии связи, а также уменьшению внутренних блокировок. 2.Обоснование структуры проектируемого коммутатора Баньяна. В Баньяновидной сети NN n-й каскад выбирает направление передачи ячейки по n-му биту выходного адреса. При N=2n такая сеть состоит из (N/2)\log N элементарных двоичных кроссов. Сети MIN способны автоматически обновлять таблицы маршрутизации (т.е. имеют свойство самомаршрутизации), в случае если выходной адрес полностью определяет маршрут следования ячейки через сеть. Популярность Баньяновидных сетей объясняется использованием простых коммутационных элементов для обеспечения процесса коммутации; при этом ячейки передаются параллельно и все элементы действуют с одной и той же скоростью (так как нет дополнительных ограничений на размер N или скорость V). При создании больших коммутаторов указанные свойства позволяют легко реализовать модульный рекурсивный подход на уровне аппаратных средств. Отрицательным свойством Баньяновидных сетей является их принадлежность к блокирующим схемам, причем вероятность блокировки ячейки при ее маршрутизации быстро возрастает с ростом сети [8]. Очевидно, что в таких сетях существует единственный путь с любого входного порта на любой выходной. Регулярные Баньяновидные сети используют только один тип коммутационных элементов. В их разновидности (так называемых SW-Баньяновидных сетях) вероятность блокировки ячеек удается уменьшить, применяя кроссы больших размеров, — они строятся рекурсивно из коммутационных элементов размером LМ, где L>2 и М>2. Дельта-сети представляют собой подкласс SW - Баньяновидных сетей и обладают свойством самомаршрутизации. Существует несколько типов дельта-сетей: прямоугольная (кроссы имеют одинаковое число входов и выходов), базовая (baseline), омега, флип, куб, обратный куб и др. Сеть дельта-b размером NN содержит logbN каскадов, причем каждый каскад состоит из N/b коммутационных элементов bЬ. Как уже говорилось, число точек коммутации в Баньяновидных сетях меньше N2, что может приводить к конфликту маршрутов двух ячеек, адресованных на разные выходные порты. При возникновении подобной ситуации, именуемой внутренней блокировкой, лишь одна из двух ячеек способна достичь следующего каскада, а в результате общая производительность снижается. Одно из решений проблемы состоит в добавлении специальной сети предварительной сортировки (например, так называемого сортировщика Батчера), которая направляет ячейки в Баньяновидную сеть. Сортировщик позволяет избежать блокировок при адресации ячеек на различные выходные порты, но если они одновременно адресуются на один и тот же выход, единственным решением становится буферизация [1,4]. Для повышения избыточности следует включать в состав Баньяновидных сетей дополнительные коммутационные элементы и каскады, избыточные и альтернативные соединения либо увеличивать число входных и выходных портов. Платой за это становится усложнение как схем буферизации и маршрутизации, так и средств управления [8] Независимо от конкретной разновидности все NN многоканальные структуры обладают следующими основными свойствами:
Основной недостаток такой структуры заключается в наличии внутренних блокировок, что снижает пропускную способность коммутатора. Структура дельта-коммутатора представлена на рисунке 1  Рисунок 1. Структура дельта-коммутатора 3. Обоснование выбора элементарной базы проектируемого коммутатора Баньяна Прямоугольная дельта-система (ДС) емкостью NxN (N входов и N выходов) состоит из K каскадов (звеньев): K = logSN= log28=3 , (1) Каждый из которых содержит по M коммутационных элементов (КЭ), емкостью SxS каждый: M = N/S=8/2=4 . (2) Вероятность блокировки пакета в ДС определяется как вероятность блокировки в последовательном соединении K коммутационных элементов: P = 1- (1- PE)K , (3) Где PE — вероятность блокировки пакета в КЭ. 4.Разработка принципиальной схемы коммутатора Баньяна Каждый коммутационный элемент состоит из двух мультиплексоров, а управляет работой мультиплексоров D-триггер с инвертирующим элементом. D-триггер выполняет функцию генератора тактовых импульсов (вход С), так же на него поступают адресные данные в виде трехбитового слова (вход D). Так как у коммутационного элемента 2 входа и 2 выхода, тогда нам нужен мультиплексор 2 в 1. Так как такие мультиплексоры не производят, его можно построить на элементах И и ИЛИ. Таблица состояний коммутационного элемента:
 Рисунок 2. Структурная схема коммутационного элемента Принципиальная схема коммутатора Баньяна приведена в приложении. 5. Процесс установления соединения в коммутаторе Баньяна Передаваемый пакет в своем заголовке содержит трехразрядный двоичный номер узла назначения. Данная сеть относится к сетям с самомаршрутизацией (self-routing), поскольку адрес пункта назначения не только определяет маршрут сообщения к нужному узлу, но и используется для управления прохождением сообщения по этому маршруту. Каждый БКЭ, куда попадает пакет, просматривает один бит адреса и в зависимости от его значения направляет сообщение на выход 0 или 1. Состояние элементов первой ступени сети (левый столбец БКЭ) определяется старшим битом адреса узла назначения. Средней ступенью (второй столбец) управляет средний бит адреса, а третьей ступенью (правый столбец) - младший бит. Если значение бита равно 0, то сообщение пропускается через верхний выход БКЭ , а при единичном значении — через нижний. Адрес узла назначения содержится в заголовке сообщения. Рисунок 3 показывает пример соединения в Баньян сети 88, где темные линии отражают передающие пути. С правой стороны адрес каждого выходного сигнала обозначен как ряд n-битов, b1...bn. Адрес ячейки сигнала закодирован в заголовке ячейки. На первом уровне проверяется бит b1, если это 0, ячейка будет выдвинута на высший, исходящий уровень; если это 1,то ячейка отправляется на низший уровень. На следующем уровне проверяется бит b1, передача сигнала происходит аналогично.  Рисунок 3. Баньян сеть 88 Внутренняя блокировка происходит в случае когда ячейка потеряна из-за конфликтных ситуаций на уровне сети. Рисунок 3.3 приводит пример внутренней блокировки внутри Баньян сети 8x8. Тем не менее, Баньян сеть не будет иметь внутренних блокировок, если будут соблюдены следующие условия:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном курсовом проекте был разработан коммутатор Баньяна. Актуальностью данной работы является тот факт, что коммутаторы Баньяна часто используются при различных способах коммутации во многих цифровых автоматических телефонных станциях. Литература
 |