RESEARCH OF COMPUTING SYSTEMS WITH TELECOMMUNICATION ACCESS

Abstract

The basic structures of modern computing systems with telecommunication access and data transmission equipments, and also principles of construction of their models are considered. By means of imitating models the analysis of the most important characteristics of such systems is made and effective modes of their work are defined.

Full Text

Введение Система с телекоммуникационным доступом (ВСТД), как известно, предназначена для обработки информации, поступающей от удаленных источников по каналам связи. Абоненты взаимодействуют с ЭВМ через абонентские пункты (АП) - терми нальные устройства системы телеобработки. Абонентский пункт содержит в своем составе аппаратуру передачи данных (АПД), обслуживающую канал связи, набор периферийных устройств (ПУ), используемых для ввода-вывода данных, и обеспечивает обмен информацией между каналом связи и периферийными устройствами. В общем случае для подключения абонентов к ЭВМ используется значительное число каналов связи, которые подключаются к ней через коммутатор (мультиплексор передачи данных - МПД). Функционирование технических средств системы телеобработки поддерживается соответствующим программным обеспечением [1; 3]. В ВСТД применяются различные конфигурации связей между ЭВМ и абонентами, зависящие от состава и схемы размещения абонентов, типа используемых каналов связи и интенсивности потока «Инфокоммуникационные технологии» Том 10, № 4, 2012 46 Воронцов И.В., Ефимушкина Н.В. данных между ними. Наиболее широко применяются выделенные некоммутируемые каналы, закрепленные за ЭВМ и соответствующими абонентами. Кроме того, могут использоваться каналы сетей общего применения (автоматической телефонной и телеграфной связи). В этом случае соединение между абонентом и ЭВМ является коммутируемым и устанавливается, например, набором номера вызываемого абонента [1-3]. Таким образом, типовая система телеобработки содержит следующие технические средства: - каналы связи, в том числе и аппаратуру передачи данных; - устройства сопряжения ЭВМ с АПД; - абонентские пункты; - коммутаторы (мультиплексоры передачи данных). Объект и метод исследования Типовая ВСТД в общем случае - многопункто-вая, то есть имеет структуру дерева, корнем которого служит ЭВМ или вычислительный комплекс, а ветвями - каналы и коммутаторы. Причем пропускная способность последних может быть разной. Таким образом, в статье в качестве объекта исследования выбрана многоуровневая система, реализованная в виде дерева коммутаторов. Экспериментальное исследование рассматриваемых систем реализовать довольно сложно. Альтернативой является имитационное моделирование [3, 4]. Оно позволяет исследовать системы любой сложности с любым уровнем детализации параметров и режимом функционирования. В такой модели можно воспроизвести наиболее важные элементы и процессы и исключить влияние второстепенных. Программа моделирования системы с телекоммуникационным доступом с использованием модели коммутатора предложена в [5]. Структура системы приведена рис. 1. ЭВМ (В К) Коммутатор Коммутатор Коммутатор Коммутатор Рис. 1. Структура моделируемой системы Как уже отмечалось, она имеет вид дерева. Три коммутатора обеспечивают поступление от абонентских пунктов пакетов в центральный коммутатор, который выполняет функции мультиплексора в классической схеме ВСТД. При этом предполагается, что абонентский пункт имеет структуру, которая приведена на рис. 2. Своих устройств для хранения отправляемых и получаемых пакетов у него нет. Отправляемые пакеты поступают непосредственно во входные очереди коммутатора. В нем реализуется обслуживание с приоритетами и дополнительными сервисами. Очередь для пакетов с высоким приоритетом MINIMI- Очередь для пакетов с нормальным приоритетом 11111111 h Исходящая очередь I I I I I I I I Коммутатор Рис. 2. Схема подключения абонентского пункта к коммутатору Исходными данными для моделирования являются следующие характеристики коммутаторов: - число портов; - режимы работы; - размеры очередей; - наличие дополнительных сервисов; - задержка передачи пакетов. Результатами моделирования служат: - общее время моделирования; - число скоммутированных пакетов; - число потерянных пакетов. Имеется возможность задавать разные параметры для каждого коммутатора в отдельности и исследовать их влияние на характеристики системы с теледоступом в целом. Например, можно оценить, как меняются характеристики ВСТД при использовании быстродействующего или медленного коммутатора, а также при увеличении или уменьшении быстродействия центральной ЭВМ. Результаты исследования типовой системы с теледоступом В работе исследовалось влияние параметров отдельно взятых коммутаторов на общие характеристики ВСТД. В частности, один коммутатор (крайний правый на схеме) работал в два раза медленнее остальных. При этом быстродействие ЭВМ и верхнего коммутатора было в три раза выше, чем у двух левых коммутаторов. Основные результаты моделирования работы системы с такими параметрами представлены на рисунке 3. Как и ожидалось, треть пакетов, приходящихся на правый сегмент сети, при равномерной загрузке абонентскими пунктами теряется. На стабильность работы системы в целом эти потери «Инфокоммуникационные технологии» Том 10, № 4, 2012 Воронцов И.В., Ефимушкина Н.В. 47 оказывают небольшое влияние. Потери пакетов происходят в основном в сегменте с медленным коммутатором. О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 t,c. Рис. 3. Результаты исследования ВСТД с медленным коммутатором в одной из ветвей 100 120 140 160 180 200 220 Рис.4. Результаты исследования ВСТД с медленными центральной ЭВМ и коммутатором Если при одинаковой во всех ветвях производительности коммутаторов нижнего уровня уменьшить быстродействие центрального коммутатора или ЭВМ, то это приводит к быстрому заполнению и перегрузке всех очередей и резкому возрастанию числа потерянных пакетов (см. рис. 4). В реальных системах с телекоммуникационным доступом такая ситуация может привести к полной блокировке работы и потере важных данных. Таким образом, центральная ЭВМ и коммутатор являются «узким местом» исследуемой структуры. Именно поэтому к ним предъявляются повышенные требования по надежности и производительности. Выводы Таким образом, результаты исследований доказали адекватность модели и позволили выявить диапазоны параметров нагрузки, коммутаторов и центральной ЭВМ, при которых система с телекоммуникационным доступом работает в стационарном режиме и в условиях перегрузки. Центральная ЭВМ и коммутатор являются «узким местом» структуры типа «звезда» или дерево. К ним предъявляются повышенные требования. При этом коммутаторы нижнего уровня влияют только на работу своего сегмента и могут иметь меньшее быстродействие и надежность. Достоинством предлагаемого подхода, основанного на использовании имитационных моделей, является возможность анализа сложных систем с произвольными режимами функционирования. При этом оценивается влияние наиболее важных факторов и исключаются второстепенные.