СПОСОБ АРБИТРАЖА ДОСТУПА ГРУППЫ АБОНЕНТОВ К ОБЩИМ РЕСУРСАМ Российский патент 2000 года по МПК H04L12/40 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в вычислительных системах, системах автоматизации и управления, системах радиосвязи, а также в других областях науки и техники.

В указанных системах всегда возникает ситуация, когда через так называемый узел связи (общий ресурс) необходимо обеспечить прохождение более одного сигнала (от группы абонентов).

Отсутствие определенных технических мер в этой ситуации отражается на качестве связи, ее нарушении, приводит к сбоям в управлении и ряду других непредвиденных обстоятельств.

Среди различных способов решения этой задачи можно выделить три:
- расстановка приоритетов доступа;
- анализ временных соотношений приходящих сигналов;
- комбинированный.

Способ расстановки приоритетов доступа получил наибольшее распространение.

Так в [1] рассматривается способ повышения качества обслуживания за счет присвоения пакетам данных многочисленных приоритетов (управляющих идентификаторов) в зависимости от срочности обслуживания и допустимых потерь данных.

В [2] та же задача решается установкой степени срочности, что позволяет в первую очередь передавать те данные, которые обладают наибольшей срочностью.

В [3] конфликтную ситуацию устраняют путем координации доступа в соответствии со стандартом ДЕСТ или СТ-2 (СТ-3).

В способе управления несколькими устройствами в общей линии передачи данных [4] предусмотрена генерация адресов с помощью генератора, включенного в управляющую линию. В состоянии покоя осуществляется циклическая перестройка генератора. При одновременном запросе на доступ к линии нескольких абонентов, циклическое изменение адресов прекращается в момент совпадения показаний генератора адресов и адреса абонента из числа тех, кому необходим доступ к общей линии, после чего этому абоненту предоставляется доступ к общей шине.

К способам, основанным на анализе временных соотношений при доступе к линии, можно отнести [5 и 6]. Так в [5] для этой цели вводятся сигналы управления ресурсами сети, обеспечивающие изменение скорости передачи сигнала в зависимости от степени загрузки буферного ЗУ коммутатора. Такой способ основан на использовании накопителей для временного хранения данных и средств для вычисления необходимой скорости передачи.

Способ, предложенный в [6], обеспечивает циклический последовательный доступ к ячейкам памяти. Организация временных соотношений в нем обеспечивается пересечением во времени процессов записи и считывания, что способствует более эффективному его использованию в канале связи.

Необходимо отметить, что способы, основанные на расстановке приоритетов доступа, проще в реализации, чем способы, основанные на анализе временных соотношений, однако использование первых несколько ухудшает эффективность канала связи за счет снижения пропускной способности.

В то же время способы, основанные на анализе временных соотношений принимаемых сигналов, несмотря на их сложность реализации, мало влияют на ухудшение пропускной способности канала связи.

Известен комбинированный способ доступа, используемый в двухпортовом ОЗУ [7], наиболее близкий к предлагаемому и принятый за прототип.

Используя различные виды арбитража для обеспечения высокой эффективности работы системы, способ-прототип при одновременном доступе к общим ресурсам (ячейкам памяти) нескольких абонентов включает в себя следующую последовательность операций:
- анализ сигналов от каждого абонента с выдачей решения о возникновении конфликтной ситуации;
- логическую обработку приходящих сигналов с последующей выдачей сигналов разрешения на доступ к общим ресурсам на основании алгоритма арбитража.

Необходимо отметить, что процедуры анализа и логической обработки, связанные с принятием решения о доступе одного из абонентов к общим ресурсам (ячейкам памяти), в данном прототипе осуществляется довольно сложным образом с использованием большой группы сигналов управления и исходных данных и весьма сложной организацией устройств, участвующих в осуществлении арбитража. При этом процесс арбитража требует как аппаратной поддержки внутри кристалла, так и аппаратной или программной поддержки либо от самих абонентов, либо от специально организованного арбитра.

Прототип состоит из массива двухпортовых ячеек оперативной памяти. Каждый порт имеет выводы автономного управления: выбор кристалла (СЕ), разрешение чтения или записи (R/W) и разрешения выхода (OE). Эти выводы управления разрешают независимый доступ для чтения или записи к любому расположению памяти.

Для организации одновременной записи/чтения используется вывод BUSY. Наличие BUSY сигнализирует о том, что порт пробует обращаться к тому же самому расположению в настоящее время, к которому обращается другой порт.

Два вывода прерывания (INT) используются для связи "порт к порту". Флажок прерывания разрешает связь между портами или системами посредством почтового ящика.

Для передачи флага (маркера) от одного порта к другому используются семафоры, обеспечивающие распределение ресурсов между портами. Состояние семафора указывает на то, что ресурс находится в использовании. Логика семафора составлена из восьми общедоступных защелок. Управление семафорами обеспечивается двумя выводами (SEM).

Использование вывода M/S обеспечивает функционирование устройства как ведущее (мастер) (BUSY выводы- выходы) или как подчиненное (ведомое) (BUSY выводы-входы).

Целью изобретения является упрощение процедуры арбитража с использованием простых средств и расширение функциональных возможностей.

Для достижения поставленной цели предлагается способ арбитража доступа группы абонентов к общим ресурсам, включающий анализ сигналов от каждого абонента с выдачей решения о возникновении конфликтной ситуации и логическую обработку с выдачей сигналов разрешения на доступ к общим ресурсам.

Согласно изобретению сигналы разрешения на доступ к общим ресурсам формируют с помощью двустабильного периодического процесса.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа из литературы не известны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы работы устройства.

На фиг. 3 представлена структурная схема организации доступа N абонентов к общим ресурсам.

Предлагаемый способ содержит следующую последовательность операций:
- проводят анализ сигналов от каждого абонента с выдачей решения о возникновении конфликтной ситуации;
- осуществляют логическую обработку и формируют сигналы разрешения на доступ к общим ресурсам с помощью двустабильного периодического процесса.

Сущность предлагаемого способа арбитража при доступе нескольких абонентов к общим ресурсам заключается в том, что при возникновении конфликтной ситуации она разрешается с помощью анализа периодического двустабильного процесса на этапе логической обработки. Для электронных схем - это тактовая частота.

Устройство (фиг. 1), реализующее предложенный способ для двухпортового ОЗУ, содержит: двухканальную схему блоков логической обработки, каждая из которых содержит последовательно соединенные схему логической обработки 1(2) и формирователь сигнала готовности 3(4), пятые входы которых соединены со входами сигналов BUSYI и BUSY2, а выходы являются выходами устройства (сигналы готовности ОЗУ к выполнению цикла записи/чтения - RDY/BUSYI и RDY/BUSY2), и компаратор 5 (условно входит в состав двухпортового ОЗУ), выход которого соединен с первыми входами схемы логической обработки 1(2), а входы соединены с адресными шинами (ША1, ША2) каждого из каналов (портов). Вход-выход схемы логической обработки 1 соединен со входом-выходом схемы логической обработки 2. Выход схемы логической обработки 1(2) каждого канала соединен также с двухпортовым ОЗУ (модифицированные сигналы записи/чтения ОЗУ - WR_-1 и WR_-2 и модифицированные сигналы выборки портов ОЗУ - CS_₁ и CS_ ₂).

Входами устройства для каждого канала (порта) являются также второй, третий и четвертый входы схемы логической обработки 1(2), которые подключены к сигналам: записи/чтения - WRI, WR2, выборки порта - CSI, CS2 и периодическому двустабильному сигналу CLK (тактовая частота).

Работа устройства, реализующего предложенный способ, представлена временной диаграммой, изображенной на фиг. 2.

На фиг. 2 представлены следующие виды сигналов:
CLK - тактовый сигнал;
ША1, ША2 - сигналы адресации;
WR - сигнал записи/чтения;
CS - сигнал выборки порта;
RDY/BUSY - сигнал готовности к завершению цикла записи/чтения
KT - сигнал с выхода компаратора;
WR_, CS_- модифицированные сигналы записи/чтения и выборки порта.

Как было сказано выше, для предлагаемого арбитража абонентов, когда они оба пытаются одновременно произвести операцию записи в одну и ту же ячейку памяти, необходим анализ двустабильного периодического процесса, каковыми является сигнал CLK. Его воздействие на процесс арбитража легко просматривается из представленных временных диаграмм. Уровень 1 сигнала CLK отдает предпочтение одному абоненту, а уровень 0 - другому. При этом, после того как приоритеты определены, абонент, получивший меньший приоритет, получает доступ к ячейке памяти (шине) после того, как другой абонент закончит цикл записи к этой ячейке.

Значение тактовой частоты (CLK) выбирается из соображений допустимого времени ожидания для абонента с меньшим приоритетом. Время ожидания определяется неравенством:
T_обсл≤T_ож≤T_обсл + T_CLK,
где T_ож - время ожидания,
T_обсл - период цикла записи абонента, получившего высший приоритет,
T_CLK - период тактовой частоты.

При отсутствии конфликтной ситуации, каждый из абонентов получает независимый доступ к ресурсам.

Необходимо отметить, что состояние сигнала CLK может влиять на расстановку приоритетов. Так, например, если оба абонента синхронизируются от CLK, то один из них всегда будет иметь более высокий приоритет (реализация способа расстановки приоритетов). Если же тактовые частоты абонентов отличаются от CLK, то приоритеты обоих абонентов будут равны и вероятность получения доступа к общим ресурсам первым будет равна 0,5 для каждого из них, в случае, если CLK - меандр (реализация способа анализа временных соотношений приходящих сигналов). Если же CLK не является меандром, величина вероятности доступа к ресурсам будет функцией скважности CLK и, таким образом, можно обеспечить вероятностные приоритеты (предоставление дополнительных возможностей).

Рассмотренный способ доступа к ресурсам может быть реализован и для случая, когда количество абонентов более двух.

Рассмотрим случай использования четырехпортового ОЗУ в соответствии со структурной схемой организации доступа, представленной на фиг. 3.

В данной ситуации все абоненты могут быть разбиты на шесть пар и для каждой пары может быть использована схема, представленная на фиг. 1. Таким образом, в этом случае, у каждого абонента может возникнуть сразу три конфликтных ситуации, разрешение которых будет происходить по очереди при помощи анализа состояния сигнала CLK.

Проведенные экспериментальные исследования на макете устройства, реализованного по предложенному способу, подтвердили его преимущество, основанное на простоте функционального построения простыми и доступными элементами.

В настоящее время предложенное решение используется как базовый элемент при создании различных устройств обработки сигнала.

Предложенный способ обеспечивает следующий технико-экономический эффект:
- упрощение реализации за счет использования простых элементов;
- расширение функциональных возможностей.

Литература
1. Патент N 5487061, США, "Обеспечение приоритетного обслуживания".

2. Патент N 5535214, США, "Обработка запросов на передачу и прием данных в многоузловой сети с учетом их срочности".

3. Заявка N 4407795, ФРГ, "Способ и устройство координации доступа нескольких источников сообщений к одной шине".

4. Заявка N 4326276, ФРГ, "Способ управления несколькими устройствами в общей линии передачи данных".

5. Заявка N 2301985, Великобритания, "Управление потоками ячеек в сети АТМ".

6. Авторское свидетельство N 1547031, СССР, "Буферное запоминающее устройство".

7. Cypress Semiconductor Corporation. Описание устройств CY7C024/0241, CY7C025/0251 "Dual-Port Static RAM with Sem, Jnt, BuSY"ь

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при реализации систем радиосвязи, управления и в средствах вычислительной техники. Техническим результатом является упрощение процедуры обработки сигнала с использованием простых средств. Предполагаемый способ содержит следующую последовательность операций: проводят анализ сигналов от каждого абонента с выдачей решения о возникновении конфликтной ситуации, осуществляют логическую обработку сигналов и формируют сигналы разрешения на доступ абонентов к общим ресурсам с помощью периодического двустабильного процесса. 3 ил.

Способ арбитража доступа группы абонентов к общим ресурсам, включающий анализ сигналов от каждого абонента с выдачей решения о возникновения конфликтной ситуации и логическую обработку с выдачей сигналов разрешения на доступ к общим ресурсам, отличающийся тем, что сигналы разрешения на доступ к общим ресурсам формируют с помощью двустабильного периодического процесса.