СПОСОБ ЗАДЕРЖКИ ПЕРЕДАЧИ БЛОКА СООБЩЕНИЯ В ШИНУ ДАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ Российский патент 2003 года по МПК G06F13/14 H04Q9/00 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, точнее, к системам передачи информации, а именно к способам передачи блока сообщения в шину вычислительной сети, и может быть использовано в вычислительных сетях в устройствах, использующих общую для нескольких абонентов шину.

Уровень техники
Использование находящих все большее распространение локальных вычислительных сетей Ethernet связано с трудностью, определяемой заложенным в основу построения сетей методом доступа абонента к шине.

В основе международного стандарта ICO 8802-3, либо американского стандарта IEEE 802.3, в соответствии с требованиями которых изготавливаются и функционируют адаптеры, соединяющие абонентов локальной вычислительной сети с шиной, лежит метод множественного доступа с контролем несущей и определением столкновений CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detected). В соответствии с этим методом все абоненты вычислительной сети, имеющие готовые к передаче блоки сообщения, контролируют состояние шины, и, когда шина освобождается (заканчивается передача одним из абонентов очередного пакета данных), абоненты, выждав каждый одно и то же определенное время, называемое IFG (Inter Frame Gap), начинают передачу своего блока сообщения по шине. Если передачи блоков сообщений различных абонентов при этом накладываются друг на друга, абоненты прерывают передачу и повторяют ее спустя время, выбираемое случайным образом из интервала, который увеличивается вдвое после каждой неудачной попытки начать передачу блока сообщения. После десятой неудачной подряд попытки удвоение интервала прекращается, а после шестнадцатой подряд неудачной попытки передачи блока сообщения прекращается.

При использовании этого метода, как показывают многочисленные исследования и наблюдения в реальных локальных вычислительных сетях Ethernet, при потоке в сети, превышающем 1/π от максимального потока, что составляет около 3 Мбит/сек для сетей Ethernet с тактовой частотой 10 Мбит/сек, возможно увеличение количества конфликтов в сети, вплоть до развития клинча, при котором пропускная способность шины данных падает до нуля.

Известен способ по патенту США N 4628311, в соответствии с которым каждому абоненту вычислительной сети приписывается уникальный временной интервал задержки передачи, причем в процессе работы вычислительной сети эти уникальные временные интервалы перераспределяются по циклическому закону. В каждом адаптере вводится, запускающийся после окончания передачи блока сообщения по шине вычислительной сети, отсчитывающий уникальный временной интервал и, если адаптер имеет готовый к передаче блок сообщения и в процессе отсчета уникального временного интервала не зарегистрирована передача в шине, адаптер инициирует передачу блока сообщения в шину вычислительной сети.

Однако использование этого способа возможно лишь после изготовления новых адаптеров и замены ими всех старых адаптеров абонентов вычислительной сети.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание такого способа задержки передачи блока сообщения в шину вычислительной сети, состоящей из шины и подключенных к ней с помощью адаптеров абонентов, который позволил бы повысить эффективность управления ресурсами вычислительной сети за счет уменьшения количества конфликтов и повышении допустимого потока информации, при котором еще сохраняется устойчивость работы системы, при минимальных переделках в оборудовании.

Данная задача решается тем, что в адаптере формируют сигнал, имитирующий занятость шины вычислительной сети.

Это позволяет при минимальных изменениях в оборудовании резко сократить количество конфликтов в вычислительной сети и повысить ее пропускную способность.

Перечень фигур чертежей
В дальнейшем патентуемое изобретение поясняется описаниями конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
- фиг. 1 схематично изображает упрощенную конфигурацию вычислительной сети, согласно изобретению;
- фиг. 2 схематично изображает другую упрощенную конфигурацию вычислительной сети, согласно изобретению;
- фиг.3 схематично изображает фрагмент вычислительной сети с упрощенной структурной схемой сетевого адаптера, согласно изобретению;
- фиг.4 схематично изображает временную диаграмму последовательности передачи блоков сообщений в шину вычислительной сети и формирование сигналов в сетевых адаптерах, согласно изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Упрощенная конфигурация локальной вычислительной сети изображена на фиг. 1, где приняты следующие обозначения:
1 - шина вычислительной сети;
2 - сетевой адаптер A₁;
3 - сетевой адаптер A₂;
4 - сетевой адаптер A_i;
5 - сетевой адаптер A_N;
6 - абонент A₁;
7 - абонент А₂;
8 - абонент А_i;
9 - абонент A_N.

Патентуемый способ задержки передачи блока сообщения в шину вычислительной сети заключается в следующем.

Вычислительная сеть состоит из N абонентов A₁, A₂,... A_i,... A_N, каждый из которых через свой адаптер D₁, D₂,..., D_i,..., D_N связан с шиной вычислительной сети.

Абонентами A₁, А₂,... A_i,... A_N могут быть отдельные ЭВМ, обменивающиеся между собой информацией с помощью сетевых адаптеров D₁, D₂,..., D_i,..., D_N, узловые процессоры, с помощью которых отдельные локальные вычислительные сети объединяются в сеть большего размера, функциональные узлы вычислительной системы, связанные между собой шиной вычислительной сети, и так далее.

Шиной вычислительной сети может быть коаксиальный кабель, радиоканал либо любое другое средство передачи сигналов.

Шиной вычислительной сети может быть также внутренняя магистраль коммутатора или концентратора, с которой связаны сетевые адаптеры.

Упрощенная конфигурация локальной вычислительной сети, использующей в качестве шины магистраль коммутатора или концентратора, изображена на фиг.2, где приняты следующие обозначения:
10 - коммутационная часть адаптера D_1/2;
11 - абонентская часть адаптера D_1/1;
12 - коммутационная часть адаптера D_2/2;
13 - абонентская часть адаптера D_2/1;
14 - коммутационная часть адаптера D_i/2;
15 - абонентская часть адаптера D_i/1;
16 - коммутационная часть адаптера D_N/2;
17 - абонентская часть адаптера D_N/1;
Вычислительная сеть состоит из N абонентов A₁, A₂,... А_i,... A_N, каждый из которых через абонентскую часть своего сетевого адаптера D_1/1, D_2/1,..., D_i/1,..., D_N/1 связан витой парой проводников, оптическим волокном, инфракрасным излучением, магистралью или любым другим средством передачи сигналов с коммутационной частью своего сетевого адаптера D_1/2, D_2/2,..., D_i/2,..., D_N/2, который связан с магистралью 1 коммутатора или концентратора.

Процедура доступа абонентов A₁, A₂,..., А_i,..., A_N к шине вычислительной сети заключается в следующем.

Все абоненты системы обмениваются сообщениями, передавая их собственным адаптерам и далее в шину вычислительной сети.

Каждый раз, когда какой-либо абонент A_i(1≤i≤N) формирует блок сообщения для передачи в шину вычислительной сети, абонент передает этот подготовленный блок сообщения соединенному с абонентом адаптеру вычислительной сети. Если шина вычислительной сети в этот момент занята передачей блока сообщения, адаптер ожидает освобождения шины. Если шина вычислительной сети в этот момент не занята передачей блока сообщения, т.е. свободна, то, чтобы осуществить задержку передачи блока сообщения, в адаптере формируют сигнал, имитирующий занятость шины данных, и адаптер ожидает окончания сигнала. После окончания сигнала, если шина данных свободна, адаптер начинает передачу полученного им от абонента блока сообщения.

Этим сигналом может быть меандр, подаваемый на вход сетевого адаптера, либо уровень напряжения, подаваемый на вход сетевого контроллера адаптера, сообщающего сетевому контроллеру о занятости шины вычислительной сети.

Фрагмент вычислительной сети с упрощенной структурной схемой сетевого адаптера приведен на фиг.3, где приняты следующие обозначения:
18 - приемопередатчик Р_i;
19 - сетевой контроллер С_i;
20 - блок связи с абонентом S_i.

Абонентская часть сетевого адаптера D_i/2 состоит из последовательно соединенных блока связи с абонентом S_i, сетевого контроллера C_i и приемопередатчика P_i. Сигналы, передаваемые по шине вычислительной сети либо по каналу связи абонентской части D_i/1 адаптера с коммутационной частью D_i/2 адаптера преобразуют приемопередатчиком P_i в сигналы данных, синхросигналы и сигналы состояния шины вычислительной сети, которые передают в сетевой контроллер С_i.

На фиг.4 приведена временная диаграмма последовательности передачи блоков сообщений в шину вычислительной сети и формирование сигналов в сетевых адаптерах, где приняты следующие обозначения:
21 - состояние шины вычислительной сети;
22 - состояние сетевого адаптера D_i;
23 - состояние сетевого адаптера D_j;
24 - состояние сетевого адаптера D_k;
25 - блока сообщения, передаваемый по шине вычислительной сети;
26 - блок сообщения абонента A_i;
27 - блок сообщения абонента A_j;
28 - блок сообщения абонента A_k;
29 - сигнал, формируемый в адаптере D_i;
30 - сигнал, формируемый в адаптере D_j;
31 - сигнал, формируемый в адаптере D_k;
32 - интервал времени IFG;
33 - момент поступления в адаптер D_i пакета сообщения, предназначенного для передачи по шине вычислительной сети;
34 - момент поступления в адаптер D_j пакета сообщения, предназначенного для передачи по шине вычислительной сети;
35 - момент поступления в адаптер D_k пакета сообщения, предназначенного для передачи по шине вычислительной сети.

Блоки сообщения передают по шине 1 вычислительной сети.

При необходимости задержать в сетевом адаптере D_i передачу блока сообщения в шину вычислительной сети 1 в адаптере формируют сигнал 29, имитирующий занятость шины. При этом, если абонент A_i передает связанному с ним сетевому адаптеру D_i блок сообщения в момент времени 33, адаптер D_i ожидает окончания передачи по шине вычислительной сети блока сообщения 25 и сигнала 29, после чего через общий для всех сетевых адаптеров интервал времени 32 начинает передачу блока сообщения 26.

При необходимости задержать в сетевом адаптере D_j передачу блока сообщения в шину вычислительной сети 1 в адаптере формируют сигнал 30, имитирующий занятость шины. При этом, если абонент A_j передает связанному с ним сетевому адаптеру D_j блок сообщения в момент времени 34, адаптер D_j ожидает окончания передачи по шине вычислительной сети блока сообщения 25 и сигнала 30, по окончании которого шина вычислительной сети оказывается занятой передачей блока сообщения 26 абонента A_i. Адаптер D_j ожидает окончания передачи по шине вычислительной сети блока сообщения 26 и сигнала 30, после чего через общий для всех сетевых адаптеров интервал времени 32 начинает передачу блока сообщения 27.

При необходимости задержать передачу блока сообщения в сетевом адаптере D_k в адаптере формируют сигнал 31, имитирующий занятость шины. При этом, аналогично вышесказанному, если абонент A_k передает связанному с ним сетевому адаптеру D_k блок сообщения в момент времени 35, адаптер D_k ожидает окончания передачи по шине вычислительной сети блока сообщений 26, 27 и сигнала 31, по окончании которого через общий для всех сетевых адаптеров интервал времени 32 начинает передачу блока сообщения 28.

Сигналом может быть меандр, подаваемый на вход адаптера, либо уровень, подаваемый на вход сетевого контроллера адаптера, сообщающего сетевому контроллеру о занятости шины данных.

Предлагаемый способ задержки передачи блока сообщения в шину вычислительной сети позволяет значительно уменьшить количество конфликтов, сократить среднее и максимальное время доставки блока сообщения в уже эксплуатируемых вычислительных сетях. При этом применение предлагаемого способа не связано с какими-либо изменениями в математическом обеспечении сети.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к системам передачи информации, и может быть использовано в вычислительных сетях, использующих общую шину для подключения нескольких абонентов. Техническим результатом является сокращение количества конфликтов при доступе к общей шине и повышение ее пропускной способности. Способ заключается в формировании в адаптере сигнала, имитирующего занятость шины. 4 ил.

Способ задержки передачи блока сообщения в шину вычислительной сети, состоящей из шины и подключенных к ней с помощью адаптеров абонентов, заключающийся в том, что в адаптере формируют сигнал, имитирующий занятость шины.