СПОСОБ ОБМЕНА ДЛЯ СЕТИ С ВЫДЕЛЕННЫМ УЗЛОМ ОБСЛУЖИВАНИЯ ДОСТУПА К КАНАЛУ Российский патент 2003 года по МПК H04L12/00 H04L12/28 

Изобретение относится к области вычислительных систем, сетей связи, в главной степени к детерминированным способам разделения доступа к мультиплексным каналам.

Известен интерфейс последовательный однопроводный цифровых информационных управляющих систем (ГОСТ 26765.52-87) регламентирующий наличие в информационном канале устройства, управляющего передачей данными как между этим устройством и другим устройством, так и между другими устройствами. ГОСТ 26765.52-87 специфицирует команды управления, передачи данных и физические параметры сигналов. Каждое устройство может работать в одном из трех режимов: контроллера, оконечного устройства терминала), монитора. Обменом в канале управляет устройство, находящееся в режиме контроллера. Только одно устройство в канале может находиться в режиме контроллера. Типы команд, выдаваемых контроллером, подразделяются на десять форматов. Форматы с номером от 1 до 6 включительно являются адресными, и каждый абонент, получивший такую посылку, обязан выдать ответное слово. Команды с 7 по 10 формат являются групповыми (широковещательными). При приеме таких команд оконечное устройство не должно выдавать ответное слово. Устройство, работающее в режиме монитора, не может передавать ответные слова и какие-либо данные.

Недостатком ГОСТ 26765.52-87 является использование режима монитора для обеспечения функций резервирования контроллера, что требует использования в сети дополнительного устройства, не участвующего в обмене до момента выхода из строя абонента, выполняющего функции контроллера.

Известен "Протокол передачи пакетных данных для радиосвязи" по патенту РФ 2139636 (H 04 L 29/06, H 04 L 12/56), в котором для управления обменом используется выделенная управляющая станция.

Недостатком данного протокола является низкая надежность сети вследствие отсутствия возможности передачи функций управление сетью любому абоненту.

Прототипом заявляемого способа является "Способ обмена данными между множеством абонентских станций по бескабельной локальной сети через центральную управляющую станцию" по заявке РФ 97109431 (H 04 L 12/00).

Недостатком данного способа является низкая надежность сети вследствие отсутствия возможности передачи функций управления сетью любому абоненту. При выходе из строя главной станции одновременно несколько абонентов способны принять функции управления, но в заявленном способе не предусмотрены действия, обеспечивающие выбор одного из нескольких абонентов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание единого способа обмена в сетях с выделенным узлом обслуживания, увеличивающего надежность сети и обеспечивающего эффективное использование всей полосы канала для различных конфигураций сети и сетевых потоков.

Предлагается способ обмена, заключающийся в том, что полосу канала делят на заданное число временных сегментов, в начале каждого временного сегмента из выделенного узла обслуживания (далее контроллера) выдают широковещательную синхронизирующую посылку, в которой содержится собственный адрес 'Ак', при этом адреса абонентов, в том числе контроллера, выбирают в диапазоне [О..Ам], где 'Ам' максимально возможное количество обслуживаемых абонентов, и переход абонента с адресом 'А' в режим контроллера осуществляют при отсутствии широковещательных синхронизирующих посылок через интервал времени 'Тп', который отсчитывают от момента приема последней широковещательной синхронизирующей посылки и вычисляют по формуле
Тп=Тк+К•Тц•(А-Ак), если Ак<А;
или Тп=Тк+К•Тц•(Ам+А-Ак), если Ак>А,
где Тк - длительность перехода в режим контроллера;
К - количество циклов обслуживания, в течение которых не было приема синхронизирующих посылок;
Тц - длительность периода цикла обслуживания;
Ам - максимальное значение адреса абонента;
опрашивают доступных абонентов и определяют суммарное количество ответов, содержащих заявки на обслуживание; определяют количество заявок 'Из' от каждого абонента, обрабатываемых в одном цикле обслуживания по формуле
Nз = 1+(целая часть)

где Тз - время обслуживания одной заявки;
То - среднее время опроса абонентов;
выбирают период цикла обслуживания Тц из условия: Тц>(То+Тз•Ам)/2; обслуживают каждого абонента до достижение (равенства) количества обслуженных заявок вычисленной ранее величине 'Nз', после чего переходят к обслуживанию другого абонента; производят удаление из списка обслуживания, абонентов, не ответивших несколько раз подряд (как минимум два) и перемещают в список доступных всех возможных абонентов с периодом большим, чем 'Тц', как минимум в два раза и минимально необходимым для требуемой задержки восстановления связи с абонентом.

Реализация данного способа сводится к выполнению определенных действий со стороны программы по отношению к устройству интерфейса последовательного однопроводного цифровых информационных управляющих систем. Программа выполняема на выделенном узле обслуживания перед началом циклической опроса всех доступных абонентов сети с периодом Тц формирует в памяти устройства последовательного интерфейса командное слово формата 10 (групповая команда управления со словом данных, согласно ГОСТ 26765.52-87) и слово данных, которое содержит собственный адрес контроллера 'Ак'. Адреса абонентов, в том числе и контроллера, выбираются в диапазоне [О..Ам], где Ам - максимально возможное количество обслуживаемых абонентов. Далее выдается команда на передачу сообщения по формату 10, в результате которой устройство выдает на шину широковещательную синхронизирующую посылку. На стороне оконечного устройства осуществляется прием каждой такой посылки и синхронизация (обнуление) внутреннего таймера в момент этого приема. Необходимость перехода в режим контроллера для абонента с адресом 'А', работающего в режиме оконечного устройства, наступает при отсутствии широковещательных синхронизирующих посылок через интервал времени 'Тп', отсчитываемый от момента приема последней широковещательной синхронизирующей посылки и вычисляемый по формуле:
Тп=Тк+К•Тц•(А-Ак), если Ак<А;
Тп=Тк+К•Тц•(Ам+А-Ак), если Ак>А,
где Тк - длительность перехода в режим контроллера;
К - количество циклов обслуживания, в течение которых не было приема синхронизирующих посылок;
Тц - длительность цикла обслуживания.

На чертеже приведена временная диаграмма передачи функций контроллер абоненту с адресом An>Ak.

Дальнейшая последовательность действий программы на стороне контроллера выглядит следующим образом. В памяти устройства формируется цепочка запросов по формату 5 для всех доступных абонентов. Подается команда на выполнение первого запроса в цепочке. Далее происходит автоматическое выполнение цепочки запросов, в результате которого в памяти устройства сохраняются слова данных, принятые от оконечных устройств. Если в принятом слове содержится признак запроса на передачу, то данный запрос сохраняется в таблице запросов на обслуживание. После анализа всех полученных данных происходит опрос абонентов, запросы от которых были помещены в таблицу. Если какой-либо абонент не ответил два раза подряд, то он помечается как недоступный. После получения всех ответов и определения суммарного количества ответов Nc, содержащих заявки на обслуживание, контроллер определяет количество заявок Nз от каждого абонента, которое он сможет обработать в одном цикле обслуживания с длительностью периода Тц по формуле
Nз = 1+(целая часть)

где Тз - максимальное время обслуживания одной заявки;
То - среднее время опроса.

Согласно этой формуле в случае Nc=Ам целая часть будет равна нулю и, следовательно, контроллеру нужно будет обработать в цикле только одну заявку. Период Тц выбирается из условия Тц>(То+Тз•Ам)/2, что обеспечивает баланс между средней задержкой на обслуживание в случае полной загрузки сети и в случае минимальной загрузки. Обслуживание каждого абонента продолжается до достижения (равенства) количества обслуженных заявок вычисленной ранее величине Nз, после чего контроллер переходит к обслуживанию другого абонента. Независимость алгоритма обслуживания от количества доступных абонентов и максимизация полосы пропускания обеспечиваются за счет удаления из списка обслуживания абонентов, не ответивших два раза подряд, и за счет перемещения в список доступных всех возможных абонентов с периодом большим, чем Тц, как минимум в два раза и минимально необходимым для требуемой задержки восстановления связи с абонентом.

Таким образом, предлагаемый способ организации обмена обеспечивает автоматическую передачу функций контроллера абонентам, находящимся в режиме оконечного устройства, с обеспечении автоматического выбора одного из абонентов готовых перейти в режим контроллера. При этом для всех оставшихся абонентов сохраняется возможность обмена информацией с абонентом, перешедшим в режим контроллера.

Благодаря появлению вышеуказанных возможностей существенно повышается надежность сети, поскольку полный отказ сети происходит лишь в том случае, когда остается один абонент. Во всех остальных случаях отказ любого из абонентов не приводит к нарушению обмена между другими абонентами, тогда как в прототипе выход из строя центральной станции, т.е. всего один отказ, привел бы к полному отказу сети. Кроме того, предлагаемый способ обмена гарантирует полное использование ресурсов канала независимо от количества абонентов и их текущих потребностей в передаче данных по каналу.

Как следствие вышеуказанных функциональных характеристик данный способ обмена может без каких-либо модификаций применяться в системе с переменным количеством абонентов, при этом обеспечивается эффективное использование канала связи.

Заявленное техническое решение не является очевидным, а его технический уровень достаточно высок. Возможность промышленного применения предлагаемого изобретения не вызывает сомнений, так как
- способ предназначен для использования в конкретной области, а именно в вычислительной технике, в частности в системах контроля и управления.

- реализация способа возможна с помощью описанных в заявке операций;
- способ позволяет обеспечить достижение заявленного технического эффекта.

Изобретение относится к вычислительным системам, сетям связи, в частности к детерминированным способам разделения доступа к каналам этих систем. Техническим результатом является создание единого способа обмена информацией в сетях с выделенным узлом обслуживания, увеличивающего надежность сети и эффективное использование всей полосы канала. Технический результат достигается тем, что обеспечивают в случае выхода из строя узла обслуживания автоматическую передачу функций обслуживания любому другому абоненту сети путем выдачи в канал широковещательной синхронизирующей посылки в начале каждого временного сегмента полосы канала, а выбор абонента, которому будут переданы функции узла обслуживания осуществляют путем подсчета количества временных сегментов, в течение которых отсутствовал прием широковещательных синхронизирующих посылок, и переводят абонента в режим узла обслуживания через определенный интервал времени, который отсчитывают от момента приема последней широковещательной синхронизирующей посылки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обмена информацией между абонентами для сети с выделенным узлом обслуживания доступа к каналу, заключающийся в том, что полосу канала делят на временные сегменты - К, отличающийся тем, что в начале каждого временного сегмента из выделенного узла обслуживания - контроллера передают в канал широковещательную синхронизирующую посылку, в которую включают собственный адрес контроллера - Ак, при этом адреса абонентов, в том числе контроллера, выбирают в диапазоне от 0 до максимально возможного количества обслуживаемых абонентов - Ам и осуществляют выбор абонента находящегося в режиме оконечного устройства, которому будут переданы функции контроллера путем подсчета каждым обслуживаемым абонентом количества временных сегментов К, длительностью Тц, в течение которых отсутствовал прием широковещательных синхронизирующих посылок и переводят абонента с адресом А в режим контроллера через интервал времени Тn, который отсчитывают от момента приема последней широковещательной синхронизирующей посылки и вычисляют по формуле
Тn = Тк + К • Тц • (А - Ак), если Ак < А;
Тn = Тк + K • Тц • (Ам + А - Ак), если Ак > А,
где Тк - длительность перехода в режим контроллера;
К - количество временных сегментов, в течение которых отсутствовал прием широковещательных синхронизирующих посылок;
Тц - длительность временного сегмента;
Ак - собственный адрес контроллера;
Aм - максимальное значение адреса абонента,
а также производят опрос доступных абонентов и обслуживают абонентов на основе ответов, содержащих заявки, полученных в ходе опроса абонентов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выдачи широковещательной синхронизирующей посылки и опроса доступных абонентов определяют суммарное количество ответов, содержащих заявки на обслуживание. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество заявок Nз от каждого абонента, которое может быть обслужено в одном временном сегменте длительностью Тц определяют по формуле

где Тз - время обслуживания одной заявки;
То - среднее время опроса доступных абонентов;
Nc - суммарное количество ответов, содержащих заявки на обслуживание. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что длительность временного сегмента Тц выбирают из условия
Тц > (То + Тз - Ам)/2. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что обслуживают каждого абонента до достижения (равенства) количества обслуженных заявок вычисленной ранее величине Nз, после чего переходят к обслуживанию другого абонента. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят удаление из списка обслуживания абонентов, не ответивших несколько раз подряд (как минимум два), и перемещают в список доступных всех возможных абонентов с периодом большим, чем Тц как минимум в два раза и минимально необходимым для требуемой задержки восстановления связи с абонентом.