Brevet FR2668841A1 — publié le 19920507

Système téléinformatique de commutation de paquets La présente invention concerne un système téléinformatique de commutation de paquets comportant une partie matérielle et une partie logicielle, le tout constituant un système de génération avancée, multitraitements- multiprocesseurs, dont le but évident réside en ce qu'il est équipé d'une structure matérielle et logicielle totalement répartie et présentant une tolérance aux défaillances ou écarts de fonctionnement, qui dispose d'une configuration souple et d'une gestion à distance par l'intermé- diaire du réseau lui-même et qui parvient à commuter et transmet- tre une information découpée au préalable en paquets, entre une origine et une destination, suivant les différents protocoles spécifiques. Cette invention trouve son application dans le secteur de l'industrie se consacrant aux télécommunications. Les différents systèmes de commutation de paquets connus jusqu'à présent tendent tous à réaliser la commutation de données ou d'informations sous forme de paquets entre une origine et une destination. On a constaté toutefois que tous les systèmes connus jusqu'à présent n'incorporent pas dans le système lui-même les différents types de modems de plus grande diffusion existant sur le marché, c'est-à-dire des modems intégrés. Actuellement, on a également constaté que de tels systèmes électroniques de commutation devraient posséder une plus grande capacité de commutation de paquets et, en même temps, de connexion de lignes de données permettant d'offrir une meilleure qualité des services. En conséquence de tout ce qui précède, l'exploitation des réseaux constitués en mettant en place un système adéquat serait beaucoup plus performante et le coût de configuration par ligne serait moindre. Cela permettrait également l'admission d'interfaces de données à plus grande vitesse, le système pouvant supporter une grande variété d'interfaces de niveau physique. Il s'avère finalement qu'il conviendrait que ce système ait une définition et une mise en oeuvre des niveaux physiques des interfaces de données pour être connecté aux réseaux de transmis- sion digitale. Cependant, nous n'avons pas connaissance jusqu'à présent que les systèmes électroniques de commutation de paquets existant à l'heure actuelle sur le marché soient dotés des caractéristiques qui viennent d'être mentionnées comme étant appropriées. Le système téléinformatique de commutation de paquets que propose l'invention constitue une solution efficace pour améliorer les performances d'autres systèmes téléinformatiques de commutation de paquets existant à l'heure actuelle, en ce qui concerne la capacité tant de commutation de paquets en soi que de connexion de lignes et également du point de vue de la qualité du service, du prix de revient, de l'exploitation des réseaux de données, de la vitesse et de la définition des interfaces de données, de la souplesse ou flexibilité d'adaptation aux différents réseaux de données et de la mise en place de nouveaux services et de multiples facilités. Le système téléinformatique de commutation de paquets qui va être décrit ci-après est fondamentalement constitué d'une partie matérielle et d'une autre partie logicielle, soit en synthèse un système de génération avancée et performante, multitraitements- multiprocesseurs, dont la structure matérielle et logicielle est totalement distribuée et présente une tolérance aux défaillances ou écarts de fonctionnement, d'une configuration souple et dont la gestion peut être effectuée à distance par l'intermédiaire du réseau lui-même. Le matériel comporte: le central du réseau, le centre de contrôle, les terminaux d'exploitation. Le central du réseau réalise la fonction de commutation de paquets en permettant une grande concentration de lignes à petite vitesse et la connexion aux différents types de réseaux sui- vants: 1 Au réseau téléphonique commuté soit directement, soit par modem. 2 Au réseau IBERMIC directement, au moyen de lignes à grande et très grande vitesse. 3 A d'autres réseaux de commutation de paquets, au moyen des lignes spécialisées concernées. 4 Il permet aussi la connexion directe d'abonnés, au moyen des lignes concernées, ainsi que la mise en place des éléments requis en vue de la connexion à de futurs types de réseaux au fur et à mesure o ceux-ci feront leur apparition sur le marché. En ce qui concerne le central du réseau, nous pouvons distinguer trois parties parfaitement différenciées A Le réseau de connexion. B Les unités de traitement. C La voie d'interconnexion locale. La voie d'interconnexion locale consiste en un bus-série comportant trois parties: Cl Une partie pour la distribution du signal d'horloge. C 2 Une autre partie pour la transmission de données des éléments de l'unité de traitement à celle de connexion. C 3 Et une troisième partie pour la transmission de données du réseau de connexion aux éléments de l'unité de traitement. Les unités de traitement sont constituées physiquement d'un ensemble d'éléments interconnectés les uns aux autres et à un élément du réseau de connexion, grâce à la voie d'interconnexion locale. La communication entre les différents éléments d'une unité de traitement, et entre ces derniers et ceux d'autres unités de traitement se fait au moyen de la voie d'interconnexion susmen- tionnée. Le système comporte trois types d'unités de traitement qui se différencient les unes des autres par la fonction qu'elles remplissent Les unités de commutation de paquets, qui accomplissent la fonction de commutation de paquets et prennent en charge les lignes externes de données ou d'information. Les unités de contrôle et de supervision, qui remplissent des fonctions de contrôle central du système telles que le stockage massif sur disque, la communication avec le centre de contrôle dans le cadre de fonctions d'exploitation et autres. Les unités de commutation et de contrôle qui remplissent les fonctions de commutation de paquets et de contrôle central du système, ce genre d'unités de traitement s'avérant utiles pour prendre en charge un nombre de lignes réduit. Le réseau de connexion comporte, en ce qui le concerne, un nombre variable d'éléments de réseau, tous interconnectés les uns aux autres, directement et par l'intermédiaire des autres, en constituant une grille plate qui, tout en permettant une croissance uniforme, ménage des voies alternatives entre deux éléments quelconques du réseau. Quant au centre de contrôle, il est constitué d'un ordinateur ou plus, en fonction de la capacité requise, ainsi que des périphé- riques nécessaires, tels que consoles ou dispositifs de bascula- ge, qui garantissent la portativité du logiciel développé par ledit centre de contrôle. C'est dans le centre de contrôle que sont accomplies les fonctions d'exploitation et que sont menés à bien le contrôle et le traitement de l'information concernant la gestion et la maintenance du système. Pour ce qui est des terminaux d'exploitation, ils sont constitués par des ordinateurs doués d'une capacité de traitement, avec un écran qui rend possible la représentation graphique en couleur, une souris et des périphériques qui font que l'exploitation du système soit plus performante. Les terminaux d'exploitation peuvent être locaux ou à distance, via le réseau de connexion, du centre de contrôle. Le logiciel du système met en oeuvre les fonctions de ce dernier et comporte: le logiciel de base, le logiciel d'application, le logiciel d'exploitation. Le logiciel de base fournit au logiciel d'application un environnement de machine virtuelle en l'isolant au maximum du matériel, c'est-à- dire en faisant que, du point de vue du logiciel d'application, le système soit un unique processeur sans défaillances, sans limitations en ce qui concerne les mémoires, doué d'une capacité de traitement illimitée, etc, etc. Le logiciel d'application a pour mission spécifique de mettre en oeuvre les fonctions du système, ce qui revient à dire la commutation de paquets, la mise en oeuvre des protocoles de communications, les fonctions d'exploitation, etc, etc. En ce qui concerne le logiciel d'exploitation, il permet de superviser et d'administrer ou gérer le système et le réseau qui lui est associé grâce à l'accomplissement des fonctions suivan- tes: Communication entre applications, indépendamment de leur localisation physique. Mise en oeuvre des mesures concernant le trafic et la qualité du service. Gestion des données du réseau d'exploitation. Etablissement et libération de circuits virtuels. Etablissement et libération de services pour la communication entre applications résidant dans différents équipements du système. Transformation de données en vue d'assurer l'indépendance entre fonctions résidant dans différents équipements du système. Le logiciel du système est organisé à l'aide de techniques d'abstraction des ressources et de regroupement en couches dans le cadre desquelles la capacité opérationnelle des composants de chaque couche est définie par son interface avec la couche supérieure par l'intermédiaire duquel elle a accès aux ressources abstraites que ladite couche inférieure élabore et présente. Il existe deux couches dans le logiciel du système L'une au niveau bas. L'autre au niveau élevé. Le logiciel au bas niveau a pour but l'élaboration des ressources abstraites utilisées par le logiciel au niveau élevé et, pour ce faire, il utilise les ressources physiques qu'offre le matériel. Le matériel offre au logiciel au niveau élevé les ressources suivantes: La communication entre composantes au niveau élevé. L'accès aux processeurs en vue de l'exécution des programmes au niveau élevé. L'accès aux dispositifs périphériques. Le logiciel au niveau élevé est implanté comme un seul type de composant, appelé processus, qui est l'unité élémentaire de mise en oeuvre. La création des processus est dynamique, c'est-à-dire qu'ils sont créés quand on en a besoin et qu'ils sont détruits dès qu'ils ne s'avèrent plus nécessaires. La communication entre processus est assurée par des messages, lesquels permettent l'échange des données indépendamment du processeur o ils sont exécutés. Le logiciel d'exploitation est développé sur la base du concept d'unités fonctionnelles, en entendant par là toutes les entités logicielles qui assurent, dans l'ensemble, toute l'opérativité du système. Chaque entité fonctionnelle a une mission spécifique, laquelle coïncide parfois avec une fonction du système et qui, d'autres fois, en regroupe plus d'une. Cette décomposition fonctionnelle en unités fonctionnelles permet de rendre indépendantes des fonctions présentant entre elles peu de correspondance, et ce tant en vue de leur mise en oeuvre que de leur fonctionnement, tout en présentant des avantages en ce qui concerne la maniabilité, l'uniformité et la mise en oeuvre du logiciel. Chaque unité fonctionnelle est composée d'un module de services de base renfermant un ensemble de facilités et de services qui sont communs à toutes, ainsi que des détails complets de leurs interactions et d'un noyau d'unité fonctionnelle, lequel sera distinct dans chaque cas et se chargera de fournir toutes les fonctions spécifiques. Pour compléter la description que l'on est en train de faire et pour permettre de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention, ont été annexées au présent mémoire descriptif, dont elles font partie intégrante, sept pages de plans sur lesquelles se trouve représenté, à titre indicatif et non limitatif, ce qui suit: la figure 1 montre un diagramme o se trouve illustrée une vue générale des possibilités de connexion du système aux différents types de réseaux existants. La figure 2 montre un diagramme de blocs sur lequel se trouvent représentées les trois parties principales du système. La figure 3 montre de nouveau un diagramme o se trouvent représentées les parties composant le central du réseau. La figure 4 montre un diagramme o se trouve illustrée la composition des unités de traitement. Les figures 5, 6 et 8 montrent différents diagrammes du réseau de connexion. La figure 7 montre de nouveau un diagramme de la composition des unités de traitement. La figure 9 montre un diagramme de blocs du rapport ou relation existant entre le matériel et le logiciel. La figure 10 montre un diagramme des relations ou rapports existant entre différents processus du logiciel au niveau élevé. La figure 11 montre la structure du logiciel d'exploitation. Au vu de ces figures, et plus concrètement sur la figure 9, on peut observer que le système téléinformatique de commutation de paquets que propose l'invention est constitué fondamentalement d'une partie matérielle 15 et d'une autre partie logicielle 16 et 17. Le système téléinformatique de commutation de paquets est un système de génération avancée ou performante, multitraitements- multiprocesseurs, avec une structure matérielle et logicielle totalement répartie ou distribuée, qui présente une tolérance aux défaillances ou écarts de fonctionnement et est doté d'une configuration souple et d'une gestion à distance par l'intermé- diaire du réseau lui-même. Le matériel 15 comporte, comme on peut le voir sur la figure 2, les parties suivantes: Un central de réseau 7, un centre de contrôle 8 et des terminaux d'exploitation 6. Le central de réseau 7 assure la fonction de commutation de paquets en permettant une grande concentration de lignes à petite vitesse et, comme on peut l'observer sur la figure 1, il permet la connexion du système 1 aux types de réseaux suivants Au réseau téléphonique commuté 4, soit directement, soit par modems 5. Au réseau IBERMIC 3 directement ou par des lignes à grande ou très grande vitesse. A d'autres réseaux de commutation de paquets 2, au moyen de lignes spécialisées et de modems 5. De même, le central de réseau permet la connexion directe d'abonnés 6, au moyen de lignes spécialisées et de modems 5, ainsi que la mise en place des éléments requis en vue de la connexion à de futurs types de réseaux au fur et à mesure o ceux-ci feront leur apparition. En ce qui concerne le central de réseau 7 représenté sur la figure 2, on peut distinguer trois parties, conformément à la figure 3, parfaitement différenciées Les unités de traitement 9 et 10. Le réseau de connexion 11. Et la voie d'interconnexion locale 12. La voie d'interconnexion locale 12 consiste en un bus en série comportant trois parties: L'une pour la distribution du signal d'horloge. Une autre pour la transmission de données des éléments de l'unité de traitement 9 et 10 à l'unité de connexion 11. Et une troisième partie pour la transmission de données du réseau de connexion 11 aux éléments des unités de traitement 9 et 10. Les unités de traitement 9 et 10 sont physiquement constituées par un ensemble d'éléments 13 interconnectés les uns aux autres et à un élément de réseau 14 du réseau de connexion 11, au moyen de la voie d'interconnexion locale 12, comme représenté sur les figures 4 et 7. La communication entre les différents éléments 13 d'une unité de traitement 9 ou 10, et entre ces derniers et ceux d'autres unités de traitement 9 ou 10, se fait au moyen de la voie d'intercon- nexion locale 12 mentionnée ci-dessus. Le système comporte les trois types d'unités de traitement 9 ou suivantes qui se différencient les unes des autres par la fonction qu'elles remplissent: Les unités de commutation de paquets 10, qui accomplissent la fonction de commutation de paquets et prennent en charge les lignes externes de données. Les unités de contrôle et de supervision 9 qui accomplissent des fonctions de contrôle central du système telles que le stockage massif sur disque, la communication avec le centre de contrôle 8 pour des fonctions d'exploitation et autres. Les unités de commutation et de contrôle qui remplissent les fonctions de commutation de paquets et de contrôle central du système. Ce type d'unités de traitement est utile pour prendre en charge un nombre de lignes réduit. Le réseau de connexion 11 qui est constitué, comme on peut le voir sur les figures 5, 6 et 8, par un nombre variable d'éléments de réseau 14, tous interconnectés les uns aux autres au moyen de voies d'interconnexion locales 12, soit directement les uns aux autres, soit par l'intermédiaire des autres, en constituant une grille plate qui, tout en assurant une croissance uniforme, ménage des voies alternatives entre les éléments de réseau 14 et l'un quelconque du réseau 11. Quant au centre de contrôle 8, il est constitué d'un ordinateur ou plus, en fonction de la capacité requise, ainsi que des périphériques nécessaires, tels qu'une console ou des dispositifs de basculage, qui garantissent la portativité du logiciel développé par ledit centre de contrôle 8. C'est dans le centre de contrôle 8 que sont accomplies les fonctions d'exploitation, le contrôle et le traitement de l'information concernant la gestion et la maintenance du système 1 y étant menés à bien. En ce qui concerne les terminaux d'exploitation 6, ils sont constitués par des ordinateurs doués d'une capacité de traite- ment, avec un écran qui permet la représentation graphique en couleur, une souris et des périphériques qui font que le système fonctionne plus efficacement. Les terminaux d'exploitation peuvent être locaux ou à distance et reliés, par l'intermédiaire du réseau de connexion 7, au centre de contrôle 8. Le logiciel du système met en oeuvre les fonctions de ce dernier et comporte Le logiciel de base 16. Le logiciel d'application ou de mise en oeuvre. Le logiciel d'exploitation représenté sur la figure 11. Le logiciel de base 16 fournit au logiciel d'application 17 un environnement de machine virtuelle en l'isolant au maximum du matérial 15, c'est-à-dire en faisant que, du point de vue du logiciel d'application ou de mise en oeuvre 17, le système 1 soit un unique processeur sans défaillances, sans limitation en ce qui concerne les mémoires, doué d'une capacité de traitement illimitée, etc, etc. Le logiciel d'application ou de mise en oeuvre 17 a pour mission spécifique de mettre en oeuvre les fonctions du système 1, c'est- à-dire La commutation de paquets. La mise en oeuvre des protocoles de communications. Les fonctions d'exploitation. Etc, etc. Le logiciel d'exploitation, représenté sur la figure 11 de manière graphique et sur un diagramme de blocs, permet de superviser et de gérer le système 1 et le réseau qui lui est associé, grâce à l'accomplissement des fonctions suivantes La communication entre applications, indépendamment de leur localisation physique. La mise en oeuvre de mesures concernant le trafic et la qualité du service. La gestion de données du réseau d'exploitation. L'établissement et la libération ou dégagement de circuits virtuels de transport. L'établissement et la libération de services pour la communica- tion entre applications résidant dans différents équipements du système. La transformation de données pour assurer l'indépendance entre fonctions résidant dans différents équipements du système. Le logiciel du système est organisé au moyen de techniques d'abstraction de ressources et de regroupement en couches dans le cadre desquelles la capacité opérationnelle des composants de chaque couche est définie par son interface avec la couche supérieure, par l'intermédiaire duquel elle a accès aux ressour- ces abstraites que ladite couche inférieure élabore et présente. Il existe deux couches dans le logiciel du système Soit L'une à bas niveau. L'autre au niveau élevé. Le logiciel à bas niveau a pour but l'élaboration des ressources abstraites utilisées par le logiciel au niveau élevé et, pour ce faire, il utilise les ressources physiques qu'offre le matériel 15. Parallèlement, le matériel offre au logiciel au niveau élevé les ressources suivantes: La communication entre composantes au niveau élevé. L'accès aux processeurs en vue de l'exécution des programmes au niveau élevé. L'accès aux dispositifs périphériques. Comme on peut le voir sur la figure 10, le logiciel au niveau élevé est implanté comme un type de composant unique, dénommé processus 18, 19, 20 et 21, qui est l'unité élémentaire d'implan- tation. La création des processus 20 et 21 sur cet exemple de la figure , est dynamique, ce qui revient à dire qu'ils sont créés quand on en a besoin et qu'ils sont détruits dès qu'ils ne s'avèrent plus nécessaires. La communication entre processus est assurée au moyen de messages, lesquels permettent l'échange de données, indépendam- ment du processeur o ils sont exécutés. Quelques-uns de ces messages sont de création de processus 22 et d'autres sont des messages d'interaction entre processus 23. Le logiciel d'exploitation est développé sur la base du concept d'unités fonctionnelles, en entendant par là les entités logicielles qui, dans l'ensemble, assurent toute la fonctionna- lité ou opérativité du système, tel qu'on peut le voir sur la figure 11. Chaque unité fonctionnelle a une mission spécifique, laquelle coïncide parfois avec une fonction du système et, d'autres fois, en regroupe plus d'une. Cette décomposition fonctionnelle en unités fonctionnelles permet de rendre indépendantes des fonctions présentant entre elles peu de correspondance ou accouplement, et ce tant en vue de leur mise en oeuvre que de leur fonctionnement, ce qui présente des avantages en ce qui concerne la maniabilité, l'uniformité et la mise en oeuvre du logiciel. Chaque unité fonctionnelle dispose d'un module de services de base 25 renfermant un ensemble de facilités et de services 26 qui sont communs à toutes celles-ci, ainsi que les détails concrets de leurs interactions et d'un noyau d'unité fonctionnelle 24, lequel sera distinct dans chaque cas et sera chargé de fournir toutes les fonctions spécifiques. Revendications 1. Système téléinformatique de commutation de paquets se caractérisant en ce qu'il comporte une partie matérielle ( 15) et une partie logicielle ( 16,17), la structure du logiciel et du matériel étant totalement distribuée ou répartie. 2. Système téléinformatique de commutation de paquets, selon la première revendication, se caractérisant en ce que le matériel est composé d'un central de réseau ( 7), lequel assure la commutation de paquets et peut être raccordé à différents types de réseaux, en permettant une grande concentration de lignes à petite vitesse, ainsi que d'un centre de contrôle ( 8), qui assure des fonctions d'exploitation, et d'un terminal d'exploitation ( 6) qui permet l'interaction avec le système. 3. Système téléinformatique de commutation de paquets, selon les revendications précédentes, se caractérisant en ce que le logiciel comporte un logiciel de base ( 16), lequel fournit l'entourage de machine virtuelle, un logiciel d'application ( 17) qui met en oeuvre les fonctions du système, et un logiciel d'exploitation qui assure la supervision et la gestion ou administration du système et du réseau qui lui est associé. 4 Système téléinformatique de commutation de paquets, selon les revendications précédentes, se caractérisant en ce que la structure du matériel se trouve totalement distribuée, tant du point de vue du traitement du fait de constituer un système multiprocesseur, que du point de vue de l'alimentation électrique en incorporant un convertisseur continu/continu dans chaque élément unitaire. 5. Système téléinformatique de commutation de paquets, selon les revendications précédentes, se caractérisant en ce qu'il est configuré dans un contexte modulaire d'une grande flexibilité en ce qui concerne le matériel et le logiciel. 6. Système téléinformatique de commutation de paquets, selon les revendications précédentes, se caractérisant en ce qu'il comporte différents types de modems de communication ( 5) pouvant être connectés à différents types de réseaux. 7. Système téléinformatique de commutation de paquets, selon les revendications précédentes, se caractérisant en ce que le central de réseau est équipé d'un mécanisme d'interconnexion ( 14,12) réparti entre les différentes parties constitutives du système, lequel assure, grâce à sa topologie, une souplesse concernant la configuration et une redondance en ce qui concerne le cheminement existant entre les différentes unités. 8. Système téléinformatique de commutation de paquets, selon les revendications précédentes, se caractérisant en ce qu'il présente une tolérance aux défaillances ou écarts de fonctionnement, aucun élément critique n'existant dans le réseau de connexion ni dans celui d'alimentation grâce à une stratégie de défense et de configuration par logiciel, tout en utilisant les facilités du matériel.