СПОСОБ РАБОТЫ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ
METHOD OF OPERATING LOCAL NETWORK

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в качестве рациональной информационной технологии при построении локальной сети (ЛС), содержащей в рабочем состоянии одну переключающуюся ведущую станцию локальной сети (СЛС), множество переключающихся и непереключающихся ведомых СЛС и одну линию передачи информации (ЛПИ) или несколько дублированных ЛПИ с общим доступом и централизованным детерминированным управлением обменом сообщениями между допустимыми абонентами всех СЛС на основе разбиения сообщений на пакеты данных (ПД) и передачи ПД в информационных кадрах под управлением и контролем ведущей СЛС при реализации в ЛС информационного процесса с помощью составления, отправления в сеть и получения из сети и разборки двух типов управляющих кадров, информационных кадров одного типа и трех типов ответных кадров при отправлении в сеть каждого кадра информационного процесса так, что после обнаружения паузы в сеть отправляют или один из двух типов управляющих кадров от ведущей СЛС, или один из трех типов ответных кадров от адресованной ведомой СЛС либо информационный кадр от ведущей или соответствующей ведомой СЛС, при этом в сети обеспечивают автоматическое обнаружение и устранение первого или второго аномального состояния соответственно при появлении в сети более одной ведущей СЛС при переключении из-за сбоя хотя бы одной переключающейся ведомой СЛС в состояние ведущей или при отсутствии в сети ведущей СЛС после переключения ее из-за сбоя в состояние переключающейся ведомой СЛС.
В ЛС с шинной топологией и централизованным детерминированным управлением доступом, например, к двум дублированным ЛПИ по принципу «команда-ответ» каждая СЛС содержит первый и второй дублированные модемы, последовательные выходы и входы которых соединены соответственно с последовательными входами и выходами первой и второй дублированных ЛПИ, оборудование оконечных абонентов (в частности, телефонизированные рабочие места и управляемые объекты, например радиостанции), подсистему, которая в сложном случае представляет собой подсистему обработки информации и управления, содержащую центральный процессор для решения задач управления, цифровой сигнальный процессор для решения задач обработки, комбинированную память (ОЗУ+ДОЗУ+ПЗУ+РПЗУ), интерфейсные устройства для обеспечения информационного взаимодействия подсистемы с оконечными абонентами и одну или несколько магистралей для обмена информацией между составными частям СЛС в процессе обмена абонентов СЛС с соответствующими абонентами ЛС пакетами управляющей и/или речевой информации с помощью дублированных модемов, каждый из которых содержит сетевой адаптер (СА) и приемопередатчик (ПП) и используется в качестве одного из двух известных (см., например, [1], [2]) интерфейсных устройств ЛС с шинной топологией и централизованным детерминированным доступом к ЛПИ по принципу «команда-ответ», а именно в ведущей СЛС используется в качестве интерфейсного контроллера - интерфейсного устройства управления (УУ), а в каждой ведомой СЛС - в качестве интерфейсного оконечного устройства (ОУ).
Как информационная технология изобретение может быть использовано, например, при построении современных распределенных систем автоматического управления (САУ) или систем малой автоматизации (СМА) на основе специализированных ЛС, предназначенных для осуществления обмена управляющей информацией и речевыми сообщениями между абонентами СМА (SAS - Small Automation System). Функционируют САУ или СМА в режиме реального времени без участия и с участием человека-оператора соответственно, и реализуются обычно на основе командно-информационных ЛС (CI-LAN - Command-Information Local Area Network [3, с.26]), являющихся малыми (содержат до 16-20 СЛС) или средними (содержат до 32-128 СЛС) специализированными ЛС с шинной топологией [3, с.15].
По определению ЛС - это коммуникационная система, распределенная в пределах ограниченной территории (здания, лаборатории, подвижного объекта - летательного аппарата, морского судна и т.п.) и поддерживающая множество высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, представляемых поочередно СЛС сети для кратковременного монопольного пользования, см., например, [4, с.72].
Из множества требований, предъявляемых к ЛС для передачи информации (см., например, [4, с.75-79]), для создания при приемлемой стоимости специализированной ЛС в качестве основных требований выбраны следующие:
b
b
- битовая частота (скорость) f передачи цифровой информации должна выбираться с учетом ограничения 1 МГц≤f≤20 МГц в зависимости от количества СЛС и возможности иметь запас по производительности для обеспечения передачи управляющей и речевой информации с помощью ПД ограниченной длины не более 512-2048 бит с целью обеспечения толерантности речи к ошибкам [5, с.35] и удовлетворения жесткого трафика доставки речи в реальном времени при ее задержке менее 200 мс для поддержки нормального телефонного разговора [5, с.25];
- максимальная задержка передачи кадра через ЛС должна быть детерминированной, т.е. поддаваться предварительному расчету;
-8
- частота обнаруживаемых ошибок (ЧОО) должна удовлетворять ограничению ЧОО≤10, означающему, что ошибка может обнаруживаться не чаще одного раза при передаче каждых 100000000 бит;
- надежность ЛС должна быть такой, что она не должна находиться в состоянии неработоспособности больше чем 0,02% от полного времени работы, что примерно составляет 20 мин простоя в год для учрежденческой системы и 2 ч простоя в год для непрерывно функционирующей системы.
Следует отметить, что в устройстве и архитектуре современной СЛС и современного модема много общего [6, с.84, рис.3.1. Вариант структуры современного модема; 7, с.30, рис.2.1. Обобщенная структурная схема современного модема], и в отдельных случаях определенную трудность вызывает вопрос функционального и физического деления СЛС на составные части [2, с.85]. По современным представлениям при монопольном захвате ЛПИ одной СЛС для передачи информации другой СЛС между ними образуется канал связи (отрезок ЛПИ, соединяющий данные СЛС) так, что эти СЛС и канал связи на время передачи образуют типичную систему передачи данных [7, с.10, рис.1.1], причем (СА+ПП) каждой СЛС образуют модем (модемный процессор), являющийся синонимом аппаратуры канала данных (международный термин DCE - Data Communications Equipment), а оставшаяся часть каждой СЛС (т.е. подсистема и оконечные абоненты) представляет собой оконечное оборудование данных (ООД - международный термин DTE - Data Terminal Equipment) - это обобщенное понятие, используемое для описания соответствующих получателей и/или отправителя информации. В простейших случаях ООД может содержать датчик выходных сигналов состояния объекта управления и/или приемник входных сигналов управления объектом управления. В более сложных случаях в качестве ООД может выступать сложная подсистема обработки информации и управления или персональный компьютер с подключенным к нему периферийным оборудованием оконечных абонентов [7, с.9]. Поэтому в зависимости от варианта структуры подсистемы СЛС (от простого датчика и/или приемника информации до сложной подсистемы обработки информации и управления оконечным оборудованием) в процессе информационного взаимодействия СА с подсистемой [2, с.85 рис.2.14. Классификация терминалов МК] должны обеспечиваться один или несколько типов доступов, определенных следующими возможными шестью типами доступа СА к соответствующей части комбинированной памяти подсистемы (буферу FIFO, памяти с двойной буферизацией, оперативному запоминающему устройству (ОЗУ), двухпортовому ОЗУ и т.п.): прямой доступ для чтения и/или записи; прямой доступ только для чтения; прямой доступ только для записи; буферизированный доступ для чтения и/или записи; буферизированный доступ только для чтения; буферизированный доступ только для записи.
b
В ЛС с шинной топологией СЛС и их абоненты имеют индивидуальные и групповые адреса и физически связаны между собой через ЛПИ с общим доступом. Поэтому в такой ЛС весьма существенной является проблема рационального использования всеми СЛС общей первой и/или второй дублированной ЛПИ для обмена между абонентами информацией, которая передается в режиме разделения во времени кадрами с побитовой синхронизацией обмена между отправителем кадра, определенным индивидуальным адресом СЛС и адресом ее абонента отправителя, и получателем кадра, определенным индивидуальным или групповым адресом СЛС и адресом ее абонента получателя, причем кадры разделяются между собой паузами (периодами незанятости ЛПИ), в течение которых по ЛПИ отсутствует передача каких-либо символов. Длительность паузы не менее 4·Т [1, с.16], а среднюю ее длительность Тп оценим величиной
b
b
b
где Т=1/f- период битовой частоты f передачи цифровой информации в кадре последовательным кодированным сигналом.
Типичная структура информационного кадра (ИК) [8, с.85, рис.3.1; 9, с.40, рис.1.22; 10, с.151, рис.2.21; 11, с.57, рис.3.1; 12, с.113, рис.2.21 б, в, г] содержит, как минимум, четыре кодовых поля, передаваемых последовательно в перечисляемом порядке (СК-стартовая комбинация, СИ-служебная информация, ПД-пакет данных и СКС-слово контрольной суммы) непрерывным синхронным потоком битов, и имеет вид
причем поле СИ может содержать поле АО-адреса отправителя, поле АП-адреса получателя и поле УИ-управляющей информации и иметь вид
поле СК может сводиться к одному единственному стартовому биту-флагу начала кадра [11, с.57] или содержать преамбулу для обеспечения настройки битовой синхронизации декодера СЛС и флаг начала кадра [10, с.153, фиг.2.22; 12, с.113, фиг.2.21]; поле УИ в общем случае указывает на номер кадра, его тип (простой кадр для одного получателя или групповой кадр для группы получателей), номер кадра, размер, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать получателю и т.д.; поле СКС - код СКС вычисляют по соответствующему алгоритму циклического избыточного контроля (CRC - Cyclic Redundancy Check) для всех предыдущих полей кадра за исключением поля СК.
При исключении из (2) поля ПД кадр становится для получателя управляющим кадром (УК), например, для инициации получателя на передачу ИК с соответствующими параметрами или для передачи «маркера (эстафеты, жезла)» управления доступом от активной СЛС другой СЛС, которая после получения «маркера» становится активной (т.е. имеет право доступа к ЛПИ для передачи УК, ИК и т.д.), или ответным кадром (ОК), например, для подтверждения приема УК или ИК. В общем случае УК или ОК имеет вид
причем в отдельных случаях в качестве поля СКС в (4) может использоваться бит р - контроля четности кода СИ, т.е. р=1 (или 0) при четном (или нечетном) числе единиц в коде СИ [2, с.95, рис.2.17].
п
Полезная работа (эффективность) ЛС заключается в осуществлении обмена между абонентами ЛС сообщениями, которые в процессе передачи разбиваются на части (пакеты) и передаются как ПД с помощью последовательностей ИК. Поэтому временные затраты на паузы Т (1), СК, СИ и СКС в ИК (2) и {СК, СИ, СКС} в (4), сопровождающие передачу каждого ПД, представляют накладные расходы. Обычно размер ПД программируется в соответствующем поле УИ. В этой связи в процессе реализации передачи ИК (2) качество способа работы специализированной ЛС логично оценивать затрачиваемым на передачу одного ПД результирующим накладным количеством битовых интервалов (НКБИ)
определяемых накладными расходами, компоненты которых являются аргументами функции (5) шести переменных. Из (5) следует, что качество способа работы ЛС тем выше, чем меньше НКБИ (5).
В настоящее время с учетом [2, с.75-76; 4, с.15-17; 9, с.42-54; 11, с.65-72; 12, с.168-172], можно выделить четыре следующих основных метода доступа СЛС к общей ЛПИ:
метод коллективного случайного доступа (соперничества);
метод детерминированного децентрализованного доступа с передачей «маркера (эстафеты или жезла)» по логическому кольцу;
метод централизованного детерминированного управления доступом по принципу «команда-ответ»;
метод комбинированного доступа, являющегося комбинацией соответствующих предыдущих трех методов.
В ЛС со случайным доступом все СЛС равноправны и при незанятости ЛПИ каждая СЛС может выходить на передачу через временную задержку, отсчитываемую по некоторому алгоритму от начала обнаружения паузы. В описываемом случае приемлемое качество связи обеспечивается только при нагрузках не выше 30-40% (т.е. ЛПИ рационально используется не более 30-40% времени). При большей нагрузке становятся слишком частые столкновения доступов к ЛПИ различных СЛС и наступает так называемый коллапс (крах ЛС), представляющий собой резкое снижение производительности. Поэтому в настоящее время при построении САУ или СМА, выполняющих задачи управления распределенными объектами управления в реальном времени, где требуется быстрая реакция на внешние события, ЛС со случайным доступом используются редко из-за отсутствия гарантии времени доставки ИК получателю, а также трудности реализации приоритетного доступа [3, с.16; 11, с.67].
В ЛС с шинной топологией и детерминированным децентрализованным маркерным (эстафетным) доступом передавать ИК имеет право только одна активная СЛС, являющаяся в данный момент времени держателем «маркера».
При неготовности или после передачи ИК активная СЛС немедленно генерирует УК и передает «маркер» по соответствующему маршруту другой СЛС. Недостатком этого метода является сложность разработки эффективного алгоритма маршрута «маркера», накладные расходы на передачу УК для передачи «маркера» и возможность потери «маркера» по причине аппаратного сбоя, когда УК оказался поврежденным при передаче и стал нераспознаваем. Для восстановления работоспособности при потере маркера ЛС должна содержать специальное устройство, ответственное за наличие в ЛПИ «маркера» и следящее за маршрутом передачи кадров в логическом кольце. В системах реального времени маркерный метод перед методом случайного доступа имеет очевидное преимущество, поскольку здесь каждой СЛС гарантирована величина времени доступа, определенная детерминированным алгоритмом маршрута передачи «маркера».
В ЛС с шинной топологией и централизованным детерминированным управлением доступом к ЛПИ по принципу «команда-ответ» содержится одна ведущая СЛС, а остальные СЛС являются ведомыми. В данном случае ведущая СЛС с помощью УК по некоторому определенному маршруту опрашивает последовательно ведомые СЛС и при помощи ОК выясняет готовность опрашиваемых СЛС как к получению, так и отправлению ИК. Затем ведущая СЛС по соответствующему УК разрешает одной СЛС оправление ИК, а другой получение ИК. Далее под управлением ведущей СЛС опрос ведомых СЛС и отправление ИК от любой СЛС к другой будет непрерывно продолжаться по детерминированному алгоритму маршрута опросов и передач с учетом приоритетов. Достоинством ЛС с централизованным управлением доступом по принципу «команда-ответ» является максимальное упрощение ведомых СЛС, в качестве подсистем которых используются простейшие устройства, например датчики, исполнительные механизмы, которые не способны осуществлять в ЛС инициализацию обмена [2, с.76]. Недостатком данной ЛС является усложнение программного обеспечения ведущей СЛС, а также проблема обеспечения надежности, поскольку выход из строя ведущей СЛС приводит к отказу ЛС.
Далее следует сказать, что примерно с 80-х годов 20 века архитектура (совокупность взаимодействующих аппаратных и программных средств системного и прикладного программного обеспечения) любой (локальной или глобальной) информационной сети строится и развивается с учетом модели взаимодействия открытых систем (модели OSI - Open System Interconnection), имеющей семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический [10, с.66-74]. Полное описание модели OSI занимает более 1000 страниц текста, но анализ многочисленных фрагментов ее описания [5; 8-15] позволяет сделать вывод, что модель OSI работает как два конвейера получения, переработки и отправления информации на каждом уровне так, что технологический процесс получения, переработки и отправления информации в первом конвейере направлен от верхних уровней к нижним, а во втором конвейере, наоборот, от нижних уровней к верхним.
Модель ISO допускает в ЛС между отправителем и получателем ИК информационное взаимодействие по методу дейтаграмм или по методу с логическим соединением [11, с.88-90].
По методу дейтаграмм при готовности отправитель передает ИК без выяснения готовности получателя. Недостатки метода - это возможность потери ИК, а также бесполезная работа отправителя в случае неготовности или отсутствия получателя.
По методу логического соединения ИК передается только после того, как с помощью УК и ОК будет установлено логическое соединение (канал связи) между отправителем и получателем. По этому методу передача каждого ИК сопровождается передачей нескольких УК и ОК с возможным повторением отправителем передачи ИК при неподтверждении приема ИК получателем.
Кроме того, для применения модели ISO к задачам ЛС комитет IEEE в проекте IEEE802 выполнил дальнейшую декомпозицию канального и физического уровней [8, с., 16, рис.1.1а), б), в); 12, с.167, рис.3.3] так, что канальный уровень содержит подуровень управления логическим звеном (УЛЗ) для выполнения функций передачи кадров между СЛС, установления логического соединения и контроля ошибок и подуровень управления доступом к передающей среде (УДС) для выполнения функций адресации СЛС и алгоритмов доступа к ЛПИ, а физический уровень содержит следующие три подуровня:
- передачи (отправления и/или получения) физических сигналов (ПФС) для выполнения функции двунаправленного последовательного побитового интерфейса, т.е. кодирования отправляемого последовательного кода кадра и декодирование принимаемого последовательного кода кадра;
- интерфейса с модулем сопряжения (ИМС), представляющего собой кабель с соединителями, позволяющий размещать СЛС на некотором расстоянии от ЛПИ, причем кабель может заканчиваться соединителями с ПФС и МДС [8, с.16, рис.1.1 б)] или же жестко соединяться с ПФС и МДС и иметь один соединитель в разрыве кабеля [8, с.16, рис.1.1 в)];
- модуль доступа к среде (МДС) для выполнения функции согласования с характеристиками ЛПИ параметров сигналов, поступающих на МДС от ПФС через ИМС, т.е. соответствующие МДС обеспечивают использование определенного ПФС с различными типами ЛПИ.
В современной СЛС подуровни УЛЗ, УДС и ПФС реализуются с помощью СА [11, с.78-80; 12, с.236-238] по набору правил и процедур, регулирующих порядок обмена информацией СА с ЛПИ и памятью СЛС с учетом всех типов кадров (2) и (4). Поэтому способ работы ЛС фактически определяет механизм обмена информацией между всеми абонентами сети, в каждой СЛС которой СА является основной инвариантной частью, без которой сеть невозможна [11, с.78-80].
Анализ научно-технической и патентной информации [9, с.30-36; 10, с.132-144; 11, с.47-54; 12, 54-70; 15, с.28-34; 16, с.110-120; [17, с.190-196] показывает, что приемлемая реализация в СА подуровня ПФС (кодирования отправляемых и декодирования принимаемых кадров) представляет собой практически самостоятельную актуальную техническую задачу.
Для дальнейшего при Х, принадлежащем множеству {И, У, О}, введем следующие обозначения:
OZ и IZ - формируемые в процессе функционирования СЛС аналоговые сигналы (электрические или оптические) на выходе и входе ПП, подключенных соответственно к входу и выходу ЛПИ;
ОХК - содержащийся в памяти СЛС код кадра (2) или (4), готовый к отправлению в сеть через преобразователь-кодер СА и передатчик ПП;
IXK - загружаемый в память СЛС код получаемого кадра (2) или (4), формируемого на выходе декодера-преобразователя СА в виде параллельно-последовательного кода в процессе выполнения декодером-преобразователем операции многоступенчатого декодирования входного сигнала IZ, поступающего на декодер-преобразователь через ПП.
b
b
b
В процессе отправления кадра кодирование (преобразование ОХК в OZ) осуществляется по конвейеру с помощью трех ступеней. На первой ступени ОХК преобразуется в параллельно-последовательный код. На второй ступени параллельно-последовательный код ОХК преобразуется в простейший код NRZ (Non Return Zero) без возврата к нулю, представляющий собой обычный последовательный код кадра при передаче с битовой частотой f=1/Т, где Т - период битовой синхронизации кода NRZ. На третьей ступени код NRZ подвергается аналоговому кодированию или линейному цифровому кодированию (или модуляции).
При построении ЛС аналоговое кодирование кода NRZ используется пока редко из-за высокой сложности кодирующего и декодирующего оборудования [11, с.54], а чаще всего используется линейное цифровое кодирование, в результате которого на выходе преобразователя-кодера формируется одноразрядный OZO (или двухразрядный OZ(0:1)) последовательный кодированный сигнал для получения на выходе ПП двухуровневого (или трехуровневого) электрического или оптического сигнала OZ для подключения к ЛПИ электрической (витой паре или коаксиальному кабелю) или волоконно-оптической (волоконно-оптическому кабелю) соответственно.
В процессе приема аналогового сигнала IZ при линейном цифровом кодировании ПП формирует выходной одноразрядный OZ0 (или двухразрядный OZ(0:1)) последовательный цифровой кодированный сигнал, преобразуемый декодером-преобразователем СА в параллельно-последовательный код принимаемого кадра IXK, который может быть загружен в память СЛС.
Как известно [17, с.190], для обеспечения СЛС-получателем надежного декодирования сигнала СЛС-отправителю следует отправлять кадр последовательным часто изменяющимся кодированным одноразрядным OZ0 (или двухразрядным OZ[0:1]) сигналом, изменяющимся в идеальном случае в каждом битовом интервале.
В настоящее время из множества известных линейных кодов (см. классификацию в [16, с.111, рис.8.10]) из двухуровневых кодов чаще всего в ЛС используются коды класса 1В2В и блочные коды класса mBnB (где m и n - целые числа, удовлетворяющие условию n>m≥2), в частности, 4В5В применяется в FDDI и 100 BaseFX/TX, 5В6В - в 100VG-AnyLAN; 8В10В - в 1000 BaseSX/LX/CX [15, с.28].
Для сравнения классов кодов можно ввести показатель качества кодирования (ПКК), определяемый соотношением
где
k
f - частота (скорость) передачи кодированных битов кадра (2) или (4);
b
f - битовая частота передачи исходных битов кадра (2) или (4) кода NRZ.
На основании (6) с учетом требования к ширине полосы пропускания ЛПИ можно сказать, что чем меньше ПКК, тем лучше код.
k
b
b
b
k
b
Коды класса 1В2В имеют ПКК=2 и получили широкое распространение благодаря высокой помехозащищенности и простоте преобразования (кодирования или декодирования) за счет того, что частота передачи информации каждого из них f=2·f в два раза выше чем f, поскольку формируется код класса 1В2В в процессе преобразования кода NRZ так, что в каждом битовом интервале (периоде) Т каждый бит «0» или «1» кода NRZ кодируется по соответствующему правилу с преобразованием в два бита кода 1В2В, каждый из которых передается в течение периода кодирования T=T/2. Однако за полезные качества кода этого класса (высокую помехозащищенность и простоту преобразования, например, по сравнению с кодом 4В5В) приходится платить расширением полосы пропускания ЛПИ, т.е. достоинство кода 1В2В является одновременно и его недостатком. Поэтому соответствующий код класса 1В2В рекомендуют использовать там, где частотные ограничения не являются определяющими [17, с.193].
Одним из популярных кодов класса 1В2В является код Манчестер-2 используемый, например, в технологии [1] - аналоге MIL-STD-1533. Операцию преобразования (кодирования или декодирования) при использовании этого кода можно описать правилом преобразования кода Манчестер-2 (ППКМ-2) в виде выражения
где направление стрелки направо указывает на оператор 1В/2В кодирования-преобразования одного бита слева в два бита справа, а налево - на оператор 2В/1В декодирования-преобразования двух бит справа в один бит слева.
b
Кроме того, в технологии [1] в течение 3·Т одноразрядный флаг СК1 стартовой комбинации любого кадра или одноразрядный флаг СК2 начала j-го 16-разрядного слова данных при j=1, …, 32 в поле ПД кадра (2) при отправлении (кодировании) и получении (декодировании) описываются правилом преобразования искаженного манчестерского кода (ППИМК) в виде
где направление стрелки направо указывает на кодирование при передаче одноразрядного флага СК1 (или СК2) в код 111000 (или 000111), а налево - на декодирование при приеме кода 111000 (или 000111) в одноразрядный флаг СК1 (или СК2).
В современных условиях для создания ЛС при определяющих частотных ограничениях можно использовать преобразование 4В5В с двойной избыточностью при ПКК=1,25 или преобразование с помощью бита-стаффинга.
Преобразования 4В5В осуществляют по известному правилу [15, с.29, табл.1.1], содержащему кодирование 4В/5В - преобразование каждых четырех бит 4В в пять бит 5В и декодирование 5В/4В - преобразование каждых служебных или разрешенных пяти бит 5В соответственно в один бит и четыре бита 4В.
Одного кодирования 4В/5В кадра ОХК с преобразованием в последовательный код NRZ(4B/5B(OXK)) оказалось недостаточным для получения приемлемо самосинхронизирующегося цифрового сигнала IZ0. Поэтому окончательно цифровой сигнал OZ0 передаваемого кадра ОХК формируют с помощью оператора NRZI (Non Return to Zero with ones Inverted) потенциального кодирования с инверсией при единице согласно выражению
С использованием бита-стаффинга в процессе кодирования кадра ОХК в последовательный код NRZ сначала вставляют дополнительные единичные биты, каждый из которых вставляют после обнаружения в последовательном коде NRZ(OXK) следующих подряд, например, каждых четырех нулевых бит, а из получаемого последовательного кода F(NRZ(OXK)) цифровой сигнал OZ0 формируют с помощью оператора NRZI согласно выражению
где F - оператор вставления бита-стаффинга в последовательный код NRZ(OXK).
В процессе формирования последовательного цифрового сигнала OZO согласно (9.1) или (9.2) оператор NRZI работает так, что значение бита OZ0(t+1) в каждый последующий период дискретного времени (t+1) определяют значениями битов OZ0(t) и Z(t)=NRZ(4B/5B(OXK) или Z(t)=F(NRZ(OXK)) в текущий дискретный период времени «t» с начальным условием OZ0(0)=0 по логической формуле
где $ - оператор операции Исключающее ИЛИ на языке ABEL.
При декодировании цифрового сигнала IZ0 процесс разборки принимаемого кадра IXK (запись в память СЛС фрагментов параллельно-последовательного кода кадра IXK) при преобразовании с помощью 4В5В имеет вид
а при преобразовании с помощью бита-стаффинга имеет вид
где
!NRZ - оператор преобразования в (11.1) последовательного кода NRZ [5B/4B(!NRZI (IZ0)) или в (11.2) последовательного кода NRZ[!F(!NRZI (IZ0)) принимаемого кадра в параллельно-последовательный код с записью IXK в память СЛС;
5B/4B - оператор преобразования 5-разрядных последовательностей последовательного кода (!NRZI (IZ0) в четырехразрядные последовательности;
!F - оператор удаления бита-стаффинга, заключающийся в удалении из последовательного кода !NRZI (IZ0) каждого единичного бита, обнаруживаемого после следующих подряд каждых четырех нулевых бит;
!NRZI - обратный оператору NRZI оператор, формирующий сигнал Z0(t)=!NRZI (IZ0(t)) последовательного кода согласно формуле
где
t≥1 - период дискретного времени;
IZ0(t-1) - задержанный на один такт входной сигнал IZ0(t).
Алгоритм кодирования {(9.1), (10)} кадра ОХК позволяет формировать цифровой последовательный приемлемо самосинхронизирующийся сигнал (9.1), в котором никогда не встречается подряд больше трех «0» или «1» [14, с.117]. Основным недостатком алгоритма {(9.1), (10), (11.1), (12)} с использованием преобразования 4В5В является сложность технической реализации кодера и декодера [14, с.114].
Алгоритм {(9.2), (10), (11.2), (12)} с использованием бита-стаффинга относительно прост в технической реализации, однако по качеству самосинхронизации по сравнению с {(9.2), (10), (11), (12)} он менее приемлем, поскольку при формировании самосинхронизирующегося сигнала (9.2) в нем могут встречаться подряд по пять «0» или «1».
Пока известно [9, с 260-263; 17, с.194-196] всего два трехуровневых кода, каждый из которых при ПКК=1,0 обладает свойством идеальной самосинхронизации, поскольку обеспечивает кодирование сигнала с гарантированным изменением уровней между соседними битовыми интервалами. На наш взгляд, при возможности передачи через ЛПИ трехуровневого сигнала OZ можно использовать для построения ЛС, например, предложенный в [9, с.260-263] высокоскоростной трехуровневый код (ВТК), который гарантирует на выходе ПП изменение уровня передаваемого сигнала OZ так, что передача логического «0» осуществляется минимальным уровнем сигнала OZ или следующим после него средним уровнем, а передача логической «1» максимальным уровнем сигнала OZ или следующим после него средним уровнем. В описываемом случае на выходе преобразователя-кодера СА и входе ПП при отправлении (или выходе ПП и входе декодера-преобразователя СА при получении) в каждом битовом периоде формируют кодовый сигнал Z(0:1), прямой код Z(0:1)=Z0Z1 которого означает следующее:
отправление (или получение) бита «0» ВТК,
отправление (или получение) бита «1» ВТК,
пауза или отправление (или получение) второго бита «0» или «1» ВТК после отправления (или получения) соответственно (13) или (14). Непосредственно из (13)-(15) следует, что разрядные цифры Z0 и Z1 кода Z(0:1) являются признаками соответственно минимального и максимального уровней трехуровневого сигнала OZ (или IZ).
Особенность алгоритма ВТК {(13), (14), (15)} состоит в том, что при передаче цепочки битов вида 111… (или 000…) все выходные импульсы сигнала OZ будут иметь одинаковую полярность, и в сигнале относительно среднего уровня появится постоянная составляющая. Это может оказаться недопустимым при построении специализированной ЛС. Чтобы избежать этого, можно применить скремблирование NRZ на входе преобразователя-кодера ВТК и соответственно дескремблирование NRZ на выходе декодера-преобразователя ВТК [17, с.196].
Известно [13, с.3-10], что информация является товаром со всеми присущими ему свойствами. В ходе технологических процессов получения, переработки и отправления информации, происходящих, например, в ЛС, информация (данные) выступает в роли предмета труда, над которым трудятся взаимодействующие аппаратно-программные средства ЛС, являющиеся средствами труда. Далее в [13] на с.10 раскрыто общее понятие - информационная технология - это, во-первых, совокупность процессов получения, переработки и отправления информации и, во-вторых, описание этих процессов.
С учетом приведенных выше общеметодологических и частных положений можно сказать, что способ работы ЛС - это реализуемый во всех ее СЛС технологический информационный процесс (информационная технология), определяемый совокупностью процессов сбора, распределения, передачи и коммутации информационных потоков и описание этих процессов на основе детальной логической сборки при отправлении и разборке при получении конкретных типов кадров вида (2), (4) с учетом шести возможных вариантов доступа к памяти подсистемы СЛС с  обеспечением обмена сообщениями с помощью ПД между всеми допустимыми абонентами ЛС по методу дейтаграмм и/или по методу с логическим соединением.
В завершенном виде способ работы ЛС может стать стандартом типа [1], являющимся по сути руководством построения САУ или СМА в целом [2, с.64], существенно определяющим архитектурные решения и программное обеспечение составных частей распределенной САУ или СМА.
В настоящее время известно [3, с.18] уже несколько тысяч информационных технологий общего применения (Ethernet, Token Ring, Fibrenet, Fieldbus, Profibus, Lonworks, FDDI, 100 VG-Any LAN и т.д.) и специализированных технологий (MIL-1533, MIL-1773, RS422, RS485, CAN и т.д.) для построения на основе ЛС распределенных САУ и СМА и более 250 системных магистралей, наиболее известны из которых EUOBUS, VME, FASTBUS, MULTINUS-I/II, Р-96, САМАС, PCI [3, с.24].
В общем случае современные распределенные СМА являются автоматизированными комплексами, между абонентами которых требуется передавать с помощью ПД сообщения как для автоматического и автоматизированного управления, так и для обмена речевой информацией между соответствующими абонентами. В этой связи для построения современной качественной СМА актуальной является техническая проблема построения архитектуры перспективной специализированной ЛС, обладающей запасом по производительности для осуществления в реальном времени многоканальной передачи управляющей информации и речевых сообщений при высокой надежности, низкой стоимости, простоте установки, наладки и обслуживания.
Качество такой перспективной специализированной ЛС оценим следующим вектором основных технических характеристик (ВОТХ)
где
b
f - битовая частота передачи информации;
КСЛС - количество СЛС в ЛС;
КА - количество абонентов в каждой СЛС;
ПДПД - программируемая длина пакета данных в битах, кратная 32;
РШД - разрядность шины данных;
ЧОО - частота обнаруживаемых ошибок;
КТК- количество типов кадров, определяемое способом работы ЛС;
НКБИ - определяется способом работы ЛС и оценивается согласно (5).
Особо отметим, что в [2] наиболее полно описаны принципы построения распределенных САУ на основе последовательных мультиплексных каналов (т.е. специализированных ЛС) на базе терминала-модема, содержащего СА и ПП и выполняющего функции контроллера (т.е УУ) или ОУ.
Известно также [2, с.94], что развитие архитектуры специализированных ЛС идет параллельно по следующим основным двум направлениям:
- повышение производительности и надежности элементной базы;
- совершенствование способа работы ЛС за счет выбора структуры и форматов кадров типов (2) и (4) с целью достижения более высокого качества ЛС в новых условиях.
Все изложенное выше позволяет сказать, что с учетом ВОТХ (16) совершенствование способа работы специализированной ЛС с эффективным алгоритмом доступа к ЛПИ за счет выбора структуры и размеров кадров типов (2) и (4), оцениваемых КТК и НКБИ (5) и позволяющих одновременно создать СА, рационально приспособленный к созданию СЛС с варьируемой архитектурой и обеспечением всех шести возможных типов доступа СА к памяти подсистемы СЛС в процессе обмена ее абонентов с соответствующими абонентами ЛС пакетами данных по методу дейтаграмм или методу с логическим соединением, является, на наш взгляд, актуальной технической задачей, поскольку для создания качественной СМА применение общих технологий (например, Ethernet [15, с.241-283]) не целесообразно из-за большой избыточности для решения задач СМА на основе одной универсальной ЛС, а известные специализированные технологии [1] имеют высокие накладные расходы и технические характеристики, не позволяющие построить качественную современную СМА на основе одной специализированной ЛС.
Известна специализированная командно-информационная ЛС [3, с,20, рис.1.2], содержащая ведущую СЛС на основе персонального компьютера, множество ведомых СЛС и электрическую ЛПИ с шинной топологией. В процессе функционирования ведущая СЛС управляет ведомыми СЛС по принципу «команда-ответ» с помощью определяющих способ работы ЛС информационно-управляющих кадров (ИУК - [4, с.51, табл.2.2]), формируемых ведущей СЛС, и информационно-ответных кадров (ИОК - [4, с.52, табл.2.3]), формируемых ведомыми СЛС в режиме разделения времени по командам ведущей СЛС. Форматы ИУК и ИОК одинаковы и каждый из них содержит шесть байтов с нулевого «0В» по пятый «5В» и имеет вид
где
0В=10101010-преамбула;
1В - адрес СЛС, которой адресован кадр (17);
2В - признак ИУК и код команды (или признак ИОК и статус ведомой СЛС);
3В и 4В - младший и старший байты данных соответственно;
5В - контрольная сумма.
Основным недостатком способа работы ЛС согласно (17) являются весьма значительные накладные расходы (не менее 67%), поскольку передача каждых двух байтов данных 3В и 4В сопровождается четырьмя служебными байтами 0В-2В, 5В.
b
b
b
Известна технология [1] с использованием алгоритма преобразования {(7), (8)}, определяющая способ работы специализированной ЛС как логический механизм сборки и разборки управляющих, ответных и информационных кадров на основе слов трех типов (командного (КС(1:20)), данных (СД(1:20)) и ответного (ОС(1:20))), каждое из которых в рамках дискретного времени 20 битовых периодов Т=2·Tk от «1 - первого Т» до «20-20-го Т» является 20-разрядным, передается старшим (первым) разрядом вперед в течение
С разделением на части эти слова имеют вид
где
k
СК1 и СК2 - стартовые комбинации (синхросигналы) соответственно КС(1:20) (или ОС(1:20)) и СД(1:20), которые в дискретном времени шести периодов T согласно (8) определяются выражениями СК1↔111000 и СК2↔000111 соответственно;
АОУ(4:0)=КС(4:8) или АОУ(4:0)=ОС(4:8) - 5-разрядный код адреса, являющийся для каждой ведомой СЛС индивидуальным, принадлежащим одному из кодов от «00000» до «11110», а при АОУ(4:0)=КС(4:8)=11111 слово (19) является командой группового режима для передачи ее от ведущей СЛС группе ведомых СЛС, которым присвоен общий адрес «11111» в дополнение к их собственным адресам. В этом случае факт выполнения ведомой СЛС команды группового режима может быть установлен ведущей СЛС путем анализа ОС(1:20), полученного в ответ на любую из последующих команд «Передать ОС», «Передать последнюю команду»;
К=КС9 - признак передача/прием, указывающий ведущей СЛС, что она должна при К=1 передавать данные, а при К=0 принимать;
АА(4:0)/РУ=КС(10:14) - код дешифрируется так, что при «00001≤КС(10:14)≤11110 определяет сигнал режима управления (РУ) при РУ=0 и является кодом АА(4:0)=КС(10:14) адреса абонента (или подадреса), а в остальных двух случаях при КС(10:14)=00000 или 11111 определяет только сигнал РУ=1. Допускается использовать разряд КС 10 как признак КС (20) при КС 10=1. В этом случае код адреса абонента (АА) имеет вид АА(3:0)=КС(11:14) и дешифрируется при «0001≤КС(11:14)≤1110;
ЧСД(4:0)/КК(4:0)=КС(15:19) является при РУ=1 кодом команды КК(4:0)=КС(15:19), а при РУ=0 кодом числа слов данных ЧСД(4:0)=КС(15:19), которые должны быть переданы (или приняты) ОУ в связи с получением КС(1:20) при К=1 (или К=0), причем число передаваемых (или принимаемых) СД(1:20) слов данных должно соответствовать десятичным эквивалентам кода ЧСД(4:0) за исключением кода «00000», который должен соответствовать числу 32;
р - разряд контроля по четности каждого из слов (18)-(20), который должен принимать такое значение, чтобы сумма всех 17 информационных разрядов слова была нечетной;
d(15:0)=СД(4:19) - код данных;
ПП(10:0)=ОС(9:19) - поле признаков, означающих следующее:
ПП10=ОС9=А - обязательный к применению признак «Ошибка в сообщении». При приеме ведомой СЛС достоверного сообщения (кадра) этот признак сбрасывается и ведомая адресованная СЛС после паузы при АОУ(4:0)=КС(4:8)≠11111 передает ОС. При приеме ведомой СЛС недостоверного кадра этот признак устанавливается, а ОС не передается, если принято достоверное КС, но обнаружено нарушение непрерывности слов, передаваемых в кадре без пауз, или обнаружено несоответствие числа СД в блоке данных их количеству, указанному в поле ЧСД(4:0)=КС(15:19), или обнаружено хотя бы одно СД, не соответствующее критериям достоверности: не соответствует форме (20), не удовлетворяет алгоритму кодирования {(7), (8)}, сумма значений всех 17 информационных разрядов четная. Кроме того, разрешается в ведомой СЛС возможность проверки КС на допустимость. Любое достоверное КС, не предусмотренное к исполнению в данной СЛС, считается недопустимым. Если в ведомой СЛС реализована возможность проверки КС на допустимость, то при получении недопустимого КС на прием данных, сопровождаемого указанным в нем количеством достоверных СД, она должна передать ОС с ОС9=1, а при получении недопустимого КС на передачу данных должно передать ОС с ОС9=1 и не передавать слова данных;
ПП9=ОС10=В=0 - признак «Передача ОС», являющийся аппаратным битом, предназначенным для идентификации ответных и командных слов;
ПП8=ОС11=С - необязательный к применению признак «Запрос на обслуживание». При неиспользовании ОС11=0, а при использовании ОС11=1 указывает ведущей СЛС предпринять определенные действия относительно абонента, нуждающегося в обслуживании, с целью удовлетворения данного требования. Если имеется несколько абонентов, способных повлиять на установку признака ОС11, то для определения ведущей СЛС того из них, по инициативе которого этот признак установлен, должно использоваться в ведомой СЛС отдельное служебное слово данных d(15:0), называемое «Векторным словом»;
ПП(7:5)=ОС(12:14)=000 - резервное поле;
ПП4=ОС15=D - необязательный к применению признак «Принята групповая команда». При неиспользовании ОС15=0, а при использовании этот признак должен указывать на прием ведомой СЛС достоверной групповой команды так, что эта СЛС при принятии достоверной или недостоверной групповой команды этот признак устанавливает или сбрасывает соответственно;
ПП3=ОС16=Е - необязательный к применению признак «Абонент занят». При неиспользовании ОС16=0 указывает на постоянную возможность обмена данными с памятью соответствующих абонентов СЛС (т.е. на возможность доступа к памяти соответствующих абонентов СЛС при чтении или записи). Использование признака указывает при ОС16=1 на запрет обмена данными с памятью любых абонентов СЛС. При ОС16=1 и получении ведомой от ведущей СЛС команды передачи данных ведомая СЛС должна передать только ОС с ОС16=1 и не передавать СД;
ПП2=ОС17=F - необязательный к применению признак «Неисправность абонента». При неиспользовании ОС17=0, а при использовании признак ОС17 указывает на техническое состояние абонента (исправного при ОС17=0 и неисправного при ОС17=1), связанного с данной ведомой СЛС. Если имеется несколько абонентов, способных повлиять на установку признака ОС17, то для определения неисправного абонента ведомая СЛС должна использовать служебное слово данных d(15:0), называемое «Встроенным словом контроля ОУ»;
ПП1=ОС18=G - необязательный к применению признак «Принято управление интерфейсом». При неиспользовании ОС18=0, а при использовании, после получения ведомой СЛС команды «Принять управление интерфейсом», данная СЛС должна передать ОС с решением так, что при установленном признаке она становится ведущей СЛС, а при сброшенном признаке управление ЛС должна продолжать ведущая СЛС, передавшая эту команду как КС (19) при КС(15:19)=КК(4:0)=00000;
ППО=ОС19=Н - не обязательный к применению признак «Неисправность ОУ». При неиспользовании ОС19=0, а при использовании этот признак должен указывать на техническое состояние ОУ так, что если было зафиксировано неправильное функционирование ОУ, то признак должен быть установлен, а если нет, то сброшен.
В технологии [1] используется КС (19) при РУ=1 (т.е. при КС(10:14)=00000 или 11111) для передачи ведомой СЛС первого (УК1) и второго (УК2) управляющих кадров в виде
которые в свою очередь используются как для передачи ведомой СЛС в кадре (23) служебного СД, так и для получения от нее ответных кадров ОК1 и ОК2 соответственно без СД и со служебным СД, которые имеют вид
Кадры (22) при К=КС9=1 и КК(4:0)=КС(15:19), находящихся в пределах от «00000» до «01111», применяются без СД и означают команды управления, которые называются и выполняются следующим образом:
«00000» - «Принять управление интерфейсом». Предназначена для передачи управления ЛС от ведущей СЛС ведомой СЛС, которая после передачи ОС с ОС18=1 становится ведущей, в противном случае функцию управления в ЛС продолжает выполнять СЛС, передавшая эту команду;
«00001» - «Синхронизация». Предназначена для синхронизации работы ведомой СЛС. Приняв команду, ведомая СЛС должна передать ОК1 и приступить к выполнению команды;
«00010» - «Передать ОС». Предназначена для получения ведущей СЛС от ведомой станции ОК1, соответствующего последней достоверной команде, принятой перед данной командой. Эта команда не должна влиять на ПП(10:0)=ОС(9:19) и на значения разрядов слова с признаками встроенной системы контроля (ВСК) данной СЛС;
«00011» - «Начать самоконтроль». Предназначена для инициирования самоконтроля ведомой СЛС. Приняв команду, ведомая СЛС должна передать ОК1 и начать самоконтроль;
«00100» - «Блокировать передатчик». Предназначена для блокировки передатчика с дублированной ЛПИ. Приняв команду из одной ЛПИ, ведомая СЛС должна передать ОК1 по этой же ЛПИ и блокировать передатчик, подключенный к другой ЛПИ;
«00101» - «Разблокировать передатчик». Предназначена для разблокировки передатчика с дублированной ЛПИ. Приняв команду из одной ЛПИ, ведомая СЛС должна передать ОК1 по этой же ЛПИ и разблокировать передатчик, подключенный к другой ЛПИ. Отмена блокировки должна выполняться также по команде «Установить в исходное состояние»;
«00110» - «Блокировать признак неисправности». Предназначена для блокировки выдачи логической «1» в разряде ПП0=ОС19, который принадлежит ОС (21). Приняв команду, ведомая СЛС должна установить блокировку и передать ОК1 с ПП0=ОС19=0;
«00111» - «Разблокировать признак неисправности». Предназначена для отмены блокировки, выполненной ранее по команде «Блокировать признак неисправности». Приняв команду, СЛС должна снять блокировку и передать ОК1 (24). Отмена блокировки должна также выполняться по команде «Установить в исходное состояние»;
«01000» - «Установить в исходное состояние». Предназначена для отмены в ведомой СЛС блокировок, выполненных ранее. Приняв команду, ведомая СЛС должна передать ОК1 (24), а затем установить себя в исходное состояние;
«01001-01111» - резерв.
Все описанные выше команды применимы при АОУ(4:0)=КС(4:8)=11111 в групповом УК1 за исключением команд «00000» и «00010».
Команды управления, принадлежащие УК1 или УК2 и находящиеся в пределах от «10000» до «11111», предусматривают передачу служебного слова данных d(15:0) от ведомой СЛС к ведущей или от ведущей СЛС к ведомой и называются и выполняются следующим образом:
«10000» - «Передать векторное слово». Передается в УК1 при К=КС9=1. Предназначена для передачи от ведомой к ведущей СЛС служебного СД - векторного слова (ВС), в котором код данных d(15:0) содержит информацию по запросу на обслуживание при ПП8=ОС11=1. Приняв команду, ведомая СЛС должна передать ОК2, в котором СД(1:20)=ВС(1:20);
«10001» - «Синхронизация с СД». Передается в УК2 при К=КС9=0. Предназначена для передачи от ведущей СЛС к ведомой служебного СД - синхронизирующего слова данных (ССД) как СД(1:20)=ССД(1:20), в котором код данных d(15:0) содержит информацию о синхронизации ведомой СЛС. Приняв УК2, содержащий данную команду, ведомая СЛС должна передать ОК1 и приступить к выполнению команды;
«10010» - «Передать последнюю команду». Передается в УК1 при К=КС9=1. Предназначена для передачи от ведущей СЛС к ведомой служебного СД (1:20) при СД(4:20)=КС(4:20), где КС(4:20) должны соответствовать аналогичным разрядам КС(1:20) последней достоверной команды за исключением данной команды. Приняв УК1, содержащий данную команду, ведомая СЛС должна передать ОК2, в котором СД(4:20)=КС(4:20), где КС(4:20) соответствует аналогичным разрядам КС(1:20) последней достоверной команды;
«10011» - «Передать слово ВСК». Передается в УК1 при К=КС9=1. Предназначена для передачи от ведомой СЛС к ведущей служебного СД - слова встроенной системы контроля (СВСК), в котором код данных d(15:0) содержит информацию ВСК данной ведомой СЛС. Приняв команду, ведомая СЛС должна передать ОК2 с СД(1:20)=СВСК(1:20);
«10100» - «Блокировать 1-й передатчик». Передается в УК2 при К=КС9=0. Предназначена для передачи от ведущей СЛС к ведомой служебного СД - слова блокировки передатчика (СБП) для блокировки передатчика ведомой СЛС в ЛС с тремя или более дублированными ЛПИ. Номер блокируемого передатчика должен быть указан в СД(1:20)=СБП(1:20), содержащегося в УК2. Приняв УК2, содержащий данную команду, ведомая СЛС должна передать ОК1 по ЛПИ, из которой была принята данная команда, и блокировать передатчик ЛПИ за исключением передатчика ЛПИ, от которой принята была данная команда;
«10101» - «Разблокировать i-й передатчик». Передается в УК2 при К=КС9=0. Предназначена для передачи от ведущей СЛС к ведомой служебного СД - слова разблокировки передатчика (СРП) для разблокировки передатчика ведомой СЛС в ЛС с тремя или более дублированными ЛПИ. Номер разблокируемого передатчика должен быть указан в СД(1:20)=СРП(1:20), содержащемся в УК2. Приняв УК2, содержащий данную команду, ведомая СЛС должна передать ОК1 по ЛПИ, из которой была принята данная команда, и разблокировать соответствующий передатчик другой ЛПИ. Отмена блокировки должна выполняться также по команде управления «Установить в исходное состояние»;
«10110-11111» - резерв.
Все кадры (22)-(25) являются вспомогательными и используются в ведущей СЛС для получения служебной информации о состоянии всех ведомых СЛС, которая далее используется ведущей СЛС, с помощью КС (19) при РУ=0, для организации обмена между ведущей СЛС и ведомой СЛС или между ведомыми СЛС пакетами данных (ПД)
в которых десятичное число слов данных ЧСД=1; 2; …; 31; 32 определяется соответственно двоичным кодом ЧСД(4:0)=КС(15:19)=00001; 00010; …; 11111; 00000 так, что ПД (26) содержит число j СД(1:20) от j=1 до j=32.
k
j
j
k
k
j
j
k
j
k
С учетом изложенного выше рассмотрим, как осуществляется передача ПД (26) в следующих трех случаях: от ведущей СЛС к ведомой СЛС, от ведомой CЛС к ведущей СЛС и от ведомой СЛС к СЛС при j≠k, которые обозначим соответственно как СЛС→СЛС, СЛС→СЛС и СЛС→СЛС, где СЛС является адресуемой ведомой СЛС, а СЛС является или адресуемой ведомой СЛС либо группой ведомых СЛС при реализации групповой команды, которую здесь и далее определим признаком GK=1 при КС(4:8)=11111, а адресуемую команду определим признаком GK=0 при КС(4:8)≠11111.
k
В первом случае передача ПД (26) осуществляется передачей при РУ=0 и К=КС9=0 информационного кадра ИК1(СЛС→СЛС) вида
k
k
являющегося при АОУ(4:0)=КС(4:8)=11111 групповым, адресованным группе абонентов соответствующих ведомых СЛС, а при АОУ(4:0)≠11111 адресованным абоненту одной ведомой СЛС, которая, приняв ИК1 (27), должна передать ОК1 (24).
j
Во втором случае передача ПД (26) инициируется при РУ=0, К=КС9=1 и GK=0 передачей от ведущей СЛС управляющего кадра УК3 (СЛС) вида
j
j
в ответ на который адресованная СЛС формирует информационный кадр ИК2(СЛС) вида
k
j
В третьем случае передача ПД (26) инициируется передачей от ведущей СЛС управляющего кадра УК4(СЛС, СЛС) вида
k
k
k
j
j
в котором KC(1:20) является при РУ=0, К=КС9=0 и GK=0 (или GK=1) адресуемой (или групповой) для одной ведомой CЛC (или группы ведомых СЛС) командой для приема ПД (26), a KC(1:20) является при РУ=0, К=КС9=1 и GK=0 адресуемой командой для ведомой СЛС на передачу ПД (26).
j
k
k
Получив из УК4 (30) команду на передачу ПД (26), адресованная ведомая СЛС формирует информационный кадр ИК2 (29), из которого одна ведомая СЛC или каждая из группы ведомых СЛС, определенных словом КС(1:20) кадра УК4 (30), получают ПД (26) из ИК2 (29).
j
k
j
k
Таким образом, с использованием вспомогательных кадров (22)-(25) и основных кадров (27)-(30) в ЛС осуществляют обмен ПД (26) между любыми абонентами, причем при отсутствии сбоев полный формат передачи ПД от CЛC к CЛC (ФППД (CЛC→CЛC)) при GK=0 имеет вид
j
j
j
j
а передача ПД от CЛC к СЛС (например, для передачи речи для самопрослушивания) возможна только через ведущую СЛС, и полный формат этой передачи (ФППД (СЛС→СЛС)) имеет вид
где Тп - длительность паузы между кадрами, оцениваемая величиной (1).
На основании (1), (5) и (18)-(30) накладные расходы на передачу ПД (26) в форматах (31) и (32) без учета расходов на передачу всех d(15:0) в самом ПД (26) оцениваются величинами
где ЧСД - число слов в ПД (26), изменяющееся от одного до 32.
В целом основным недостатком технологии [1] является низкое качество ЛС, обусловленное отсутствием автоматического механизма выхода сети из возможного первого аномального состояния (появление в сети нескольких ведущих СЛС при переключении из-за сбоя хотя бы одной ведомой СЛС в состояние ведущей при ОС18=1 или второго аномального состояния (отсутствие в сети ведущей СЛС при переключении из-за сбоя ведущей СЛС в состояние переключающейся ведомой при ОС18=0), значительными накладными расходами организации в сети передачи каждого ПД (26) (см. оценки (33) и (34), сложностью преобразования {(7), (8)} и сложностью учета всех последствий при передаче управления сетью от управляющей СЛС любой другой управляемой СЛС по команде 00000 - «Принять управление интерфейсом», поскольку с помощью этой команды реализуется принцип нестационарного управления мультиплексным каналом (т.е. специализированной ЛС), который сложен и применяется редко [2, с.260-261], что обусловлено, на наш взгляд, недостаточно полным использованием возможностей принципа при построении сети из-за отсутствия в адресном поле сети индивидуального адреса ведущей СЛС и адресов ее абонентов, а также отсутствием в технологии [1] четкого механизма автоматического выхода сети из возможного аномального состояния - отсутствием в сети ведущей СЛС или появлением в сети нескольких ведущих СЛС из-за сбоя при переключении ведущей СЛС в состояние ведомой или при переключении ведомой СЛС в состояние ведущей соответственно.
Недостатком технологии [1] является, на наш взгляд, также использование искаженного манчестерского кода для определения СК1 и СК2, что приводит к накладным расходам в течение трех битовых интервалов при передаче каждого кода данных d(15:0) в ПД (26) и дополнительным аппаратурным затратам на преобразование (8), которое сложнее преобразования (7).
Следует также отметить, что ЧСД=1; 2; …, 31; 32 определяется двоичным кодом ЧСД(4:0)=КС(15:19)=00001; 00010; …; 11111; 00000 так, что ПД (26) содержит количество СД(1:20) соответственно от одного до j=32 включительно. Это значит, что ЧСД(4:0) является при ЧСД(4:0)≠00000 прямым кодом ЧСД=1, 2, …, 31, а при ЧСД(4:0)=00000 дополнительным кодом отрицательного числа « -32» без учета знакового разряда. В этой связи перед каждым счетом необходимо в счетчик ЧСД загружать дополнительный код ДЧСД(4:0), который формируется согласно выражению
где ! - оператор преобразования кода ЧСД(4:0) в обратный код.
Операцию (35) необходимо выполнять как при отправлении, так и при получении ИК1 (27) или ИК2 (29), что приводит к дополнительным аппаратурным затратам и также является недостатком технологии [1].
Кроме того, в технологии [1] информационная емкость кода команды управления используется неэффективно, поскольку содержит 17 резервных позиций при 15 значащих, две из которых (10100 - «Блокировать i-й передатчик» и 10101 - «Разблокировать i-й передатчик») целесообразно, на наш взгляд, объединить в одну команду «Блокировать/разблокировать i-й передатчик» за счет выделения в служебном слове поля номера передатчика и бита управления передатчиком (БУП), такого что передатчик при БУП=1 блокируется, а при БУП=0 разблокируется.
Формально при КС10=0 слова КС(1:20) и ОС(1:20) неразличимы. Поэтому для обеспечения идентификации этих слов пользователю разрешено установить КС10=1, чтобы использовать его как признак слова КС(1:20). С учетом сказанного качество ЛС, построенной по технологии [1], в целом оценивается вектором
который безусловно хуже требуемого ВОТХ (16) за исключением, возможно, ЧОО, КТК и расчетных показателей НКБИ (33) и НКБИ (34).
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является технология [18]. Эта технология также использует алгоритм преобразования {(7), (8)}, является развитием технологии [1] и определяет способ работы специализированной ЛС как логический механизм сборки и разборки управляющих, ответных и информационных кадров на основе четырех типов 20-разрядных командных слов (0КС(1:20) - обмена данными, 1КС(1:20) - режима управления, 2КС(1:20) - формата групповой передачи данных, 3КС(1:20) - группового формата режима управления), которые имеют вид
одном типе 20-разрядного ответного слова ОС(1:20) вида
16-разрядного заголовка массива 3М(1:16) вида
16-разрядного слова контрольной суммы (СКС(15:0))
и используемого совместно с 3М(1:16) и словом данных d(15:0) для составления информационных кадров сложного пакета данных (СПД) вида
где
Х или Х(6:12) - неиспользуемые разряды и поле соответственно;
TF=OC4 - «Неисправность терминала»;
SF=OC5 - «Неисправность подсистемы»;
SR=OC6 - «Запрос на обслуживание»;
BS=OC7 - «Подсистема занята»;
МЕ=ОС11 - «Ошибка в сообщении»;
СВ=ОС12 - «Принято динамическое управление каналом»;
PR(16:19)=OC(16:19) - код поля приоритетов, устанавливаемый в подсистеме только в ответ на специальную команду и служит для передачи в УУ приоритета запроса;
FC=3M1 - включает при FC=1 и выключает при FC=0 использование СКС(15:0) после передачи ПД как слитной последовательности слов данных d(15:0), число слов в которой определяется кодом ЧСД(11:0)=3М(5:16);
NW=3M2 - запрещает ОУ при NW=1 или разрешает ОУ при NW=0 выдачу ОС (41) после приема ОУ соответствующего информационного кадра, содержащего СПД (44);
СКС(15:0)* - код СКС(15:0), в котором знак «*» означает необязательность присутствия СКС(15:0) в СПД (44), поскольку СКС(15:0) отправляется в сеть только при FC=3M1=1, содержащемся 3М(1:16).
j
k
j
j
j
j
k
j
k
j
k
Согласно [18, рис.2.18, с.96] с помощью (37)-(44) работу ЛС осуществляют в процессе отправления в сеть первого УК1=1КС(1:20) и второго УК2=3КС(0:20) управляющих кадров соответственно индивидуального и группового управления без слова данных, третьего УК3={1КС(1:20), d(150)} и четвертого УК4={3КС(1:20), d(15:0)} управляющих кадров соответственно индивидуального и группового управления для передачи ведущим СЛС служебного слова d(15:0), в частности «Слова синхронизации со словом данных» или слова «Блокировать/разблокировать i-ый передатчик» в ЛС при числе дублированных ЛПИ не менее трех, первого ОК1=ОС(1:20) ответного кадра, второго ОК2={ОС(1:20), d(15:0)} ответного кадра для передачи ведущей СЛС служебного слова d(15:0), в частности «Векторного слова», с помощью которого определяют текущие адреса соответствующих абонентов для организации в сети обмена ПД, или «Встроенного слова контроля СЛС», первого ИК1={0КС(1:20), СПД} и второго ИК2={2КС(1:20), СПД} соответственно индивидуальной или групповой передачи ПД от ведущей СЛС ведомым и пятого УK5=0KC(1:20) (или шестого УК6={0КС(1:20), 0KC(1:20)}) и седьмого УК7={2КС(1:20), 0KC(1:20)} управляющих кадров, предшествующих отправлению от ведомой CЛC третьего информационного кадра ИК3(СЛС)={ОС(1:20), СПД} для передачи ПД соответственно индивидуально ведущей СЛС (или ведомой СЛС) или группе ведомых СЛС. Таким образом, по технологии [18] способ работы ЛС осуществляют с помощью 12 типов кадров так, что при отсутствии сбоев полный формат передачи ПД от СЛС к СЛС (ФППД (СЛС→СЛС)) имеет вид
j
k
j
j
ФППД(CЛC→CЛC)={УК1 для CЛС, Тп, ОК2 от СЛС, Тп,
k
k
j
k
УК1 для СЛС, Тп, ОК2 от СЛС, Тп, УК6, Тп, ИК3(СЛС), Тп, ОК1 от СЛС},
и оценивается при FC=3M1=1 и NW=3M2=1 накладными расходами
j
j
а полный формат передачи ПД от СЛС к СЛС, осуществляемый через ведущую СЛС, имеет вид
j
j
j
j
j
ФППД(СЛС→СЛС)={УК1 для СЛС, Тп, ОК2 от CЛC, Тп, УК5(СЛС),
j
j
j
Тп, ИК3(СЛС), Тп, ИК1(СЛС→СЛС), Тп, ОК1 от СЛС},
и оценивается FC=3M1=1 и NW=3M2=1 накладными расходами
Основным недостатком технологии [18] является низкое качество ЛС, обусловленное как отсутствием автоматического механизма выхода ЛС из первого аномального состояния при появлении в сети нескольких ведущих СЛС при переключении из-за сбоя хотя бы одной ведомой СЛС в состояние ведущей или второго аномального состояния при отсутствии в сети ведущей СЛС при переключении из-за сбоя ведущей СЛС в состояние переключающейся ведомой, так и сложностью преобразования {(7), (8)}, составления, отправления, получения и разборки 12-ти типов кадров и значительными накладными расходами - см. оценки (45) и (46).
Указанный недостаток обусловлен тем, что в [18] технология [1] модернизирована некачественно, а количественно за счет увеличения числа базовых слов с трех (19)-(21) до семи (37)-(43), позволившего увеличить число СЛС до 64 и увеличить число абонентов каждой СЛС до 32-х как для записи, так и для чтения. Поэтому большинство указанных ранее недостатков технологии [1] автоматически являются и недостатками технологии [18].
Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества ЛС с помощью рационального составления шести типов кадров (двух управляющих УК1, УК2, одного информационного кадра ИК и трех ответных ОК1, ОК2 и ОК3), приводящего к уменьшению числа типов кадров, сокращению накладных расходов на организацию передачи ПД между любыми допустимыми абонентами ЛС и обеспечению механизма автоматического выхода ЛС из двух возможных аномальных состояний с помощью команды «Установить сеть в исходное состояние» при появлении в ЛС нескольких ведущих СЛС или отсутствии в ЛС ведущей СЛС, возможных соответственно из-за сбоя хотя бы одной переключающейся ведомой СЛС при переключении ее в состояние ведущей или из-за сбоя переключающейся ведущей СЛС при переключении ее в состояние переключающейся ведомой.
Указанный технический результат достигается тем, что способ работы локальной сети, содержащей в рабочем состоянии одну переключающуюся ведущую станцию локальной сети (СЛС), множество переключающихся и непереключающихся ведомых СЛС и одну линию передачи информации (ЛПИ) или несколько дублированных с общим доступом и централизованным детерминированным управлением обменом сообщениями между допустимыми абонентами всех СЛС на основе разбиения сообщений на пакеты данных (ПД) и передачи ПД в информационных кадрах при реализации в сети информационного процесса с помощью составления, отправления в сеть и получения из сети и разборки управляющих, ответных и информационных кадров под управлением и контролем управляющей СЛС при отправлении каждого кадра информационного процесса после обнаружения паузы так, что в сеть отправляют или один из управляющих кадров от ведущей СЛС, или один из ответных кадров от соответствующей ведомой СЛС либо отправляют информационный кадр с разрешаемым словом контрольной суммы (СКС) от ведущей или соответствующей ведомой СЛС, при этом кадры составляют с помощью стартовой комбинации, двухразрядного поля определителя, поля индивидуального адреса СЛС, поля команды управления, 16-разрядных служебных слов, поля ПД с разрешаемым СКС, поля длины ПД для определения количества слов данных в поле ПД и контрольного бита, содержащегося в любом управляющем или ответном кадре и определяемом как дополнение числа всех предшествующих информационных единичных бит кадра до нечетного числа, осуществляют с помощью составления, отправления в сеть, получения из сети и разборки двух типов управляющих кадров, информационных кадров одного типа и трех типов ответных кадров, при этом в информационном процессе отправителей типов кадров и порядок их следования определяют с учетом состояния сети (рабочего или первого аномального состояния, возникающего при одновременном появлении в сети более одной переключающейся ведущей СЛС при переключении из-за сбоя хотя бы одной ведомой переключающейся СЛС в состояние ведущей, либо второго аномального состояния, определяемого отсутствием в сети ведущей СЛС при переключении из-за сбоя ведущей СЛС в состояние ведомой) и составлением кадров так, что первый управляющий кадр содержит стартовую комбинацию, поле определителя, поле индивидуального адреса СЛС, модификатор адресации, поле команды управления и бит контроля, второй управляющий кадр содержит стартовую комбинацию, поле определителя, поле индивидуального адреса СЛС, модификатор адресации, поле команды управления, отличающееся содержимым от содержимого поля команды управления первого управляющего кадра, служебное слово и бит контроля, информационный кадр содержит стартовую комбинацию, управляющее слово, образованное полем определителя, полем индивидуального адреса получателя, определяющим индивидуальный адрес СЛС и адрес ее абонента получателя ПД, полем индивидуального адреса отправителя, определяющим индивидуальный адрес СЛС и адрес ее абонента отправителя ПД, полем длины ПД, определяющим количество слов данных в ПД, модификатором адресации, единичное значение которого адресует группу СЛС для получения ПД одним или несколькими абонентами каждой СЛС группы, например абонентами, определенными индивидуальным адресом СЛС отправителя, абонентской частью поля индивидуального адреса получателя и/или абонентской частью поля индивидуального адреса отправителя ПД, модификатором метода обмена и контрольным битом, поле ПД и СКС, разрешаемое единичным значением модификатора метода обмена в управляющем слове, в котором значение бита контроля определяют как дополнение числа всех предшествующих контрольному биту единичных бит до нечетного числа, первый ответный кадр содержит стартовую комбинацию, поле определителя, слово состояния СЛС и бит контроля, второй ответный кадр содержит стартовую комбинацию, поле определителя, слово состояния СЛС, служебное слово и бит контроля, третий ответный кадр представляет собой первый или второй управляющий кадр с инверсными значениями бит в поле определителя, или информационный кадр с исключенными полями ПД и СКС и инверсными значениями бит в поле определителя, код которого в первом или втором управляющем кадре равен «10», в информационном кадре равен «11», в первом или втором ответном кадре равен «01», а слово состояния СЛС, содержащееся в первом или втором ответном кадре, составляют в каждой СЛС так, что оно содержит поле адреса абонента отправителя и признаки «Готовность информационного кадра» для отправления в сеть информационного кадра с ПД от абонента, адpec которого содержится в поле адреса абонента отправителя, абоненту получателю, определенному содержимым служебного слова адресации получателя составляемого информационного кадра, «Готовность СЛС», являющийся одновременно и признаком готовности приема из сети информационного кадра, «Неисправность СЛС», «Ошибка в кадре» и «Тип станции», определяющий нулевым или единичным значением соответственно ведомую или ведущую станцию, кроме того, в каждой СЛС образуют нумерованный вектор состояния СЛС, содержащий поле индивидуального адреса СЛС, информационную часть третьего ответного кадра, поле определителя и поле длины ПД для составления информационного кадра, информационное слово первого ответного кадра, служебное слово адресации получателя информационного кадра и служебное слово встроенной системы контроля, при этом содержимое полей индивидуальных адресов отправителя и получателя информационного кадра определяют номер нумерованного вектора состояния СЛС, по соответствующим частям которого в любой СЛС аппаратно составляют управляющее слово отправляемого информационного кадра, а в каждой ведомой СЛС - информационные части первого, второго или третьего отправляемого ответного кадра, причем на полученный первый управляющий кадр с командой «Передать информационный кадр» от индивидуально адресованной ведомой СЛС при готовности или неготовности в ответ отправляют соответственно информационный кадр или второй ответный кадр со служебным словом адресации получателя информационного кадра, второй ответный кадр с требуемым служебным словом отправляют в сеть от индивидуально адресованной ведомой СЛС также в ответ на полученный первый управляющий кадр с соответствующей командой управления, первый ответный кадр отправляют в сеть от индивидуально адресованной ведомой СЛС в ответ на полученный информационный кадр с единичным модификатором обмена или первый управляющий кадр с соответствующим кодом команды управления или второй управляющий кадр, при одном из значений управляющего поля которого исполняют команду «Записать слово адресации получателя», при выполнении которой сначала замещают служебное слово адресации получателя информационного кадра на служебное слово этого принятого второго управляющего кадра, а затем переключают нумерованный вектор состояния, который переключают также после получения первого управляющего кадра с командой управления «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС», а третий ответный кадр отправляют в сеть от индивидуально адресованной ведомой СЛС в ответ на первый управляющий кадр с управляющей командой «Передать последнюю команду», при любом значении модификатора адресации первый или второй управляющий кадр отправляют в сеть к индивидуально адресованной ведомой СЛС для исполнения любой допустимой команды управления, при единичном значении модификатора адресации первый или второй управляющий кадр отправляют в сеть при групповой адресации для исполнения группой ведомых СЛС только тех команд, которые пригодны для группового исполнения, информационная длина первого управляющего или первого ответного кадра равна 16 бит, информационная длина второго управляющего или второго ответного кадра или управляющего слова информационного кадра равна 32 битам, в каждом кадре поток информационных бит отправляют в сеть после стартовой комбинации младшим разрядом вперед, в информационном кадре СКС вычисляют сначала по потоку информационных бит управляющего слова, а затем и по потоку бит поля ПД, ведущую СЛС снабжают способностью обнаруживать первое аномальное состояние сети (одновременное появление в сети нескольких ведущих СЛС при сбое сети) путем обнаружения искажения отправляемых ею управляющих кадров и появления в сети управляющих кадров другой ведущей СЛС, а каждую переключающуюся ведомую СЛС снабжают способностью обнаруживать второе аномальное состояние сети (исчезновение из сети ведущей СЛС при сбое сети) за счет обнаружения длительности паузы, превышающей пороговую, при обнаружении первого или второго аномального состояния сети от ведущей или переключающейся ведомой СЛС, например, методом случайного доступа отправляют в сеть первый управляющий кадр с командой «Установить сеть в исходное состояние», при достоверном получении этого кадра любую СЛС, кроме отправившей данный кадр, безусловно устанавливают в исходное состояние ведомой СЛС, а от любой индивидуально адресованной СЛС отправляют в сеть первый ответный кадр, в первом случае получение достоверного первого ответного кадра интерпретируют в ведущей СЛС как сообщение о переходе сети в рабочее состояние, а во втором случае в переключающейся ведомой СЛС, от которой достоверно отправили в сеть первый управляющий кадр с командой «Установить сеть в исходное состояние», при получении достоверного первого ответного кадра устанавливают признак «Тип станции» и оставляют ее в сети в качестве единственной ведущей СЛС.
Авторам неизвестен способ работы ЛС, содержащей в рабочем состоянии одну переключающуюся ведущую СЛС и множество переключающихся и непереключающихся ведомых СЛС и одну или несколько дублированных ЛПИ с общим доступом и централизованным детерминированным управлением обменом сообщениями на основе разделения их на ПД и передачи ПД в информационных кадрах между адресуемыми абонентами всех ее СЛС при реализации в ЛС информационного процесса взаимодействия между СЛС с учетом состояния ЛС (рабочего и первого или второго аномального состояния) и рационального составления двух типов управляющих кадров (УК1, УК2), информационного кадра (ИК) и трех типов ответных кадров (ОК1, ОК2, ОК3) так, что УК1 содержит стартовую комбинацию (СК), поле определителя, поле индивидуального адреса СЛС, модификатор адресации (МА), поле команды управления (КУ) и бит контроля. УК2 отличается от УК1 содержимым поля КУ и наличием служебного слова, следующего за полем КУ. ИК содержит СК, управляющее слово УС={поле определителя, поле индивидуального адреса получателя ПД, поле индивидуального адреса отправителя ПД, поле длины ПД, определяющее в ПД количество слов данных, МА, модификатор метода обмена (ММО) и бит контроля} и поле ПД с разрешаемым при ММО=1 словом контрольной суммы. ОК1 содержит СК, поле определителя, слово состояния СЛС и бит контроля, ОК2 отличается от ОК1 наличием служебного слова, следующего за полем слова состояния СЛС, ОКЗ представляет собой УК1 или УК2 или (СК, УС) с инверсными значениями бит в поле определителя, при этом ведущую СЛС снабжают способностью обнаруживать первое аномальное состояние сети (одновременное появление в сети нескольких ведущих СЛС при сбое сети), а каждую переключающуюся ведомую СЛС снабжают способностью обнаруживать второе аномальное состояние сети (исчезновение из сети ведущей СЛС при сбое сети), при обнаружении первого или второго аномального состояния сети от ведущей или переключающейся ведомой СЛС, например, методом случайного доступа отправляют в сеть первый управляющий кадр с командой «Установить сеть в исходное состояние», при достоверном получении этого кадра любую СЛС, кроме отправившей данный кадр, безусловно устанавливают в исходное состояние ведомой СЛС, а от любой индивидуально адресованной СЛС отправляют в сеть первый ответный кадр, в первом случае получение достоверного первого ответного кадра интерпретируют в ведущей СЛС как сообщение о переходе сети в нормальное состояние, а во втором случае, в переключающейся ведомой СЛС, от которой достоверно отправили в сеть первый управляющий кадр с командой «Установить сеть в исходное состояние», при получении достоверного первого ответного кадра устанавливают признак «Тип станции» и оставляют ее в сети в качестве единственной ведущей СЛС.
Отличительные признаки предлагаемого способа работы ЛС обеспечивают по сравнению с прототипом [18] повышение качества ЛС за счет как обеспечения механизма автоматического выхода сети из первого или второго сбойного аномального состояния соответственно при появлении в ней более одной ведущей СЛС или исчезновении из нее ведущей СЛС, так и уменьшения количества типов кадров с 12 до шести и сокращения накладных расходов при передаче ПД от одной СЛС к другой на 92%, а между абонентами одной ведомой СЛС в среднем на 231%.
Таким образом, предлагаемый способ работы ЛС с централизованным детерминированным управлением обменом сообщениями по одной или нескольким дублированным ЛПИ с общим доступом осуществляют с учетом состояния ЛС (рабочего состояния и первого и второго аномальных состояний) и рационального составления двух типов управляющих кадров УК1 и УК2 вида
информационного кадра ИК вида
в котором управляющее слово имеет вид
где
СК - стартовая комбинация;
р - контрольный бит, который определяют в любом из кадров (47)-(49), (51)-(53) как дополнение числа всех предшествующих информационных единичных бит кадра до нечетного числа;
у(0:15) и у(0:31) - информационные коды соответственно кадров УК1 (47) и УК2 (48), которые имеют одинаковые кодовые определители у(0:1)=10;
ИА(0:4)=у(2:6) - код поля индивидуального адреса СЛС, адресующий СЛС с кодом индивидуального адреса ИАС(0:4), которой при ИАС(0:4)=ИА(0:4)=у(2:6) адресовано как исполнение команды, определенной кодом КУ(0:3)=у(11:14), так и последующая передача от нее одного ИК (49) или ОК1 (51) или ОК2 (52) или ОК3 (53) как ответа на УК1 (47) или ОК1 (51) как ответа на УК2 (48);
у7=0, у8=0 и у9=0 - резервные биты;
МА=у10 - модификатор адресации УК1 (47) и УК2 (48);
КУ(0:3)=у(11:14) - код поля команды управления, причем определенные этим полем команды управления являются модифицированными командами управления технологии [1] и разделены на команды управления с широкой адресацией (т.е. с индивидуальной для СЛС с ИАС(0:4)=у(2:6) и с групповой адресацией всех СЛС при МА=1, передаваемые в УК1 (47) или УК2 (48)) и команды управления с узкой адресацией, передаваемые всегда при МА=0 в УК1 (47) для адресуемой СЛС с ИАС(0:4)=у(2:6).
Команды с широкой адресацией, отправляемые в УК1 (47) при у(11:14)=0000-0110, принимаются при ИАС(0:4)=у(2:6), адресованной СЛС, а при МА=1 любой СЛС, и исполняются следующим образом:
0000 - команда «Установить СЛС в исходное состояние» отправляется ведущей СЛС при МА=0. Команда предназначена для отмены в ведомой СЛС блокировок, выполненных ранее. Приняв команду, ведомая СЛС при ИАС(0:4)=у(2:6) должна установить себя в исходное состояние и отправить ОК1 (51);
0000 - команда «Установить сеть в исходное состояние» может оправляться при МА=1 от ведущей СЛС при обнаружении первого аномального состояния сети (появление в сети нескольких ведущих СЛС) или от переключающейся ведомой СЛС при обнаружении второго аномального состояния сети (исчезновение из сети ведущей СЛС). Приняв команду, любая СЛС, кроме отправившей данную команду, должна установить себя в исходное состояние ведомой СЛС и адресованная из них должна передать ОК1 (51). Переключающаяся ведомая СЛС, отправившая достоверно данную команду, получив достоверный ОК1 (51), устанавливает признак с14 «Тип станции» и приступает к выполнению функций ведущей СЛС;
QG
QG
QG
1000 - команда «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС». Команда предназначена для переключения в СЛС нумерованного вектора состояния станции (НВСС). В любой ведомой СЛС после получения в УК1 команды 1000 - «Переключить нумерованный вектор СЛС» сбрасывают с8 и отправляют от нее ОК1, а затем осуществляют в ней установление очередного НВСС, соответствующего следующему приоритетному абоненту отправителю «Q», причем НВСС в любой СЛС позволяет аппаратно составить УС (50) либо информационную часть УК1 (47), или УК2 (48), или ОК1 (51), или ОК2 (52), или ОК3 (53), поскольку имеет вид
где
ИАС(0:4)=ИАО(0:4)=k(12:16) - индивидуальный адрес СЛС, используемый при составлении УС (50), принадлежащего ИК (49);
ИЧОК3(0:х) - информационная часть ОК3 (53), представляющая собой ранее принятую достоверную информационную часть УК1 (47) (или УК2 (48)) при х=15 (или при х=31) и инверсном определителе «01» либо УС (50) при х=31 и инверсном определителе «00»;
ЧСД(0:6)=k(22:28) - код числа слов данных, содержащийся в УС (50) и определяющий число 32-х разрядных слов в поле ПД ИК (49);
k(0:1)=11 - определитель УС (50), определяющий ИК (49);
с(0:14) - поле, используемое для составления ОК1 (51) или ОК2 (52);
АП(0:15) - служебное слово адресации получателя, используемое для составления УС (49) или ОК2 (52);
ВСК(0:15) - служебное слово встроенной системы контроля, используемое для составления ОК2 (52);
QG
Q
Q
G
G
QG - номер HBCC, в котором в общем случае «Q» - индивидуальный сетевой номер абонента отправителя/получателя АО/АП, определенный кодом ИАО(0:9)=k(12:21) при ИАО(0:4)=ИАС(0:4), ИАО(5:9)=ААО(0:4)=с(2:6), a «G» - индивидуальный сетевой номер абонента получателя/отправителя АП/АО, определенный кодом ИАП(0:9)=К(2:11)=АП(0:9), принадлежащим служебному слову адресации получателя АП(0:15), которое составляют согласно выражению
где
G
G
АП(0:9)=k(2:11)=ИАП(0:9) - код индивидуального адреса абонента получателя/отправителя АП/АО, используемый для составления УС (50);
АП10=MA=k29 и АП11=ММО=k30 - соответственно модификатор адресации и модификатор метода обмена, используемые для составления УС (50);
Q
Q
G
G
АП12=ПТА=Х - признак типа абонентов АО/АП и АП/АО, такой что эти абоненты являются при ПТА=0 или ПТА=1 абонентами обычной или телефонной связи соответственно;
Q
Q
G
G
АП13=ПИВ - признак исходящего вызова от АО/АП и АП/АО, используемый для организации телефонной связи;
G
G
G
Q
АП14=ПВВ - признак входящего вызова от АО/АП к АП/АО, используемый для организации телефонной связи в качестве ответа на ПИВ;
G
G
G
G
АП15=ПНВА - признак недоступности вызываемого абонента АП/АО, используемый для организации телефонной связи в качестве ответа на ПИВ при недоступности АП/АО;
ААО(0:4) - код адреса абонента отправителя, который в УС (50) равен k(17:21), а в ОК1 (51) или ОК2 (52) равен с(2:6);
0100 - команда «Начать самоконтроль СЛС». Команда предназначена для инициирования самоконтроля СЛС. Приняв команду, СЛС должна сбросить с9 и начать самоконтроль и при ИАС(0:4)=ИА(0:4)=у(2:6) отправить ОК1 (51);
1100 - команда «Блокировать i-й передатчик» в ЛС с двумя дублированными ЛПИ. Приняв команду из одной ЛПИ, СЛС должна блокировать передатчик, подключенный к другой ЛПИ, и при ИАС(0:4)=у(2:6) ведомая СЛС должна отправить ОК1 (51) по ЛПИ, из которой была получена команда;
0010 - команда «Разблокировать i-й передатчик» в ЛС с двумя дублированными ЛПИ. Приняв команду из одной ЛПИ, СЛС должна разблокировать передатчик, подключенный к другой ЛПИ и при АС(0:4)=у(2:6) ведомая СЛС должна отправить ОК1 (51) по ЛПИ, из которой была получена команда. Отмена блокировки должна выполняться также по любой из команд КУ(0:3)=у(11:14)=0000;
1010 - команда «Блокировать признак неисправности СЛС». Команда предназначена для блокировки выдачи логической «1» в признаке с11 «Неисправность СЛС», содержащемся в слове с(2:14). Приняв команду, СЛС должна установить блокировку, и при ИАС(0:4)=у(2:6) ведомая СЛС должна отправить ОК1 (51) при с11=0;
0110 - команда «Разблокировать признак неисправности СЛС». Команда предназначена для отмены блокировки, выполненной ранее по команде «Блокировать признак неисправности СЛС». Приняв команду, СЛС должна снять блокировку, и при ИАС(0:4)=у(2:6) ведомая СЛС должна отправить ОК1 (51). Отмена блокировки должна также выполняться при принятии команды КУ(0:3)=у(11:14)=0000.
Команды с широкой адресацией, отправляемые в УК2 (48) при у(11:14)=1110 и у(11:14)=0001, принимаются и исполняются всеми СЛС при ИАС(0:4)=у(2:6) или МА=1 следующим образом:
QG
QG
1110 - команда «Записать слово адресации получателя». Команда предназначена для записи от ведущей СЛС служебного входящего слова адресации получателя ВСАП(0:15)=d(0:15)=у(15:30), которое записывается в HBCC (54) в качестве нового служебного слова адресации получателя АП(0:15). Приняв команду, СЛС приступает к ее исполнению, и при ИАС(0:4)=у(2:6) ведомая СЛС отправляет ОК1 (51). Далее исполнение команды 1110 совпадает с исполнением команды 1000 - «Переключить нумерованный вектор СЛС» и заключается в установлении в СЛС следующего приоритетного нумерованного вектора состояния станции HBCC (54), соответствующего следующему приоритетному абоненту отправителя;
0001 - команда «Блокировать/разблокировать i-й передатчик» в ЛС с числом дублированных ЛПИ не менее трех. Команда предназначена для блокировки/разблокировки передатчика дублированной i-ой ЛПИ. Приняв команду из не i-ой ЛПИ, СЛС должна блокировать/разблокировать передатчик, подключенный к i-ой ЛПИ, и при ИАС(0:4)=у(2:6) ведомая СЛС должна отправить ОК1 (51) по ЛПИ, из которой была получена команда. Отмена блокировки должна выполняться также при получении команды КУ(0:3)=у(11:14)=0000.
Команды с узкой адресацией, отправляемые в УК1 (47) при у(11:14)=1001-1011, принимаются и исполняются ведомой СЛС при ИАС(0:4)=у(2:6) и МА=у10=0 следующим образом:
1001 - команда «Принять управление сетью». Команда предназначена для передачи управления ЛС от ведущей СЛС ведомой СЛС. Приняв команду, ведомая СЛС после отправления ОК1 (51) с признаком с14=1 становится ведущей, а ведущая СЛС, приняв ОК1 (51) с признаком с14=1, переключается в состояние ведомой СЛС, в противном случае функцию управления в ЛС продолжает выполнять СЛС, передавшая эту команду;
0101 - команда «Передать ОК1». Команда предназначена для получения ведущей СЛС от ведомой ОК1 (51), соответствующего последнему кадру, принятому ведомой СЛС перед данной командой. Эта команда не должна влиять на с(2:14) и на значения разрядов слова с признаками встроенной системы контроля ВСК(0:15) данной СЛС. Приняв команду, ведомая СЛС отправляет ОК1 (51) без изменения с(2:12);
QG
1101 - команда «Передать вектор абонентов станции». Команда предназначена для передачи в ОК2 (52) от ведомой к ведущей СЛС нумерованного вектора абонентов станции (НВАС), полностью определяющего СЛС как потенциального отправителя и/или получателя ИК (49) и имеющего вид
QG
НВАС={ААО(0:4)=с(2:6), с7=0, с8, с(9:14), АП(0:15)=с(15:30)}. (56)
Приняв команду, ведомая СЛС должна отправить ОК2 (52), в котором служебное слово d(0:15)=c(15:30)=AП(0:15);
0011 - команда «Передать слово ВСК станции». Команда предназначена для передачи от ведомой СЛС к ведущей служебного слова встроенной системы контроля ВСК(0:15), содержащего информацию ВСК данной ведомой СЛС. Приняв команду, ведомая СЛС должна отправить ОК2 (52), в котором служебное слово d(0:15)=c(15:30)=BCK(0:15);
1011 - команда «Передать последнюю управляющую команду». Команда предназначена для передачи от ведомой СЛС к ведущей ОК3 (53), информационная часть которого должна соответствовать информационной части последнего достоверного УК1 (47) или УК2 (48) или УС (50) с инверсными разрядами в поле определителя за исключением УК1 (47), содержащего данную команду. Приняв команду, ведомая СЛС должна отправить ОК3 (53);
QG
QG
0111 - команда «Передать информационный кадр». Получив команду, ведомая СЛС отправляет в сеть при с8=0 ОК2 (52), а при с8=1 ИК (49). После отправления ИК (49) при MMO=k30=0 в ведомой СЛС сбрасывают с8 и осуществляют установление следующего приоритетного нумерованного вектора состояния станции HBCC(54). После получения ИК (49) индивидуально адресованная СЛС отправляет ОК1 (51) только при получении ИК (49) при ММО=k30=1. Ведущая СЛС, получив ОК1 (51) от ведомой СЛС, принявшей ранее ИК (49) при MMO=k30=1, отправляет УК1 (47) с командой 1000 - «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС» ведомой СЛС, передавшей ранее ИК (49) при MMO=k30=1. В ведомой СЛС после получения в УК1 (47) команды 1000 - «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС» сбрасывают с8 и отправляют от нее ОК1 (51), а затем осуществляют в ней установление следующего приоритетного нумерованного вектора состояния станции HBCC (54).
В противном случае дальнейшее функционирование сети осуществляют от ведущей СЛС, например, в УК1 (47) повторно отправляют команду 0111 - «Передать информационный кадр» при отсутствии ОК1 (51) от ведомой СЛС, которая была индивидуально адресована в ранее переданном ИК (49) при MMO=k30=1;
1111 - резервная команда;
d(0:15)=y(15:30) - служебное слово, являющееся служебным входящим словом адресации получателя ВСАП(0:15), передаваемым в УК2 (48) по команде 1110, или словом «Блокировки/разблокировки i-го передатчика, передаваемым в УК2 (48) по команде 0001;
QG
УС=k(0:31) - управляющее слово УС (50), составляемое в любой СЛС из соответствующих фрагментов нумерованного вектора состояния станции НВСС (54);
ИАП(0:9)=К(2:11)=АП(0:9) - код поля индивидуального адреса получателя, кодовые части которого k(2:6)=AСП(0:4) и k(7:11)=ААП(0:4) являются соответственно кодами адресов СЛС получателя и ее абонента получателя ПД;
ИАО(0:9)=k(12:21) - код поля индивидуального адреса отправителя, кодовые части которого k(12:16)=ACO(0:4) и к(17:21)=ААО(0:4) являются кодами адресов соответственно СЛС отправителя и ее абонента отправителя ПД;
ЧСД(0:4)=К(22:28) - без учета знакового разряда дополнительный код числа слов данных ЧСД в ПД, определяющий в ПД число 32-разрядных слов данных ЧСД=1,2, …, 127, 128 соответственно значениями кода ЧСД(0:6)=1111111, 0111111, …, 1000000,0000000;
MA=k29 - модификатор адресации, по которому для принятия ПД в кадре ИК (49), следующим после его окончания, адресуется при МА=0 единственный получатель, определенный кодом ИАП(0:9)=k(2:11), а при МА=1 адресуется группа СЛС для получения ПД одним или несколькими абонентами в каждой СЛС группе, например, абонентами, определенными индивидуальным адресом СЛС отправителя ИAO(0:4)=k(12:16), абонентской частью поля индивидуального адреса получателя ААП(0:4)=ИАП(5:9)=k(7:11) и/или абонентской частью поля индивидуального адреса отправителя ААО(0:4)=ИАО(5:9)=k(17:21);
MMO=k30 - модификатор метода обмена, такой что при ММО=0 запрещается, а при ММО=1 разрешается в ИК (49) выдача кода СКС(0:15) после передачи ПД. Индивидуально адресованная ведомая СЛС после получения достоверного ИК (49) отправляет в сеть ОК1 (51) только при MMO=k30=1;
ПД - пакет данных состоит из непрерывной последовательности 32-разрядных слов данных d(0:31), число которых в ИК (49) определено кодом ЧСД(0:6)=k(22:28), содержащимся в УС (50), принадлежащем ИК (49);
СКС(0:15)* - код СКС(0:15), где знак «*» означает необязательность присутствия СКС(0:15) в ИК (49), поскольку СКС(0:15) отправляют в сеть только при ММО=k30=1, содержащемся в ИК (49);
с(0:15) и с(0:31) - информационные коды соответственно ОК1 (51) и ОК2 (52), имеющих одинаковые кодовые определители с(0:1)=01;
с(2:14) - слово состояния СЛС, определяющее статус любой СЛС так, что:
с(2:6)=ААО(0:4) - код адреса абонента отправителя ПД для организации при с8=1 передачи ПД в процессе составления и отправления ИК (49);
с7=0 - резервный бит;
с8 - в ОК1 (51) или ОК2 (52) признак «Готовность информационного кадра», указывающий при с8=1 на готовность к передаче ИК (49), содержащегося в памяти СЛС;
с9 - признак «Готовность СЛС», являющийся одновременно и признаком прямого доступа к памяти для записи, указывающий при с9=0 на нахождение СЛС в режиме самоконтроля, а при с9=1 на готовность соответствующих частей памяти подсистемы СЛС к доступу для записи ПД при приеме и разборке ИК (49);
с10=0 - резервный бит;
с11 - признак «Неисправность СЛС», т.е. СЛС при с11=0 исправна, а при с11=1 неисправна, причем характер неисправности содержится в слове ВСК(0:15);
с12 - признак «Ошибка в кадре». В каждой СЛС признак с12 при получении достоверного кадра за исключением получения ведомой СЛС достоверного УК1 (47) с командой 0101 - «Передать ОК1» сбрасывается в с12=0, а при получении недостоверного кадра устанавливается в с12=1;
с13=0 - резервный бит;
с14 - признак «Тип станции», определяющий при с14=0 ведомую СЛС, а при с14=1 ведущую СЛС;
d(0:15)=c(15:30) - служебное слово, являющееся служебным словом адресации получателя АП(0:15) или ВСК(0:15), передаваемым в ОК2 (52) в ответ на УК1 (47) соответственно с командой управления 1101 - «Передать вектор абонентов станции» или командой управления 0011 - «Передать слово ВСК станции»;
УК1К и УК2К - соответственно определены У1К (47) и УК2 (48) так, что в каждом из них кодовый определитель у(0:1)=10 заменен на инверсный !у(0:1)=01, где «!=N» - оператор операции «НЕ» на языке ABEL;
УСК - определяется УС (50) путем замены его кодового определителя k(0:1)=11 на инверсный кодовый определитель !k(0:1)=00.
Реализуемость предлагаемой технологии (47)-(53) при построении современной специализированной ЛС с централизованным детерминированным управляемым доступом 32-х СЛС с одной или несколькими дублированными ЛПИ, например с первой и второй дублированными ЛПИ с общим доступом, обуславливает учет ряда ее особенностей, основные из которых следующие.
1. Сеть содержит первую и вторую дублированные ЛПИ с общим доступом и не более 32 СЛС, каждая из которых содержит подсистему, оборудование оконечных абонентов (в частности, телефонизированные рабочие места и управляемые объекты, например радиостанции) и первый и второй дублированные модемы, имеющие одинаковый индивидуальный сетевой адрес, являющийся индивидуальным адресом станции, который определен кодом ИАС(0:4), причем каждый из модемов содержит приемопередатчик ПП и сетевой адаптер СА и используется в качестве одного из двух известных [1, 2] интерфейсных устройств ЛС с шинной топологией и централизованным детерминированным доступом к ЛПИ по принципу «команда-ответ», а именно в ведущей СЛС используется при с14=1 в качестве интерфейсного контроллера - интерфейсного УУ, а в каждой ведомой СЛС используется при с14=0 в качестве интерфейсного ОУ.
С учетом современного технического уровня подсистему в сложном случае целесообразно строить с использованием однокристального сигнального контроллера с 32-разрядной шиной данных, реализуемого, например, на отечественной микросхеме 1892ВМ3Т, содержащей центральный процессор (CPU) и цифровой сигнальный процессор (DSP) для выполнения функций управления и обработки соответственно, а оба СА можно реализовать на основе одной микросхемы, например на основе одной программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), в частности на микросхеме типа Cyclone EP1C12Q240I-7 фирмы «Altera». В такой микросхеме каждый СА будет иметь автономную схему фазовой подстройки частоты. При этом каждый СА согласно [2, с.221, рис.5.9. Организация блока слова/сообщения; 19, с.138, рис.3.8. Структура адаптера ЛВС] содержит также блок связи с подсистемой [2] (в [19] - блок сопряжения с интерфейсом + блок управления доступом), предназначенный для выполнения функций связи с подсистемой по прерываниям от СА и функций доступа СА к памяти подсистемы, декодер-преобразователь (в [2] - блок бита/слова, в [19] - блок управления приемом), предназначенный для преобразования входного последовательного кодированного сигнала принимаемого кадра, поступающего на СА от ЛПИ через ПП, в сигнал стартовой комбинации СК и параллельно-последовательный код с обнаружением ошибок, и преобразователь-кодер (в [2] - блок слова/сообщения, в [19] - блок управления передачей), предназначенный для преобразования СК и параллельно-последовательного кода отправляемого кадра в цифровой кодированный последовательный сигнал, отправляемый через ПП в ЛПИ, причем как в декодере-преобразователе, так и в преобразователе-кодере содержится последовательный вычислитель 16-разрядного слова контрольной суммы СКС(0:15), который выполнен по рекомендации MKKTTV.41 на основе технического решения [20] и содержит 16-разрядный синхронный сдвиговый регистр со сдвигом младшим разрядом вперед и параллельным выводом, и три элемента Исключающее ИЛИ.
1.1. Сеть содержит не менее двух переключающихся СЛС, каждая из которых может стать ведущей, а все остальные СЛС в сети всегда являются ведомыми.
1.2. При исправности сети и включении питания одна из всех переключающихся СЛС становится в сети ведущей, а все остальные ведомыми.
В этой связи в каждой СЛС содержатся признак переключающейся станции (ППС) и признак включения ведущей станции (ПВВС), которые программируют работу СЛС так, что СЛС при ППС=0 является всегда непереключающейся ведомой (в этой СЛС признак «Тип станции» всегда сброшен, т.е. с14=ППС=0), а при ППС=1 является переключающейся, в которой признак с14 формируется триггером Тгс14, который при включении питания с помощью сигнала системного сброса R сбрасывается или устанавливается в состояние с14=0 или с14=1 соответственно по сигналу Rc14=!ПBBC&R=1 или Sc14=ПBBC&R=1 и, соответственно, определяет переключающуюся ведомую или ведущую СЛС при включении питания, где «&», «!» и «#» - на языке ABEL операторы операций «И», «НЕ» и «ИЛИ» соответственно.
1.3. В процессе функционирования сети возможны сбои, приводящие к переходу ее в первое аномальное состояние при появлении в сети нескольких переключающихся ведущих СЛС при переключении из-за сбоя хотя бы одной ведомой переключающейся СЛС в состояние ведущей или второе аномальное состояние при исчезновении из сети ведущей СЛС при переключении ее из-за сбоя в состояние переключающейся ведомой СЛС.
1.4. Каждая переключающаяся ведущая или ведомая СЛС снабжена способностью обнаруживать соответственно первое или второе аномальное состояние сети, при обнаружении которого ведущая или ведомая СЛС вступает в состязание с другими переключающимися СЛС за захват управление сетью. При обнаружении аномального состояния и паузы переключающаяся СЛС, например, методом случайного доступа передает всем другим СЛС в УК1 (47) при МА=у10=1 глобальную команду 0000 - «Установить сеть в исходное состояние». При получении достоверной данной команды любую СЛС, кроме отправившей эту команду, безусловно устанавливают в исходное состояние ведомой СЛС, а после паузы от индивидуально адресованной в УК1 (47) СЛС в ответ отправляют ОК1 (51). В первом случае, получив достоверно ОК1 (51), ведущая СЛС интерпретирует его как сообщение о выходе сети из первого аномального состояния, а во втором случае в переключающейся ведомой СЛС, от которой отправили достоверно в сеть УК1 (47) с командой «Установить сеть в исходное состояние», при получении достоверного ОК1 (51) устанавливают признак с14 «Тип станции» и оставляют ее в сети единственной ведущей СЛС.
G
G
G
G
1.5. Каждая СЛС может обслуживать до 32-х абонентов, каждый из которых в интерпретации УС (50) имеет индивидуальный сетевой номер абонента «Q» отправителя/получателя АО/АП, определенный кодом ИАО(0:9)=К(12:21) при ИАО(0:4)=ИАС(0:4), ИАО(5:9)=ААО(0:4)=с(2:6), или сетевой индивидуальный номер абонента «G» получателя/отправителя АП/АО, определенный кодом ИАП(0:9)=к(2:11)=АП(0:9), принадлежащим служебному слову адресации получателя АП(0:15), определенного согласно (55).
2. Технология (47)-(53) инвариантна к типу преобразования (кодирования и декодирования) любого кадра для передачи его трехуровневым или двухуровневым оптическим или электрическим последовательным сигналом OZ, а с учетом всего изложенного выше ориентирована на реализацию одного из следующих предпочтительных в настоящее время, на наш взгляд, типов преобразования:
2.1. При возможности передачи через ЛПИ трехуровневого сигнала OZ целесообразно использовать преобразование {(13), (14), (15)}, предложенное в [9, с.260-262] как ВТК, использование которого позволяет создать СЛС с требуемым быстродействием при минимальных аппаратурных затратах и кодировании стартовой комбинации (СК) непосредственно перед началом передачи любого кадра, начинающегося с передачи младшего бита определителя кадра.
При возможности передачи через ЛПИ только двухуровневого сигнала и отсутствии частотных ограничений целесообразно использовать код класса 1В2В, например код Манчестер-2, формируемый по правилу ППКМ-2 (7). В этом случае на основании правила (7) в начале любого кадра в течение битового интервала передается СК=1, которая описывается в виде преобразования СК↔10.
2.2. При возможности передачи через ЛПИ только двухуровневого сигнала и наличии частотных ограничений можно использовать преобразования 4В5В и NRZI для реализации кодирования и декодирования по алгоритмам {(9.1), (10)} и {(11.1), (12)} соответственно или преобразования бита-стаффинга и NRZI для реализации кодирования и декодирования по алгоритмам {(9.2), (10)} и {(11.2), (12)} соответственно. В каждом из этих случаев СК может содержать преамбулу (последовательность единиц определенной длины для настройки битовой синхронизации декодера-преобразователя СА) и служебный символ S=11001 (см. [15, с.29, табл.1.1]), после обнаружения которого начинают принимать информационную часть любого кадра.
N
N
N
N
3. В локальной сети каждая из СЛС имеет десятичный номер N, изменяющийся от «1» до «32» и определяемый кодом ИАС(0:4), изменяющимся от 00000 до 11111. В каждой СЛС нулевой абонент, определенный кодом адреса абонента АА(0:4)=с(2:6)=00000, определяет также в памяти СЛС адрес области программирования функционирования СЛС, содержащей программируемый пакет данных станции N (ППДС)
Z
N
N
N
Z
для записи и чтения тридцати двух 32-разрядных слов программирования абонентов СПА при Z=1, …, 32 и множества, например тридцати четырех, 32-разрядных слов ПСС1-ПСС34 программирования специализации СЛС, а именно ПСС1-ПСС32 для программирования получения ПД группой соответствующих абонентов СЛС в процессе приема ИК (49) при MA=k29=1, ПССЗЗ для установки флагов программного функционирования CЛC и ПСС34 для передачи медленных разовых команд. При этом каждое 32-разрядное слово программирования абонента СПА имеет вид
где
N
Z - десятичный номер абонента СЛС, изменяющийся от «1» до «32», и определенный кодом АА(0:4)=С(2:6), изменяющимся соответственно от 00000 до 11111;
ПДАО и ПДАП - признаки доступности абонента Z для отправления и получения ИК (49) соответственно;
q(0:5) - поле для описания другой дополнительной информации об абоненте Z;
ЧСД(0:6)=к(22:28) - код числа от 1 до 128 32-разрядных слов в ПД, принадлежащем составляемому и отправляемому ИК (49);
АП(0:15) - служебное слово адресации получателя, составляемое согласно (55);
Z
р - контрольный бит, определяемый как дополнение числа всех предшествующих бит слова CПA (58) программирования абонента Z до нечетного числа.
Z
N
N
N
N
4. На основании СПА (58) определяем, что в любой СЛС абонент Z при ПДАО=ПДАП=0 отключен или отсутствует, т.е. для этого абонента СЛС не может как составлять и отправлять, так и принимать и разбирать ИК (49); при ПДАО=0 и ПДАП=1 абонент Z подключен только для приема ИК (49), т.е. для этого абонента СЛС может ИК (49) только принимать и разбирать; при ПДАО=1 и ПДАП=0 абонент Z подключен только для отправления ИК (49), т.е. для этого абонента СЛС может только составлять и отправлять ИК (49); при ПДАО=ПДАП=1 абонент Z подключен и для приема и отправления ИК (49), т.е. для этого абонента СЛС может как составлять и отправлять, так и принимать и разбирать ИК (49).
N
N
В памяти ведущей СЛС или любой переключающейся СЛС содержится область программирования функционирования локальной сети, для запоминания всех ППДС (57) как множества программируемых пакетов данных локальной сети (МППДЛС) вида
содержащего 2112=(66·32) слов, длина каждого из которых равна 32 бита.
N
N
N
При включении питания каждая СЛС тестируется при с9=0. После этого ведущая СЛС, в памяти которой содержится исходное МППДЛС (59), осуществляет инициализацию ЛС так, что для нулевого абонента каждой ведомой СЛС составляет и отправляет ИК (49) при ИАП(5:9)=k(7:11)=00000 и ЧСД(0:6)=k(22:28)=0111110, ПД=ППДС (57) которого содержит 66 слов, длина каждого из которых равна 32 битам.
Z
N
После инициализации ЛС полностью готова к работе на основе исходного МППДЛС (59) и программных обеспечений, содержащихся в памяти подсистем всех СЛС. При этом в слове СПА (58) для первого абонента Z=1 соответствующие биты и поля должны иметь следующие постоянные значения ПДАО=1, ПДАП=1, ЧСД(0:6)=0111110 для передачи в ИК (49) ПД=ППДС (57) как последовательности 66 слов, длина каждого из которых равна 32 битам.
Исходное МППДЛС (59) полностью определяет во времени начальный план связи с помощью обмена ПД между всеми доступными абонентами локальной сети, в процессе функционирования которой соответствующие фрагменты МППДЛС (59) могут медленно изменяться, например, при установлении и разъединении связи между соответствующими абонентами телефонной связи.
N
N
QG
5. Состояние каждой СЛС как элемента N сети, определенного индивидуальным кодом адреса станции ИАС(0:4), полностью определяется ППДС (57) и пересекающимся с ним множеством нумерованных векторов состояний станции {НВСС (54)}.
N
QG
От ведущей СЛС с помощью каждого установленного в ней нумерованного вектора НВСС (54), активного при (с8&с9)=1 в соответствующий промежуток времени отправляют в сеть ИК (49).
От ведомой СЛС после получения УК (47) с командой 0111 - «Передать информационный кадр» в зависимости от значения (с8&с9) осуществляется передача ИК (49) при (с8&с9)=1 или передача с(15:30)=АП(0:15) в ОК2 (52) при (с8&с9)=0.
QG
GQ
QG
QG
В процессе функционирования ЛС организуют в ведущей СЛС последовательный прием и обработку от всех СЛС всех НВАС (56), которые при с9=0 принимаются редко (СЛС при с9=0 находится в режиме самоконтроля и недоступна для обмена ПД), а при с9=1 чаще с темпом, определяемым специализацией ЛС как системы малой автоматизации, определяемой архитектурой ее СЛС. Обработку множества {НВСС (54)} реализуют на основе МППДЛС (59) и программного обеспечения ведущей СЛС, которая принимает в обработку свои НВАС (56)из своей памяти, а все остальные НВАС (56)от каждой ведомой СЛС получает в ОК2 (52) по команде 1101 - «Передать вектор абонентов станции» или при (с8&с9)=0 в ответ на УК (47) с командой 0111 - «Передать информационный кадр».
QG
QG
Z
QG
Z
QG
QG
В процессе обработки каждого НВАС (56), принадлежащего НВСС (54), ведущая СЛС может заменить в нем АП(0:15) на новое ВСАП(0:15) в процессе исполнения полученной в УК2 (48) команды 1110 - «Записать слово адресации получателя», по которой в ведомой СЛС сначала записывают ВСАП(0:15)=d(0:15)=у(15:30) в качестве нового АП(0:15) в СПА(58), а затем устанавливают очередной НВСС (54) с помощью очередного СПА (58) при ПДАО=1 для следующего в очереди АО. Кроме того, в ведомой СЛС установление очередного НВСС (54) осуществляют по команде 1000 - «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС» либо после передачи любой СЛС ИК (49) при ММО=0.
QG
QG
QG
QG
QG
QG
6. С учетом сказанного в ведущей СЛС информационный процесс составления, отправления в сеть и получения из сети и разборки шести типов кадров (47)-(49), (51)-(53) осуществляют с помощью процесса обработки и запоминания в памяти ведущей СЛС текущего множества {НВАС (56) при с9=1, ПДАО=1} для всех АО всех СЛС сети с на основе классификации (определения) нумерованных состояний AO при с9=1 в зависимости от значений битов с8, МА=АП10, ММО=АП11, ПТА=АП12, ПИВ=АП13, ПВВ=АП14 и ПНВА=АП15 так, что при ПТА=0 определяют нумерованное пассивное (ПС) или активное (АС) состояние абонента-автомата АО на основе выражений
QG (или GQ)
а при ПТА=1 определяют одно из шести следующих нумерованных состояний абонента-человека AO, а именно:
QG
(или GQ)
состояние ожидания (СО) входящего или исходящего вызова или перехода в состояние установленной циркулярной связи
QG (или GQ)
состояние исходящего вызова телефонной связи (СИВТС)
QG
(или GQ)
состояние входящего вызова телефонной связи (СВВТС)
QG(или GQ)
состояние недоступности абонента телефонной связи (СНАТС)
QG
(или GQ)
состояние установленной телефонной связи (СУТС) между двумя АО
QG
(или GQ)
состояние установленной циркулярной связи (СУЦС)
где
QG
GQ
GQ
QG
Q (или G) - определенный в ИК (49) кодом ИAO(0:9)=k(12:21) любой индивидуальный сетевой номер абонента отправителя АО (или АО) с указанием индивидуального сетевого номера G (или Q) абонента получателя АП (или АП), определенного кодом ИAП(0:9)=k(2:11).
7. Далее рассмотрим последовательно реализацию в сети автоматической связи, полуавтоматической телефонной связи и полуавтоматической циркулярной связи, которые используются для реализации в сети телефонной и/или циркулярной связи между автоматизированными рабочими местами.
QG
Z
QG
QG
QG
QG
Z
QG
QG
7.1. В каждой СЛС при с9=1 соответствующий абонент-автомат отправитель AO определен в СПА (58) при ПДАО=1, МА=Х, ММО=1 и ПТА=0. При этом установку такого АО в нумерованное пассивное состояние ПC (60.1) можно часто не делать, так как она приводит только к передаче в сеть от ведомой СЛС ОК2 (52) при с(0:15)=АП(0:15) в ответ на прием от ведущей СЛС УК1 (47) с командой 0111 - «Передать информационный кадр». В каждой СЛС установку АО в активное состояние АС (60.2) осуществляют автоматически с частотой, определяемой специализацией сети как системы малой автоматизации. В этой связи в любой СЛС в соответствующий момент времени с помощью СПА (58) устанавливают очередной нумерованный вектор абонента НВАС (56), определяющий активное нумерованное состояние абонента-автомата АС (60.2), означающее готовность СЛС для передачи ИК (49). От ведущей СЛС этот ИК (49) отправляют в сеть в соответствующий промежуток времени, а от любой ведомой СЛС этот ИК (49) отправляют в сеть только после получения УК (47) с командой 0111 - «Передать информационный кадр».
QG
Далее в любой СЛС после отправления в сеть ИК (49) при ММО=1 устанавливают следующий НВАС (56)только при получении от ведущей СЛС в УК1 (47) команды 1000 - «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС».
QG
После получения ИК (49) индивидуально адресованная ведомая СЛС отправляет ОК1 (51) только при получении ИК (49) при MMO=k30=1. Ведущая СЛС, получив ОК1 (51) от ведомой СЛС, принявшей ранее ИК (49) при MMO=k30=1, отправляет УК1 (47) с командой 1000 - «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС» ведомой СЛС, передавшей ранее ИК (49) при MMO=k30=1. В ведомой СЛС после получения в УК1 (47) команды 1000 - «Переключить нумерованный вектор СЛС» сбрасывают с8 и отправляют от нее ОК1 (51), а затем осуществляют в ней установление следующего приоритетного нумерованного вектора состояния станции НВСС (54).
QG
GQ
Z
QG
GQ
QG
QG
GQ
GQ
QG
GQ
7.2. В каждой СЛС при с9=1 соответствующий телефонный абонент отправитель AO (или ) определен в СПА (58) при ПДАO=1, ПДАП=1, МА=0, ММО=0 и ПТА=1 так, что в телефонной связи (ТС) могут участвовать любые два абонента сети, например вызывающий «Q» и вызываемый «G». Поэтому вызывающий АО может реализовать в сети с доступным вызываемым АО сеанс ТС, описываемый графом переходов состояний АО (ГПСАО) и графом переходов состояний АО (ГПСАО). В процессе проведения сеанса эти графы описывают траектории состояний AO и AO согласно выражениям
QG
QX
QG
QG
QG
G
G
ZX
GX
G
GX
GX
X
Q
GQ
Сеанс связи {(67), (68)} начинается с поднятия трубки абонентом «Q» и набора номера вызываемого абонента «G», что приводит к переходу АО из состояния ожидании СО в состояние СИВТС вызова абонентом «Q» абонента «G». Установление связи между абонентами «Q» и «G» ведомых СЛС осуществляется под управлением ведущей СЛС с помощью трех команд: передаваемой в УК1 (47) команды 1000 - «Переключить нумерованный вектор СЛС»; передаваемой в УК2 (48) команды 1110 - «Записать слово адресации получателя»; передаваемой в УК1 (47) команды 0111 - «Передать информационный кадр». В некоторый текущий момент времени работы ведущая СЛС в ответ на команду 0111 - «Передать информационный кадр» принимает в ОК2 (52) вектор НВАС (56) с СИВТС. В ответ на ОК2 (52) отправляет в УК1 (47) команду 1000 - «Переключить нумерованный вектор СЛС», а также выделяет и запоминает код АП(0:15) и код ВСАП (0:15), определяющие соответственно номера абонентов «G» и «Q». Далее ведущая СЛС по некоторой очередной команде 0111 - «Передать информационный кадр» принимает ОК2 (52) с очередным HBAC (56) с СО так, что по коду АП(0:9) при G=Z обнаруживают НВАС (56) с СО, что означает незанятость вызываемого абонента «G». В этом случае ведущая СЛС отправляет в УК2 (48) команду 1110 - «Записать слово адресации получателя», по которой в ведомой СЛС производят сначала замену АП(0:15) на входящее слово адресации получателя ВСАП (0:15), которое соответствует переходу вызываемого абонента «G» в состояние СВВТС, а затем осуществляют переключение вектора (56).
GQ
GQ
GQ
GQ
QG
QG
GQ
G
G
QG
При обнаружении этого события (перехода в СВВТС) вызываемый абонент «G» поднимает трубку, что вызывает переход АО из СВВТС в СУТС. В некоторый текущий момент времени работы ведущая СЛС в ответ на команду 0111 - «Передать информационный кадр» принимает в ОК2 (52) вектор НВАС (56) с СИВТС при СУТС. В этом случае ведущая СЛС отправляет в УК2 (48) команду 1110 - «Записать слово адресации получателя», по которой в ведомой СЛС производят сначала замену АП(0:15) на ВСАП (0:15), который соответствует переходу вызываемого абонента «Q» в состояние СУТС, и осуществляют переключение вектора (56).
QG
GQ
QG
QG
GQ
GQ
QG
QG
GQ
GQ
QG
(или GQ)
QG
QG
При CYTC и СУТС между абонентами «Q» и «G» установлена ТС, которая реализуется таким образом, что в обработку НВАС (56) с СУТС (или НВАС (56)с СУТС) поступает всегда при с8=1 так, что по команде 0111 - «Передать информационный кадр» отправляют ИК (49) от абонента «Q» (или «G») абоненту «G» (или «Q»). После окончания передачи ИК (49) в отправителе переключают НВАС (56) с СУТС (или HBAC (56) с СУТС) без изменения, если отправитель находится в состоянии установленной связи (65), либо с переводом в состояние СНАТС (64), если отправитель «Q» (или «G») положил трубку - перешел в состояние ожидания (61). При обнаружении этого события другой абонент «G» (или «Q») опускает трубку, что вызывает возврат абонентов «Q» и «G» в исходные состояния СО и CO соответственно.
QG
Если абонент «Q» принадлежит ведущей СЛС, а абонент «G» - ведомой СЛС, то все операции по управлению траекторией состояний ее абонента «Q» осуществляются во времени программно в самой ведущей СЛС согласно ГПСАО (67).
QG
GQ
Если абоненты «Q» и «G» принадлежат ведущей СЛС, то все операции по управлению траекториями состояний ее абонентов осуществляются во времени программно в самой ведущей СЛС согласно ГПСАО (67) и ГПСАО (68).
QG
QG
Q
QG
Если в начале организации сеанса ТС между абонентами «Q» и «G» обнаруживается при поступлении НВАС (56) с СИВТС недоступность абонента «G» (при занятости абонента «G» или его отключении от сети), то траектория состояний вызывающего АО описывается графом переходов ГПСАО вида
QG
(или GQ)
QG
(или GQ)
QG
(или GQ)
N
QG
(или GQ)
QG
(или GQ)
QG
7.3. В циркулярной связи (ЦС) принимают участие абоненты группы {АО} так, что при с9=1, МА=1, ММО=0 и ПТА=1 любой АО группы, устанавливающий на рабочем месте переключатель ЦС в состояние «ЦС включена», с помощью микрофона передает речевое сообщение одновременно всем другим абонентам группы {AO}, которые адресованы в ИК (49) ЦС кодом ИAO(0:4)=k(12:16), а также кодом ИАП(5:9)=k(7:11) и/или кодом ИАО(5:9)=k(17:21). В каждой СЛС, участвующей в ЦС, абоненты получатели ИК (49) ЦС определяются с помощью кода ИAO(0:4)=k(12:16), адресующего одно из слов ППСС1, …, ППСС32 (содержится в ППДС (57)), соответствующий единичный бит которого, адресуемый кодом ИАП(5:9)=k(7:11)≠00000 и/или кодом ИАО(5:9)=k(17:21)≠00000, полностью определяет при приеме ИК (49) в одной СЛС до двух абонентов ЦС. После передачи сообщения любой АО группы возвращает переключатель ЦС в состояние «ЦС отключена». Поэтому в ЦС траектория состояния любого AO группы описывается графом переходов ГПСАО вида
Если в ЦС принимают участие все СЛС сети, то в каждой СЛС для каждого абонента ЦС может выполняться операция микширования до 63 речевых сигналов ЦС.
j
k
j
k
j
k
j
k
8. Согласно (47)-(53) и п.7.1 при отсутствии сбоев полный формат передачи одного ПД от СЛС к CЛC (ФППД (СЛС→СЛС)) как при СЛС ≠СЛС, так и при СЛС=СЛС описывается при ММО=1 выражением
где
УК1 (0111)-УК1 (47) с командой «Передать информационный кадр»;
УК1 (1000)-УК1 (47) с командой «Переключить нумерованный вектор состояния СЛС».
На основании (1), (5) и (71) накладные расходы на передачу одного ПД в формате (71) без учета затрат на передачу самого ПД и затрате на передачу СК в один бит оцениваются величиной
а качество конкретной вышеописанной реализации ЛС оценивается вектором
совпадающего с требуемым вектором (16) при КТК=6 и НКБИ=141 бит.
Сравнивая (45) с (72), получаем
j
k
что при CЛC≠CЛC накладные расходы предлагаемой технологии примерно на 92% меньше накладных расходов технологии [18].
При ЧСД=8, сравнивая (46) с (72), получаем
j
k
что при СЛС=СЛС накладные расходы предлагаемой технологии в среднем на 231% меньше накладных расходов технологии [18].
Непосредственно из описаний аналога [1], прототипа [18] и предлагаемого способа работы ЛС следует, что благодаря существенным признакам предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом [18] повышение качества ЛС за счет как обеспечения механизма автоматического выхода сети из первого или второго сбойного аномального состояния соответственно при появлении в ней более одной ведущей СЛС или исчезновении из нее ведущей СЛС, так и уменьшения количества типов кадров с 12 до шести и сокращения накладных расходов при передаче ПД от одной СЛС к другой на 92% (см. оценку (74)), а между абонентами одной ведомой СЛС в среднем на 231% (см. оценку (75)).
Кроме того, по сравнению с прототипом [18] использование предлагаемого способа работы ЛС при построении системы малой автоматизации дает возможность относительно просто реализовать телефонную связь (см. п.7.2) и циркулярную связь (см. п.7.3).
Литература
1. ГОСТ 26765.52-87. Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей.
2. Организация последовательных мультиплексных каналов систем автоматического управления. С.Т.Хвощ, В.В.Дорошенко, В.В.Горовой. Под общ. ред. С.Т.Хвоща. - Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989. - 271 с., ил.
3. О.И.Николайчук. Системы малой автоматизации. /О.И.Николайчук - М.: СОЛОН-Пресс, 2003, 256 с. - (Серия «Библиотека инженера»).
4. Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектура, принципы построения, реализация: Пер. с англ. / Предисл. В.Л.Макарова. - М: Финансы и статистика, 1986, - 359., ил.
5. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1990. - 332 с., ил.
6. Т.И.Иванова. Абонентские терминалы и компьютерная телефония. - М.: Эко-Тренз, 2001. - 240 с., ил.
7. Лагутенко О.И. Современные модемы. - М.: Эко-Тренз, 2002. - 344 с.: ил.
8. Щербо В.К. и др. Стандарты по локальным вычислительным сетям: Справочник / В.К.Щербо, В.М.Киреичев, С.И.Самойленко; Под ред. С.И.Самойленко - М.: Радио и связь, 1990. - 304 с., ил.
9. Ю.В.Новиков, Д.Г.Карпенко. Аппаратура локальных сетей: функции, выбор, разработка. /Под общ. ред. Ю.В.Новикова. - М.: Издательство ЭКОМ, 1998. - 288 с., ил.
10. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. - СПб: Питер, 2001. - 672 с., ил.
11. Новиков Ю.В, Кондратенко С.В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. - М.: Издательство ЭКОМ, 2002. - 312 с., ил.
12. Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети: Учебн. пособие для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. - 608 с., ил. - (Сер. Информатика в техническом университете).
13. Данилевский Ю.Г. и др. Информационная технология в промышленности. / Ю.Г.Данилевский, И.А.Петухов, B.C.Шибанов. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1988. - 288 с., ил.
14. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник / С.А.Аничкин, С.А.Белов, А.В.Бернштейн и др.; Под. ред. И.А.Мизина, А.П.Кулешова. - М.: Радио и связь, 1990. - 504 с., ил.
15. М.Гук. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. - СПб.: Питер, 2005. - 573 с., ил.
16. Вербовецкий А.А. Основы проектирования цифровых оптоэлектронных систем связи. - М.: Радио и связь. - 2000 - 160 с., ил.
17. Сухман С.М., Бернов А.В., Шевкопляс Б.В. Синхронизация в телекоммуникационных системах. Анализ инженерных решений. - М.: Эко-Трендз, 2002. - 272 с., ил.
18. «Форматы слов перспективного стандарта передачи информации по МК» на рис.2.17, с.95 и «Сообщения перспективного стандарта передачи информации по МК» на рис.2. 18, с.96 в книге: Организация последовательных мультиплексных каналов систем автоматического управления. С.Т.Хвощ, В.В.Дорошенко, В.В.Горовой. Под общ. ред. С.Т.Хвоща. - Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989. - 271 с., ил. Прототип.
19. Телекоммуникационные системы и вычислительные сети: Учебн. Пособие. /Б.В.Костров. - ТЕХБУК, Москва, 2005. - 256 с.
20. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. - М.: Мир, 2001. - 379 с., ил. - (Современная схемотехника): С.321, рис.8.8. Последовательный вычислитель 16-разрядной циклической контрольной суммы на регистре сдвига.