RU2568785C2 - Способ передачи сообщений оптическими сигналами между устройствами рефлективной памяти - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в ускорении обслуживания запросов абонентов на передачу сообщений. Способ передачи сообщений оптическими сигналами между устройствами рефлективной памяти (УРП), объединенными оптическим каналом из двух линий, в котором сообщения передаются последовательно через три цепочки пассивных оптических узлов (ПОУ), пронумерованных по направлению передачи сообщений и включенных в разрыв оптического канала, при этом сообщение при передаче через ПОУ сначала поступает на два пассивных оптических ответвителя (ОТВ), по одному на линию, с которых часть сигнала поступает в блок управления ПОУ (БУП) УРП для приема, а другая часть сигнала поступает на пассивный оптический переключатель (ПРКЛ), где сообщение может быть преобразовано; источником исходных сообщений для преобразования в канале является блок создания и ретрансляции сообщений (БСРС), который посылает в первую цепочку либо заготовки сообщений, сформированных в БСРС из сигналов, полученных с генератора оптических сигналов, либо сообщения, сформированные из сообщений, полученных с выхода второй цепочки ПОУ. 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

Description

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к передаче данных между абонентами.

Во многих современных управляющих и измерительных системах для информирования активных устройств системы (далее абонентов) об изменениях в значениях глобальных переменных используются устройства рефлективной памяти (УРП), которые должны предельно быстро доставлять значение глобального переменного, полученного в одном из абонентов цифровой системы, всем остальным с быстрым оповещением всех абонентов об ошибке в приеме сообщения хотя бы одним из них.

Наиболее жесткие требования к системе УРП предъявляют управляющие и измерительные системы, в которых недостаточное быстродействие, низкая скорость реакции на происходящие события и низкая отказоустойчивость системы не только ухудшают параметры системы, но могут быть критичными. Часто требуются системы УРП с малым потреблением энергии.

В мультипроцессорных системах с разделяемой памятью давно используются системы рефлективной памяти для извещения других процессоров об изменениях, вызванных выполнением команд записи (например, Multiprocessor system with reflective memory data transfer device. United States Patent. Patent Number 5,255,369. Issued October 19, 1993).

В качестве прототипа выбран способ передачи сообщений оптическими сигналами между устройствами рефлективной памяти в системе из устройств рефлективной памяти PCIE-5565RC (PCIE-5565RC Reflective Memory PCI Express Node Card. URL: http://psirep.com/system/files/pcie-5565rc_ds_gfa1814a.pdf?width=900&height=675&iframe=true.

Real Time Networking with Reflective Memory. GE Fanuc Embedded Systems. URL: http://www.ecrin.com/embedded/downloads/reflectiveMemory.pdf), ориентированный на применение в управляющих и измерительных системах. В данном способе для связи цифровых объектов использованы оптические каналы связи. Причем при входе в абонент разрываются оптические связи, оптические сигналы превращаются в электрические сигналы, принятое из канала сообщение сохраняется в абоненте и при необходимости преобразовывается. Для передачи нового сообщения или ретрансляции полученного из канала сообщения электрические сигналы вновь преобразуются в оптические сигналы и посылаются далее в канал. Система УРП с таким активным оптическим каналом, требующим энергопотребления для перечисленных преобразований, представлена на фиг. 1.

Недостатки способа передачи, примененного в прототипе, заключаются в пониженной отказоустойчивости из-за включения электронной аппаратуры абонентов в канал, задержках передаваемого сообщения из-за его сохранения в аппаратуре абонента, высоком энергопотреблении из-за необходимости формировать в абонентах оптические сигналы, а также ограничении пропускной способности канала, определяемого одной оптической линией для передачи сообщений.

Технический результат предлагаемого способа состоит в организации действий абонентов системы УРП, обеспечивающих

- повышенную отказоустойчивость,

- уменьшенное энергопотребление узлов,

- ускорение обслуживания запросов абонентов на передачу сообщений, ускорение обнаружения ошибок приема сообщения и информирования об этих ошибках участников передачи,

- увеличение пропускной способности канала,

- возможность введения дополнительных функций по обработке сообщений непосредственно в канале без задержки сообщений.

При этом способ гарантирует право передачи сообщения всем абонентам и достаточно универсален для возможности построения на его основе различных протоколов взаимодействия абонентов.

Технический результат достигается тем, что N устройств рефлективной памяти объединены оптическим каналом из двух линий, в котором сообщения передаются последовательно через три цепочки пассивных оптических узлов (ПОУ), по N узлов в каждой (ПОУ в цепочках и УРП пронумерованы в направлении передачи сообщений от 1 до N, 1≤i≤N, где i - текущий номер УРП или ПОУ), включенных в разрыв оптического канала, при этом сообщение при передаче через ПОУ сначала поступает на два пассивных оптических ответвителя (ОТВ), по одному на линию, с которых часть сигнала поступает в блок управления ПОУ (БУП) УРП для приема, а другая часть сигнала поступает на пассивный оптический переключатель (ПРКЛ) (в 3-й цепочке ПРКЛ отсутствуют), где сообщение может быть преобразовано, причем сигнал в первой линии соответствует логической 1, во второй - логическому 0, отсутствие сигналов есть синхросигнал, и логические преобразования производятся в переключателях под управлением электрических сигналов из блока управления пассивными оптическими узлами устройства рефлективной памяти побитово, переключением сигнала из одной линии в другую без задержки передаваемых сообщений, формируя управляющий код переключения каждый раз до прихода очередного бита сообщения, либо создавая этим новое сообщение, либо передавая сообщение без изменения, причем при отсутствии управляющего сигнала переключатель превращается в пассивный участок линий канала; источником исходных сообщений для преобразования в канале является блок создания и ретрансляции сообщений (БСРС), который посылает в первую цепочку либо заготовки сообщений, сформированных в БСРС из сигналов, полученных с генератора оптических сигналов, либо сообщения, сформированные из сообщений, полученных с выхода второй цепочки ПОУ; при выполнении передачи сообщений БУП каждого i-го УРП получает сигналы с ответвителей i-го ПОУ первой цепочки, (N-i+1)-го ПОУ второй цепочки и i-го ответвителя третьей цепочки, а также выдает управляющие коды на переключатели i-го ПОУ первой цепочки и (N-i+1)-го ПОУ второй цепочки, обеспечивая тем в N УРП одновременную передачу нескольких разных сообщений, причем в каждом УРП возможно одновременное выполнение трех фаз передачи сообщения: обнаружение права передать сообщение и формирование под управлением БУП сообщения в первой цепочке ПОУ, прием другого сообщения из второй цепочки ПОУ с записью без задержки в это же, продолжающее передаваться по каналу сообщение, признака правильности приема и прием из третьей цепочки признака правильности приема всеми УРП третьего сообщения, при этом обмен БУП с УРП в каждом узле готовыми к выдаче и принятыми сообщениями осуществляется соответственно по двум каналам.

БСРС ретранслирует сообщение, полученное с выхода последнего узла первой цепочки ПОУ в начало первой цепочки ПОУ, и при выполнении передачи сообщений БУП каждого i-го УРП получает сигналы с ответвителей i-го ПОУ первой цепочки, i - го ПОУ второй цепочки и i-го ответвителя третьей цепочки, а также выдает управляющие коды на переключатели i-го ПОУ первой цепочки и i-го ПОУ второй цепочки.

Для передачи сообщений используется только одна первая цепочка ПОУ, и выполнение трех фаз передачи сообщений каждое БУП осуществляет в своем ПОУ последовательно, при этом после выдачи сообщения источником требуется два прохода сообщения по кольцу, и источник устанавливает без задержки в сообщении признак для возврата сообщения через БСРС в начало цепочки и для выполнения следующей фазы передачи сообщения остальными участниками передачи сообщения: при первом проходе - фазы приема сообщения с проверкой правильности приема, а при втором - фазы приема признака правильности приема всеми УРП.

БСРС формирует заготовки сообщений, представляющие собою последовательность сообщений фиксированной длины, каждое из которых содержит метку «сообщение свободно», информирующую блоки управления ПОУ в первой цепочке о возможности сформировать сообщение в канале; при наличии сообщения, готового к передаче, БУП изменяет без задержки значение метки на «сообщение занято», формирует в канале из сообщения заготовки последовательность оптических сигналов, соответствующую значению этого сообщения путем коммутации оптического парафазного сигнала со входа ПОУ на выход, и снабжает его оригинальным идентификатором; сообщения с меткой «сообщение занято» блоки управления ПОУ принимают из второй цепочки ПОУ, проверяют правильность приема и устанавливают в проходящем сообщении признак ошибки правильности приема; этот признак в сообщении, поступившем в третью цепочку, характеризует правильность приема данного сообщения всеми приемниками УРП и через ответвители третьей цепочки принимается блоками управления всех ПОУ для фиксации правильного или с ошибкой завершения операции передачи этого сообщения всем его приемникам; причем первое сообщение в заготовке помечено как главное и, при формировании в нем сообщения для передачи, БСРС возвращает его в первую цепочку, где БУП источника этой передачи преобразует это сообщение в свободную заготовку с меткой «сообщение свободно».

Техническая сущность и принцип действия предложенного способа поясняются чертежами.

Фиг. 1. Система УРП с активным кольцевым оптическим каналом.

Фиг. 2. Система УРП с пассивным конвейерным оптическим каналом-лентой.

Фиг. 3. Две топологии пассивного конвейерного оптического канала: лента и кольцо.

Фиг. 4. Система УРП с пассивным кольцевым оптическим каналом.

Фиг. 5. Пассивный оптический узел на четырех интерферометрах Маха-Цандера.

Фиг. 6. Система передачи сообщений между УРП по пассивному оптическому конвейерному каналу с использованием программируемых контроллеров.

Фиг. 7. Система передачи сообщений между УРП по пассивному оптическому конвейерному каналу с использованием жесткой логики.

Опишем предложенный способ передачи сообщений оптическими сигналами между устройствами рефлективной памяти. Рассмотрим сначала устройства и структуры связей системы УРП, с помощью которых осуществляется способ.

На фиг. 2 представлена конвейерная линейная система передачи сообщений с топологией канала, названной каналом-лентой (подробнее ниже). Она состоит из трех последовательно соединенных цепочек пассивных оптических узлов (ПОУ), соединенных парафазным пассивным оптическим каналом (состоящим из двух оптических линий). Заготовки сообщений поступают в первую цепочку из блока создания и ретрансляции сообщений (БСРС), где они формируются из периодической последовательности импульсов с генератора оптических сигналов (ГОС). В первой цепочке выделяются абоненты, которым предоставляется право передать сообщение в канал путем преобразования проходящей заготовки; сообщения из второй цепочки принимается всеми абонентами-приемниками с контролем приема и записью в проходящее дальше сообщение результатов контроля; сообщение в третьей цепочке информируют всех абонентов о результатах получения данного сообщения всеми потребителями данного сообщения во второй цепочке. Все эти фазы выполняются под управлением блока управления ПОУ (БУП), расположенного между ПОУ и УРП. Сообщения с выхода второй цепочки поступают также на вход БСРС.

На фиг. 3 показано, что цепочки ПОУ могут быть объединены и в канал-кольцо. Топология системы с каналом-кольцом отличается от топологии системы с каналом-лентой, как видно из рисунка, порядком соединения цепей и местом разветвления в канале для ретрансляции сообщений обратно в начало канала: в первом случае первая и вторая цепочки принимают форму круга, их концы возвращаются соответственно к началу следующих второй и третьей цепочек, и точка возврата в БСРС находится в конце первой цепочки; во втором случае в таком возврате к началу нет необходимости, а соединение цепочек происходит фактически в группах оконечных ПОУ, и передача во второй цепочке идет в противоположном направлении 1-й и 3-й цепочек, а точкой возврата в БСРС является выход последнего ПОУ во второй цепочке по ходу следования сигналов. Кабель для соединения групп ПОУ можно представить состоящим из 3-х оптических парафазных линий. Таким образом, первая, вторая и третья цепочки реализуют соответственно фазу выдачи сообщения, фазу приема и фазу завершения операции, в которой все участники передачи информируются о корректном или ошибочном завершении операции передачи. Каждый УРП в этом случае сопрягается с группой из трех ПОУ, изображенных заштрихованными квадратиками на фиг. 3. Конвейерные топологии увеличивают пропускную способность системы.

В целях упрощения системы данный способ может быть реализован и на одной цепочке ПОУ, как изображено на фиг. 4. В этом случае одна цепочка совмещает функции трех цепочек, и три фазы передачи сообщения будут выполняться на ПОУ последовательно.

Блок управления ПОУ (БУП) предназначен для согласования среды передачи с УРП. При реальном исполнении может быть совмещен с УРП. Предполагается, что обмен БУП с УРП осуществляется по двум каналам соответственно для выдачи и приема сообщений.

Центральным устройством предлагаемого способа являются пассивные оптические узлы (ПОУ), представляющие собою последовательно соединенные ответвители (ОТВ) и переключатели (ПРКЛ), совмещающие функции коммутации и вычисления в канале. Через ОТВ сигнал передается в ПРКЛ, одновременно часть сигнала ответвляется в УРП для анализа и приема. В ПРКЛ оптический сигнал переключается между линиями под управлением электрических сигналов, поступающих из БУП, в соответствии с определенной таблицей, чем обеспечивается побитовое преобразование сообщения непосредственно в канале и без задержки. Рассмотрим схему одного ПОУ, представленного на фиг. 5 с соответствующей таблицей переключения для ПРКЛ. Использовано четыре оптических ключа M1-М4, реализованных на интерферометрах Маха-Цандера (Green W.M., Rooks M.J., Sekaric L., Vlasov Y.A. Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator // Optics Express, Vol. 15, Issue 25, P. 17106-17113). На каждый переключатель поступает электрический управляющий сигнал, обозначенный также как и переключатель. Оптические сигналы поступают в ПОУ на два входа a и b, далее сигналы через два ответвителя end поступают на два входа ПРКЛ и по скоммутированным сигналами управления M1-М4 оптическим линиям ПРКЛ передаются на выход. Каждый из четырех переключателей в зависимости от значения сигнала управления (М=0/1) направляет оптический сигнал на один из выходов, как показано в правом верхнем углу фиг. 5.

В нижнем правом углу фиг. 5 представлен оптический переключатель на интерферометре Маха-Цандера, применяемый в вычислительной технике для модуляции и коммутации сигналов. Сигнал поступает только на один из входов 1 или 2 переключателя и далее в 3 dB разветвитель, где разделяется поровну и поступает в два плеча интерферометра. На электроды 5 плеча со входа 4 подается напряжение, изменяющее состояние физической среды плеча, что приводит к сдвигу фазы проходящего через него сигнала. Этот сигнал и сигнал из второго плеча далее поступают в разветвитель 6, который в зависимости от сдвига фазы сигнала направляет его на выход 7 или 8. Будем считать, что при отсутствии управляющего электрического сигнала оптический сигнал, поступивший на вход 1 (2), поступит соответственно на выход 7 (8). При отсутствии управляющего сигнала этот переключатель действует как пассивный участок линии канала, что повышает отказоустойчивость системы. Скорость прохождения сигнала через ПРКЛ при установленном управляющем сигнале или при его отсутствии равна скорости распространения сигнала в оптическом канале и ПРКЛ не вносит дополнительной задержки, а УРП расходует энергию только на переключение оптических каналов, которая намного меньше, чем расходуемая в активном канале.

Таблица переключения для рассматриваемого ПОУ представлена ниже.

Будем использовать парафазное кодирование: "1" представлена сигналом только на входе а, "0" представлен сигналом только на входе b, отсутствие сигналов является паузой и может быть использовано для синхронизации, четвертая комбинация не используется. Пусть на входы ПРКЛ поступает двоичный сигнал х. Тогда при выполнении первой строки таблицы входы будут скоммутированы на выходы а→а, b→b, и на выходных линиях а и b появится х, то есть будет реализована функция z=x. Вторая строка таблицы a→b, b→a дает на выходе инверсию x (z=HE(x)). Третья и четвертая строки реализуют соответственно Const 1 и Const 0. Использование строки 5 таблицы дает аналогичные строке 1 результаты для выходов а′ и b′ вместо выходов а и b, то есть на выходы а и b сигналы не передаются, что приводит к увеличению длительности паузы между оптическими сигналами.

При установленных сигналах управления ПРКЛ оптический сигнал (соответствующий биту сообщения) пройдет через него без задержки (без остановки сообщения). Код функции может быть безусловным, или зависеть от предыдущих разрядов сообщения, или любых других значений, содержащихся в БУП. Когда при вычислении кода функции нет зависимости от значения предыдущего разряда, управление ПОУ может быть организовано и конвейерно, то есть за период передачи через ПРКЛ сигнала, соответствующего разряду сообщения, может быть вычислен код функции для переключения следующего сигнала (следующего разряда сообщения), который пройдет через ПРКЛ без задержки. Такой режим может уменьшить период следования оптических сигналов с генератора оптических сигналов.

Теперь подробно рассмотрим выполнение предлагаемого способа передачи сообщений между УРП на примере продвижения сообщения от БСРС по каналу для трех вариаций способа (ВС):

- ВС1. Конвейерный канал-лента, сообщения фиксированной длины с метками занятости,

- ВС2. Конвейерный канал-лента, сообщения произвольной длины с метками занятости,

- ВС3. Канал-кольцо, сообщения фиксированной длины с метками занятости.

ВС1. Система УРП с пассивным конвейерным оптическим каналом-лентой представлена на фиг. 2. При начальном пуске системы БСРС выдает последовательность парафазных оптических сигналов. Эта последовательность сигналов кодирует последовательность информационных сегментов фиксированной длины, каждый из которых представляет собою последовательность логических 1, которой предшествует свободный маркер и которую завершает концевик, причем в первом сегменте маркер помечен как главный. Свободный маркер задается меткой занятости q=1, главный маркер - признаком gm=1, в остальных (второстепенных) маркерах признак gm=0. В концевике расположен признак контроля правильности приема q1, исходно равный 1. Эти выдаваемые БСРС сегменты также называем заготовками свободных сообщений (ЗГТ).

БУП первой цепочки ПОУ анализируют маркеры, проходящие по оптическому каналу. При обнаружении свободного маркера и при готовности УРП выдать сообщение, БУП без задержки продвижения сегмента по каналу устанавливает в сегменте бит q в 0, что означает «сегмент занят», и формирует оптический код сообщений из заготовки, например, с помощью функций Const 0 и Const 1 Таблицы 1. Для различения сообщений в группе сообщений, одновременно размещенных в канале, в данном описании принимаем, что при выдаче вместе с сообщением в сегмент записывается идентификатор сообщения (IS), состоящий из № узла и № выданного узлом сообщения, а в блоках выдачи и приема УРП есть аппаратура, поддерживающая очереди готовых, выданных и принятых сообщений с идентификаторами и признаками завершения операции передачи сообщения от источника УРП всем приемникам УРП. Признак завершения содержит бит правильности доставки сообщения всем приемникам УРП. Значение № выданного сообщения может быть использовано снова после завершения операции.

Занятый сегмент, попав во вторую цепочку ПОУ, последовательно в БУП всех УРП идентифицируется как требующий приема, и сообщение последовательно принимается всеми приемниками системы УРП. При приеме осуществляется контроль доставки сообщения и, если прием произошел с ошибкой, то БУП в q1 записывает 0, в противоположном случае значение q1 в сегменте не изменяется. Это осуществляется с помощью функций Const 0 и z=x Таблицы 1. Таким образом, после приема сообщения всеми приемниками УРП, признак q1 в сообщении содержит информацию об удачной (или наоборот) доставке этого сообщения всем УРП.

Информирование всех УРП о завершении операции передачи сообщения всем УРП-приемникам осуществляется в третьей цепочке ОТВ с помощью БУП. Признак правильности приема проходящего по каналу сообщения всеми приемниками УРП «приписывается» к ранее принятому сообщению с таким же идентификатором. Сообщение из второй цепочки (первой при топологии кольцо по п. 3 Формулы) поступает в БСРС. Если сообщение с главным маркером, то оно ретранслируется в начало первой цепочки после анализа маркера и после завершения выдачи БСРС второстепенного сегмента, то есть БСРС вносит некоторую задержку при ретрансляции сообщения в канал и имеет в своем составе регистр для сохранения маркера на это время. Сообщения с второстепенными маркерами в канал не ретранслируются.

При отсутствии сообщения с главным маркером в течение интервала времени, превышающего критический, БСРС инициирует подачу заготовки сообщения с главным маркером в первую цепочку ПОУ.

Переданное в первую цепочку ПОУ сообщение с занятым главным маркером с помощью идентификатора обнаруживается БУП того абонента, который его посылал в канал и БУП устанавливает метку q в 1, а также поле данных и признак q1 в «1». Таким образом, при интенсивном занятии узлами сообщений-заготовок с второстепенными маркерами, маркер с признаком gm=1 гарантирует любому узлу возможность передать свое сообщение.

ВС2. Во втором варианте УРП имеют возможность выдавать сообщения произвольной длины. При начальном пуске системы БСРС выдает заготовку сообщения произвольной длины, то есть свободный маркер и последовательность логических 1. Далее продвижение происходит аналогичным образом с двумя принципиальными отличиями: 1) БУП сам определяет длину сообщения, сам формирует концевик с q1 и после передачи сообщения в канал формирует свободный маркер, используя функции Таблицы 1; 2) БСРС ретранслирует лишь свободный маркер, который встраивается в последовательность логических 1, поступающих с генератора оптических сигналов. При отсутствии свободного маркера в течение интервала времени, превышающего критический, БСРС инициирует подачу заготовки сообщения со свободным маркером в первую цепочку ПОУ.

ВС3. В третьем варианте способа для системы УРП с пассивным кольцевым оптическим каналом, представленной на фиг. 4, остается одна цепочка ПОУ, замкнутая через БСРС в кольцо. ПОУ под управлением БУП последовательно (без совмещения) выполняют фазы выдачи сообщения, приема сообщения и завершение операции. Для завершения операции передачи сообщение после выдачи должно пройти по кольцу дважды и вернуться к источнику. Рассмотрим выполнение операции передачи сообщений фиксированной длины. В отличие от конвейерного первого варианта ВС1 здесь используются однородные (без главного) последовательности сегментов. Также как и в первом варианте, при прохождении сообщения-заготовки по каналу в первый раз, происходит анализ метки занятости и выдача готового сообщения. В сообщении устанавливается признак 2-й фазы, и следующие по ходу УРП сразу начинают осуществлять прием с помощью БУП, который настраивается на фазу приема. Так происходит во всех УРП, мимо которых по каналу-кольцу проходит сообщение. БСРС ретранслирует сообщение в начало канала. И далее аналогично сообщение записывается во все УРП до источника сообщения, с которого начинается второй обход сообщения по каналу, в проходящем сообщении БУП источника устанавливает признак фазы завершения операции передачи. Второй обход совершается аналогично первому с тем отличием, что БУП настраивается на выполнение фазы завершения. При вторичном возврате сообщения в узел-источник его БУП формирует заготовку свободного сообщения фиксированной длины из пришедшего сообщения.

Продемонстрируем возможность реализации предлагаемого способа с использованием программируемых контроллеров и жесткой логики. На фиг. 6 представлена система передачи для пассивного конвейерного канала, в которой в качестве БУП и БСРС используются программируемые контроллеры (например, C8051F12X). Набор запрограммированных операций способа (ЗОС) для ПК1 можно представить следующим образом.

ЗОС1. Операции, управляющие преобразованием сообщений в ПОУ. ПК1 посылает на ПРКЛ ПОУ комбинацию сигналов m1÷m4, соответствующую определенной строке Таблицы 1, задающую выбранную логическую операцию.

ЗОС2. Операции, принимающие сигналы с ОТВ трех цепочек канала.

ЗОС3. Операция по управлению доступом к первой цепочке канала. Операция для передачи сообщения, используя ПОУ этой цепочки, проверяет поступающее из нее значение q1 и без задержки записывает в бит q1 маркера этого сообщения значение 0. Если при проверке q1=1, то можно изменять содержимое этого сообщения на новое.

ЗОС4. Операция по обнаружению ошибок в принятом из второй цепочки сообщении. Операция при обнаружении ошибок в принимаемом из второй цепочки сообщении изменяет без задержки в концевике этого сообщения значение бита q2 с 1 на 0. Контроль ошибок выполняется в соответствии с принятым для конкретной реализации способом.

ЗОС5. Операции по взаимодействию с УРП. Операции, поддерживающие подкачку сообщений, готовых к выдаче, из УРП в ПК1 и правильно принятых сообщений с обновленными глобальными переменными из ПК1 в УРП.

Детализация действий ПК2 зависит от заданной вариации реализуемого способа. Базовые функции работы БСРС перечислены выше в описании трех вариаций способа.

Перечисленная совокупность действий ПК1 и ПК2 позволяет организовать различные конвейерные режимы работы системы УРП, два примера для иллюстрации способа представлены ниже. Для наглядности представления предполагается, что соотношение длительности сообщений и протяженности канала обеспечивает обработку одного сообщения в одном узле системы (под узлом системы здесь понимается комплекс ПОУ-БУП-УРП) и синхронную передачу в следующий узел во всех цепочках канала.

В Таблице 2 представлена работа системы из 3-х узлов согласно первой вариации способа ВС1. В строках задаются такты работы конвейерного пассивного канала, в колонках отображены № узла и фазы выдачи/трансляции (В/Т), приема/трансляции (П/Т) сообщений, а также завершения операции (3) соответственно в 3-х цепях канала. Операция трансляции (передачи без обработки) сообщения в узлах первой и второй цепочек возникает, когда нет возможности или необходимости в преобразовании сообщения в узле, и оно передается без изменения. Таким образом, в каждой клетке Таблицы 2 записана пара № источника - № сообщения, то есть идентификатор (IS) обрабатываемого сообщения на данном такте в соответствующем устройстве. Запись -/IS означает трансляцию сообщения с индексом IS. ЗГТ означает сообщение-заготовка. Принята равномерная выдача заявок УРП, то есть первая цепочка выдает сообщения равномерно в темпе пропускной способности 2-ой и 3-ей цепочек.

В верхней части Таблицы 2 показана работа полностью разомкнутого канала без учета возврата сообщения с главным маркером в БСРС. В нижней части таблицы с 6-го такта показана работа системы при возврате сообщения 1-1 с главным маркером в начало канала: после приема сообщения 1-1 в 3-ем узле, сообщение возвращается в первую цепь узла №1, там в такте 7 становится заготовкой (ЗГТ) и далее в такте 8 следующий узел №2 занимает сегмент ЗГТ для сообщения 2-3. В клетках нижней части Таблицы 2 выделены отличия от первой части.

Из Таблицы 2 следует, что каждый абонент в данном примере выдает заявку один раз в 3 такта.

В Таблице 3 представлена работа системы из 3-х узлов в третьей вариации способа ВСЗ при последовательной выдаче заявок абонентами. В клетках Таблицы 3 в данном случае отображена фаза (В, П, 3) обработки сообщения с указанным идентификатором в соответствующем узле системы.

Из Таблицы 3 следует, что пропускная способность системы для данных примеров в этом варианте хуже, чем в первом: каждый абонент в среднем передает сообщение 1 раз за 7 тактов.

На фиг. 7 представлена система передачи для пассивного конвейерного канала, в которой в качестве БУП и БСРС используются жесткая логика. Логика БУП интегрирована в УРП, контроллер УРП перепрограммирован с учетом предложенного способа, и в частности FIFO выдачи в блоке выдачи УРП содержит очередь готовых к выдаче и выданных сообщений, a FIFO приема в блоках приема УРП содержит очередь принятых сообщений, при этом сообщения в этих блоках снабжены признаками «операция передачи выполняется/завершена», «операция завершена без ошибок / с ошибками». Выполнение операций способа происходит также, как описано выше, но осуществляется не программно, а в аппаратных узлах. Смысл операций следует из названий узлов.

Расширение функциональных возможностей. Предложенный способ по сравнению с известными решениями позволяет расширить функциональные возможности системы УРП (Стецюра Г.Г. Совмещение вычислений и передачи данных в системах с коммутаторами // Автоматика и Телемеханика. 2008. №5. С. 170-179.). Сами сообщения могут быть активными: помимо данных, над которыми должны производиться вычисления, в сообщении можно разместить команды, инструктирующие узлы по обработке данного сообщения. В рефлективной памяти активные сообщения полезны для обеспечения ее работоспособности: ускоряют реакцию на изменение состояния системы, а также повышают ее отказоустойчивость и диагностируемость. Например, в сообщении, поступившем из первой цепочке канала во вторую, можно поместить команды, адресованные отдельным абонентам, и выделить после каждой команды место для помещения в него ответа абонента на команду, выполняя так сбор информации о системе без задержки сообщения. Эти сведения из третьей цепочки получат все абоненты.

Другая возможность расширения - это выполнение арифметико-логических и других операций с сообщениями в канале. Рассмотрим, например, операцию нахождения максимального текущего значения некоторого параметра среди абонентов.

Для выполнения этой операции в выделенном поле исходного сообщения помещается число X с минимальным значением и передается в начало канала. Значение собираемого параметра Y находится в УРП. Каждый узел системы (под узлом по-прежнему понимаем комплекс ПОУ-БУП-УРП) с каждой очередной парой разрядов чисел X и Y выполняет следующие действия, начиная со старших разрядов. При этом очередной разряд Y анализируется БУП, который устанавливает код управления на ПРКЛ до прихода в ПРКЛ очередного разряда X, то есть в паузу оптического сигнала, кодирующего этот разряд. Если текущий разряд числа Y, а именно y_i=0, то узел пропускает текущий разряд числа X, а именно x_i без изменения (i пробегает значение от n до 1, n и 1 соответственно значение i для старшего и младшего разряда чисел). При этом, если x_i=1, то узел пропускает и остальные разряды X без изменения, а если x_i=0, то узел приступает к анализу очередного разряда числа Y. Если текущий разряд числа Y, а именно y_i=1, то узел записывает Const1 в i-й разряд числа X. При этом, если текущее значение x_i=0, то узел заменяет остальные разряды X на разряды Y, если же текущее значение x_i=1, то узел приступает к анализу очередного разряда числа Y. В результате обхода всех абонентов в обрабатываемом поле сообщения будет максимальное значение параметра среди опрашиваемых абонентов.

Можно в сообщении потребовать подсчитать количество абонентов, у которых значение параметра равно заданному. Для этого требуется к приходящему из канала числу X прибавить число Y, хранящееся в абоненте. Число X поступает, начиная с младших разрядов. Если значение некоторого разряда у числа Y равно 0, то ПРКЛ пропускает тот же разряд x числа X без изменения. Если y=1, то значение у инвертируется. При переносе в следующий разряд его подготовку узел выполнит до прихода следующего разряда числа X, и его задержка не требуется. В обеих приведенных операциях задержка сообщения не возникает.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает следующие преимущества при построении систем передачи сообщений оптическими сигналами между устройствами рефлективной памяти:

- повышенную отказоустойчивость,

- уменьшенное энергопотребление узлов,

- ускорение обслуживания запросов абонентов на передачу сообщений, ускорение обнаружения ошибок приема сообщения и информирования об этих ошибках участников передачи,

- увеличение пропускной способности канала,

- возможность введения дополнительных функций по обработке сообщений непосредственно в канале без задержки сообщений.

Claims (4)

1. Способ передачи сообщений оптическими сигналами между устройствами рефлективной памяти (УРП), характеризующийся тем, что N устройств рефлективной памяти объединены оптическим каналом из двух линий, в котором сообщения передаются последовательно через три цепочки пассивных оптических узлов (ПОУ), пронумерованных по направлению передачи сообщений и включенных в разрыв оптического канала, при этом сообщение при передаче через ПОУ сначала поступает на два пассивных оптических ответвителя (ОТВ), по одному на линию, с которых часть сигнала поступает в блок управления ПОУ (БУП) УРП для приема, а другая часть сигнала поступает на пассивный оптический переключатель (ПРКЛ), где сообщение может быть преобразовано, причем сигнал в первой линии соответствует логической 1, во второй - логическому 0, отсутствие сигналов есть синхросигнал, и логические преобразования производятся в переключателях под управлением электрических сигналов из блока управления пассивными оптическими узлами устройства рефлективной памяти побитово, переключением сигнала из одной линии в другую без задержки передаваемых сообщений, формируя управляющий код переключения каждый раз до прихода очередного бита сообщения, либо создавая этим новое сообщение, либо передавая сообщение без изменения, причем при отсутствии управляющего сигнала переключатель превращается в пассивный участок линий канала; источником исходных сообщений для преобразования в канале является блок создания и ретрансляции сообщений (БСРС), который посылает в первую цепочку либо заготовки сообщений, сформированных в БСРС из сигналов, полученных с генератора оптических сигналов, либо сообщения, сформированные из сообщений, полученных с выхода второй цепочки ПОУ; при выполнении передачи сообщений БУП каждого i-го УРП получает сигналы с ответвителей i-го ПОУ первой цепочки, (N-i+1)-го ПОУ второй цепочки и i-го ответвителя третьей цепочки, а также выдает управляющие коды на переключатели i-го ПОУ первой цепочки и (N-i+1)-го ПОУ второй цепочки, обеспечивая тем в N УРП одновременную передачу нескольких разных сообщений, причем в каждом УРП возможно одновременное выполнение трех фаз передачи сообщения: обнаружение права передать сообщение и формирование под управлением БУП сообщения в первой цепочке ПОУ, прием другого сообщения из второй цепочки ПОУ с записью без задержки в это же, продолжающее передаваться по каналу сообщение, признака правильности приема и прием из третьей цепочки признака правильности приема всеми УРП третьего сообщения, при этом обмен БУП с УРП в каждом узле готовыми к выдаче и принятыми сообщениями осуществляется соответственно по двум каналам.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что БСРС ретранслирует сообщение, полученное с выхода последнего узла первой цепочки ПОУ в начало первой цепочки ПОУ, и при выполнении передачи сообщений БУП каждого i-го УРП получает сигналы с ответвителей i-го ПОУ первой цепочки, i-го ПОУ второй цепочки и i-го ответвителя третьей цепочки, а также выдает управляющие коды на переключатели i-го ПОУ первой цепочки и i-го ПОУ второй цепочки.

3. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что для передачи сообщений используется только одна первая цепочка ПОУ и выполнение трех фаз передачи сообщений, каждое БУП осуществляет в своем ПОУ последовательно, при этом после выдачи сообщения источником требуется два прохода сообщения по кольцу, и источник устанавливает без задержки в сообщении признак для возврата сообщения через БСРС в начало цепочки и для выполнения следующей фазы передачи сообщения остальными участниками передачи сообщения: при первом проходе - фазы приема сообщения с проверкой правильности приема, а при втором - фазы приема признака правильности приема всеми УРП.

4. Способ по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что БСРС формирует заготовки сообщений, представляющие собою последовательность сообщений фиксированной длины, каждое из которых содержит метку «сообщение свободно», информирующую блоки управления ПОУ в первой цепочке о возможности сформировать сообщение в канале; при наличии сообщения, готового к передаче, БУП изменяет без задержки значение метки на «сообщение занято», формирует в канале из сообщения заготовки последовательность оптических сигналов, соответствующую значению этого сообщения путем коммутации оптического парафазного сигнала со входа ПОУ на выход, и снабжает его оригинальным идентификатором; сообщения с меткой «сообщение занято» блоки управления ПОУ принимают из второй цепочки ПОУ, проверяют правильность приема и устанавливают в проходящем сообщении признак ошибки правильности приема; этот признак в сообщении, поступившем в третью цепочку, характеризует правильность приема данного сообщения всеми приемниками УРП и через ответвители третьей цепочки принимается блоками управления всех ПОУ для фиксации правильного или с ошибкой завершения операции передачи этого сообщения всем его приемникам; причем первое сообщение в заготовке помечено как главное и, при формировании в нем сообщения для передачи, БСРС возвращает его в первую цепочку, где БУП источника этой передачи преобразует это сообщение в свободную заготовку с меткой «сообщение свободно».

Images