Сохраненный программный контроль - Stored program control

Сохраненный программный контроль (SPC) - это телекоммуникационная технология, используемая для телефонные станции управляется компьютерной программой, хранящейся в памяти коммутационной системы. SPC была технологией, позволяющей электронные системы коммутации (ESS) разработан в Bell System в 1950-х годах и может считаться третьим поколением коммутационной техники. Управление хранимой программой было изобретено Bell Labs ученый Эрна Шнайдер Гувер в 1954 году, который утверждал, что компьютерное программное обеспечение может контролировать соединение телефонных звонков.^[1]^[2]^[3]

История

Предложенная и разработанная в 1950-х годах, СПК была внедрена в производство. электронные системы коммутации в 1960-е гг. 101ESS АТС была переходной системой коммутации в Bell System для предоставления расширенных услуг бизнес-клиентам, которые в остальном все еще обслуживались электромеханическими коммутаторами центрального офиса. Первый коммутатор центрального офиса с SPC был установлен в Моррисе, штат Иллинойс, в 1960 году в ходе испытаний электронной коммутации, а вскоре после этого был выпущен первый Western Electric Переключатель 1ESS в Суккасунне, штат Нью-Джерси, в 1965 году. Другие примеры систем коммутации третьего поколения на базе SPC включают: британский GPO TXE (различные производители), Metaconta 11 (ITT Europe) и AKE, ARE и доцифровые (1970-е) версии АТС AX к Ericsson и Philips PRX были крупномасштабные системы в телефонная сеть общего пользования.

SPC позволяет сложные функции вызова. По мере развития бирж SPC повышалась надежность и универсальность.

Биржи второго поколения, такие как Строуджер, панель, поворотный и перекладина переключатели были сконструированы исключительно из электромеханических компонентов переключения с комбинационная логика контроль, и не имел компьютерного программного управления. Первое поколение было ручными коммутаторами, управляемыми обслуживающим персоналом и операторами.

В более поздних системах с перекладинами также использовалось компьютерное управление их матрицами переключения, и их также можно рассматривать как системы SPC. Примеры включают Ericsson ARE 11 (местный) и ARE 13 (транзитный), а также коммутаторы North Electric NX-1E & D и ITT Metaconta 11, которые когда-то использовались по всей Западной Европе и во многих странах мира. Технология SPC, использующая матрицы аналоговой коммутации, была в значительной степени прекращена в 1980-х годах и исчезла из большинства современных сетей к концу 1990-х годов. Некоторые такие коммутаторы в таких странах, как Россия или Украина, могут все еще работать.^{[нужна цитата ]})

Добавление мультиплексирование с временным разделением (TDM) уменьшил размер подсистем и резко увеличил пропускную способность телефонной сети. К 1980-м годам технология SPC доминировала в телекоммуникационной отрасли.

Жизнеспособные, полностью цифровые коммутаторы появились в 1970-х годах с ранними системами, такими как французские Alcatel Серия E10 и канадская Nortel DMS будут запущены в производство в течение этого десятилетия. Другие широко применяемые системы стали доступны в начале 1980-х годов. К ним относятся Ericsson AX 10, ставшая самой популярной коммутационной платформой в мире, Western Electric 5ESS Используемая в США и во многих других странах, разработанная в Германии Siemens ESWD, ITT System 12 (позже переименованная в Alcatel S12) и NEC NEAX все они широко использовались по всему миру. Британцы разработали System X (телефония), и другие более мелкие системы также возникли в начале 1980-х годов.

Некоторые цифровые коммутаторы, особенно 5ESS и очень ранние версии Ericsson AX 10, продолжали использовать каскады аналоговых концентраторов, используя технологии, подобные SPC, вместо прямого подключения к цифровым линейным картам, содержащим КОДЕК.

В начале 21 века промышленность начала использовать коммутацию телефонии 5-го поколения, так как TDM и специализированная аппаратная коммутация цифровых схем заменяется софтсвитч es и передача голоса по IP VoIP технологии.

Принципиальной особенностью управления хранимой программой является один или несколько блоков цифровой обработки (компьютеры с хранимой программой ), которые выполняют набор компьютерных инструкций (программа) хранится в объем памяти системы, с помощью которой устанавливаются, поддерживаются и завершаются телефонные соединения в связанных электронных схемах.

Непосредственным следствием управления хранимой программой является автоматизация функций обмена и предоставление абонентам множества новых функций телефонии.

Телефонная станция должна работать непрерывно без перебоев в любое время за счет реализации отказоустойчивый дизайн. Первые испытания электроники и компьютеров в управляющих подсистемах АТС были успешными и привели к разработке полностью электронных систем, в которых коммутационная сеть также была электронной. Установлена пробная система с хранимым программным управлением. Моррис, Иллинойс в 1960 году. магазин летных аппаратов с размером слова 18 бит для полупостоянного хранения программ и параметров и памятью с барьерной сеткой для оперативной памяти с произвольным доступом.^[4] Первая в мире электронная коммутационная система для постоянного производственного использования, № 1 ESS, был заказан AT&T в Суккасунна, Нью-Джерси в мае 1965 года. К 1974 году AT&T установила 475 систем № 1ESS. В 1980-х годах компания SPC вытеснила электромеханические переключатели в телекоммуникационной отрасли, поэтому этот термин потерял почти исторический интерес. Сегодня SPC входит в стандартную комплектацию всех автоматических бирж.

Попытки заменить матрицы электромеханических переключателей полупроводниковыми перекрестными переключателями не сразу увенчались успехом, особенно на крупных биржах. В результате многие коммутационные системы с пространственным разделением использовали электромеханические коммутационные сети с SPC, в то время как частные автоматические телефонные станции (PABX) и небольшие телефонные станции использовали электронные коммутационные устройства. В начале 21 века электромеханические матрицы были заменены полностью электронными.

Типы

Реализации управления хранимой программой могут быть организованы в централизованный и распределенный подходы. Рано электронные системы коммутации (ESS), разработанные в 1960-х и 1970-х годах, почти всегда использовали централизованное управление. Хотя многие современные АТС продолжают использовать централизованные SPC, с появлением недорогих мощных микропроцессоров и микросхем VLSI, таких как программируемая логическая матрица (PLA) и программируемые логические контроллеры (PLC), распределенные SPC получили широкое распространение к началу 21 века.

Централизованное управление

При централизованном управлении все контрольное оборудование заменяется центральным процессором. Он должен обрабатывать от 10 до 100 звонков в секунду, в зависимости от нагрузки на систему.^{[нужна цитата ]} Многопроцессорные конфигурации являются обычным явлением и могут работать в различных режимах, например, в конфигурации распределения нагрузки, в синхронном дуплексном режиме, или один процессор может находиться в режиме ожидания.

Режим ожидания

Дежурный режим работы - самый простой из двухпроцессорных конфигураций. Обычно один процессор находится в режиме ожидания. Резервный процессор переводится в оперативный режим только при выходе из строя активного процессора. Важным требованием этой конфигурации является способность резервного процессора восстанавливать состояние системы обмена, когда он берет на себя управление; средство определения того, какие из абонентских линий или соединительных линий используются.

В небольших коммутаторах это может быть возможно путем сканирования сигналов состояния, как только резервный процессор приводится в действие. В этом случае нарушаются только те вызовы, которые были установлены во время сбоя. На крупных биржах невозможно сканировать все сигналы состояния за значительное время. Здесь активный процессор периодически копирует состояние системы во вторичную память. Когда происходит переключение, загружается последний статус из вторичной памяти. В этом случае затрагиваются только вызовы, которые меняют статус между последним обновлением и ошибкой. Совместно используемое вторичное хранилище не нужно дублировать, и будет достаточно простого резервирования на уровне единицы. Переключатель 1ESS был ярким примером.

Синхронный дуплексный режим

В синхронном дуплексном режиме работы аппаратное соединение обеспечивается между двумя процессорами, которые выполняют один и тот же набор инструкций и непрерывно сравнивают результаты. В случае несоответствия неисправный процессор идентифицируется и выводится из эксплуатации в течение нескольких миллисекунд. Когда система работает нормально, два процессора всегда хранят одни и те же данные в памяти и одновременно получают информацию из среды обмена. Один из процессоров фактически контролирует обмен, а другой синхронизируется с первым, но не участвует в управлении обменом. Если компаратор обнаруживает неисправность, процессоры отключаются, и программа проверки запускается независимо, чтобы найти неисправный процессор. Этот процесс выполняется без нарушения обработки вызовов, которая временно приостанавливается. Когда один процессор отключен, другой работает независимо. Когда неисправный процессор отремонтирован и введен в эксплуатацию, содержимое памяти активного процессора копируется в его память, и они синхронизируются, и включается компаратор.

Возможно, что сбой компаратора возникает только из-за временного сбоя, который не отображается даже при запуске программы проверки. В таком случае существует три возможности:

Продолжить с обоими процессорами: это основано на предположении, что ошибка временная и может больше не появиться.
Выньте активный процессор и продолжайте с другим.
Продолжите с активным процессором, но отключите другой процессор.

Когда процессор извлекается, он подвергается всестороннему тестированию для выявления предельного отказа.

Режим распределения нагрузки

В операции распределения нагрузки входящий вызов назначается случайным образом или в заранее определенном порядке одному из процессоров, который затем обрабатывает вызов до конца. Таким образом, оба процессора активны одновременно и динамически распределяют нагрузку и ресурсы. Оба процессора имеют доступ ко всей среде обмена, которая воспринимается, а также контролируется этими процессорами. Поскольку вызовы обрабатываются процессорами независимо, они имеют отдельную память для хранения временных данных вызовов. Хотя программы и полупостоянные данные могут использоваться совместно, они хранятся в отдельной памяти в целях резервирования.

Существует межпроцессорная связь, по которой процессоры обмениваются информацией, необходимой для взаимной координации и проверки «состояния здоровья» друг друга. Если обмен информацией не удается, один из процессоров, которые обнаруживают то же самое, берет на себя всю нагрузку, включая вызовы, которые уже установлены отказавшим процессором. Однако вызовы, которые были установлены отказавшим процессором, обычно теряются. Совместное использование ресурсов требует механизма исключения, чтобы оба процессора не запрашивали один и тот же ресурс одновременно. Механизм может быть реализован в программном или аппаратном обеспечении, либо в том и другом. На рисунке показано устройство аппаратного исключения, которое, когда оно установлено одним из процессоров, запрещает доступ к конкретному ресурсу другим процессором до тех пор, пока оно не будет сброшено первым процессором.

Распределенное управление

Распределенный SPC более доступен и надежен, чем централизованный SPC. Функции управления разделяют многие процессоры в АТС. Использует низкую стоимость микропроцессоры. Валютный контроль может быть разложен по горизонтали или вертикали для распределенной обработки.^[5]

При вертикальной декомпозиции весь обмен делится на несколько блоков, и каждому блоку назначается процессор. Этот процессор выполняет все задачи, связанные с этим конкретным блоком. Таким образом, общая система управления состоит из нескольких соединенных вместе блоков управления. Для резервирования процессоры могут дублироваться в каждом блоке.

При горизонтальной декомпозиции каждый процессор выполняет только одну или несколько функций обмена.