Высокоскоростные информационно-вычислительные сети

Высокоскоростные информационно-вычислительные сети

Зарубежными специалистами по комплексированию бортового оборудования интенсивно внедряется концепция преемственности идеологии обмена, регламентированного стандартами локальных сетей 180. В последнее время 180 определило ряд известных протоколов передачи данных локальных сетей в качестве международных, на которые должно быть обращено пристальное внимание при проведении разработок по логической и структурно-схемотехнической организации аппаратно-программных средств канального оборудования СИО бортового применения.

Данная группа протоколов реального времени базируется на идеологиях обмена, применяемых в системах передачи данных стандартных локальных сетей International Standardization Organization — ISO (8802.4, 8802.5, 8802.7, 8802.8). При этом следует отметить, что при внедрении высокоскоростных интерфейсов с сетевой идеологией предполагается также при необходимости использование на нижних уровнях иерархических СИО менее логически мощных и уже апробированных организаций обмена, таких как ГОСТ 26765.52—87 и ГОСТ Р50832—95.

Работы по созданию внутриобъектных высокоскоростных информационно-вычислительных сетей с использованием базовых протоколов локальных вычислительных сетей были начаты за рубежом во второй половине 1980-х годов, а несколько позднее были инициированы работы по их стандартизации и унификации.

С учетом особенностей функционирования комплексов оборудования в реальном масштабе времени были сформулированы общие требования к высокоскоростной шине передачи данных — HSDB (High Speed Data Bus), в настоящее время осуществляется полномасштабная разработка необходимой элементной базы фирмами США и Западной Европы.

В рамках программы AVS «Высокоскоростная шина дачных» в США был разработан ряд протоколов перспективных интерфейсов с сетевой организацией. К настоящему моменту времени для комплексирования бортового оборудования разработан ряд версий протоколов информационного обмена с идеологиями детерминированного (конкретно маркерного) доступа к среде, на основе которых предполагается осуществлять комплексирование бортового оборудования перспективных ЛА 2005-2010 гг.

Версии перспективных протоколов были предложены различными техническими группами разработчиков протоколов, в том числе и специалистами общества SAE (США), а именно техническими подкомитетами SAE-AS-2B и SAE-AS-9B.

Стандарты высокоскоростных шин

В настоящее время данным подкомитетом созданы два основных проекта различных стандартов высокоскоростных шин (HSDB):

AS 4074 — высокоскоростная линейная (магистральная) шина с маркерным
методом доступа (базовый прототип ИВС — ISO 8802.4);
AS 4075 — высокоскоростная кольцевая шина с маркерным методом доступа
(базовые прототипы ИВС — ISO 8802.5 и ISO 8802.8).

Организация указанных стандартов соответствует положениям эталонной модели ВОС (ГОСТ 28906—91) и регламентирует основные технические требования, указанные выше (скорость передачи не менее 50 Мбит/с и обмен массивами данных до 16-разрядных слов).

Для выработки единых требований, определяющих идеологию обмена в перспективных комплексах бортового оборудования, при комитете SAE была создана техническая группа Joint Integrated Avionics Working Group (JIAWG). В частности, специалистами группы JIHAWG были проведены работы по анализу различных версий протоколов высокоскоростной последовательной линейной шины и выработки единых требований к данному типу интерфейса.

По мнению специалистов этой группы, в настоящее время наиболее перспективной организацией обмена при реализации системной высокоскоростной последовательной шины является линейная шина с маркерным методом доступа. JIHAWG разработана версия нормативного документа на протокол линейной шины с маркерным доступом — J88-M2 (на основе AS 4074), который, как предполагается, и явится базой для проекта STANAG 3939.

Комплексы авиационного бортового оборудования

Кроме того, тем же комитетом 8АЕ-А8-9В разработан стандарт на маркерную шину с резервированной (дублированной) кольцевой топологией и противоположными по направлению передачами информации в отдельных кольцах — А84075. Данный протокол бортового применения является адаптацией к реальному времени базовых прототипов 1БО 8802.5 и РООР При этом регламентируется аналогичная (как и для РЭШ) техническая скорость передачи данных —125 Мбит/с.

Однако при создании перспективных зарубежных комплексов авиационного бортового оборудования данный стандарт (А84075) до настоящего времени не нашел применения.

Для реализации изменяемой части станции на уровне доступа к среде 1БО разработаны достаточно известные стандартные протоколы на основе шинной и кольцевой топологий физической среды 180 8802.4, 180 8802.5, 180 8802.7, 180 8802.8, которые реализуют различные способы доступа к среде на определенной скорости передачи данных.

В отличие от предыдущих идеологий обмена в реальном времени (М1Р-8ТО-1553В и STANAG 3910) необходимо в дальнейшем регламентировать логическую организацию функционирования станции и организацию взаимодействия станции с абонентом. Таким образом, должны быть разработаны регламентирующие документы для применения в реальном времени, совместимые с 180 8802.2 и протоколом транспортного уровня локальных сетей общего применения.

Протоколы высокоскоростных маркерных шин

На основе указанных выше верифицированных прототипов в настоящее время разрабатываются проекты стандартов на системы передачи данных ИВС реального времени: А84074 и А84075.

Высокоскоростные информационно-вычислительные сети

Протоколы высокоскоростных маркерных шин с линейной и кольцевой топологиями в рамках эталонной модели ВОС определяют идеологию организации канального оборудования на уровне изменяемой части логики станции данных.

Транспортный уровень должен обеспечивать выполнение следующих основных функций:

  • организацию функционирования с установлением соединения;
  • обнаружение и исправление ошибок в сообщениях пользователей (абонентов);
  • обеспечение взаимодействия с пользователями по абонентскому интерфейсу;
  • установление и разъединение транспортных соединений (передачу информации от отправителя к получателю о размере передаваемого массива данных — количестве сегментов, кадров в сегменте);
  • управление транспортным потоком данных (определение очередности передачи данных в соответствии с их нумерацией в массиве и приоритетом);
  • сегментацию (разбиение массива данных пользователя на блоки, предназначенные для однократной передачи) и сборку массивов данных из принятых блоков;
  • восстановление передачи после устранения неисправностей;
  • контроль и восстановление целостности данных (исключение потерь, двукратной обработки и нарушений порядка следования сообщений)

Подуровень управления логическим звеном должен обеспечивать:

  • упаковку (распаковку) данных в (из кадров) данных;
  • передачу и прием кадров данных;
  • управление процедурами инициализации и деинициализации логического канала;
  • установление и разъединение канального соединения;
  • контроль последовательности передачи и приема кадров;
  • передачу и прием подтверждений о приеме кадров;
  • организацию передачи данных в двух направлениях;
  • инициализацию повторных передач, принятых получателем с ошибкой;
  • информирование пользователя о результатах передачи и приема кадров.

Подуровень управления доступом к среде в общем случае должен обеспечивать:

  • начальный запуск (инициализация) сети;
  • контроль состояния физической среды;
  • логическое подключение станции;
  • логическое отключение станции;
  • формирование управляющих кадров;
  • передача и прием управляющих кадров;
  • передача и прием кадров данных;
  • обнаружение и исправление ошибок;
  • оповещение о неустранимых на данном уровне ошибках;
  • контроль за соблюдением временных параметров протокола;
  • организацию очереди передачи данных в соответствии с их приоритетами;
  • формирование управляющих кадров и кадров данных в соответствии с реализуемым протоколом;
  • компоновку передаваемых данных в кадрах;
  • распаковку данных из принимаемых кадров;
  • определение границ кадров;
  • контроль размеров кадров.

Физический уровень должен обеспечивать:

  • установление (прекращение) физических соединений;
  • организацию последовательности передачи кадров;
  • обнаружение сбоев и отключение питания;
  • обнаружение неисправностей соединительного и коммутационного оборудования аппаратуры подключения к физической среде (обрывов проводов, потерь механического и электрического контакта и т. д.);
  • кодирование (декодирование) электрических сигналов в коды сигналов, передаваемых по физическим линиям того или иного типа;
  • формирование синхроимпульсов и их установку в поле синхронизации передаваемого кадра;
  • синхронизацию декодирующего устройства с частотой принимаемых сигналов из физической линии;
  • дешифрацию содержимого поля адреса в принимаемом кадре и идентификацию адресов пользователей, обслуживаемых станцией;
  • ретрансляцию принятых кадров в случае несовпадения их адресов с адресами обслуживаемых станцией пользователей.

Сетевые технологии вычислительных средств общего применения

Как уже отмечалось выше, в настоящее время интенсивно развиваются сетевые технологии вычислительных средств общего применения. Обмен данными между элементами ядра ЭВМ и периферийными устройствами постоянно требовал все большей и большей пропускной способности соответствующих каналов данных.

В ответ на эти требования в параллельных интерфейсах увеличивалась разрядность составляющих шин «адреса» и «данных», а также усложнялась шина управления. Кроме того, по мере роста используемой полосы пропускания возрастали неудобства, связанные с многожильными кабелями и громоздкими разъемами.

Учитывая это, разработчики цифровых систем общего применения в своем большинстве начинают переходить от параллельных интерфейсов к последовательным с использованием современных достижений сетевых технологий обмена. Разрабатываемые технологии коммерческого плана могут явиться основой СИО комплексов бортового оборудования перспективных ЛА.

Ссылка на основную публикацию