5. Напольская Н. В. Анализ процессов газового демпфирования в микромеханических автоколебательных приборах // Научная сессия ГУАП: сб. докл.: в 3 ч. Ч. I. Технические науки. - СПб: ГУАП, 2012. - 205 с.
6. ОАО "Завод Магнетон" [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.magneton.ru/ (дата обращения: 11.10.2012).
7. Дульнев Г. Н, Семяшкин Э. М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. — Л.: Энергия, 1968. — 105 с.
8. Дульнев Г. Н, Тарновский Н. Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. — Л.: Энергия, 1971. — 40 с.
9. Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. — М.: Атомиздат, 1979. — 109 с.
10. Дульнев Г. Н. Теплообмен в радиоэлектронных устройствах. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 78 с.
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения.
Елена Эдуардовна Аман — аспирант;
т (812) 708-42-02
Е-шаЯ: anhelena7@gmail.com
Анатолий Иванович Скалон — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой.
а (812) 708-42-02
Е-шаИ: mechanics@aanet.ru □
УДК 004.032.24
ОРГАНИЗАЦИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ УЗЛОВ РЕФЛЕКТИВНОЙ ПАМЯТИ
В. В. Соколов, Г. Г. Стецюра
Предложены преобразователь сигналов в оптическом канале и структура оптических связей для рефлективной памяти распределенных систем управления, позволяющие уменьшить задержки в передаче сообщений, повысить отказоустойчивость средств связи и снизить их энергопотребление.
Ключевые слова: рефлективная память, интерферометр, оптический канал, распределенные системы управления.
ВВЕДЕНИЕ
Во многих современных вычислительных, управляющих и измерительных системах для информирования устройств об изменениях в значениях глобальных переменных используются средства рефлективной памяти (ЯМ) с существенно различными структурой и возможностями [1, 2]. Задача ЯМ в системе — предельно быстро доставлять значение глобального переменного, полученного в одном из устройств (БИ) цифровой системы, всем остальным БИ.
Наиболее жесткие требования к ЯМ предъявляются в управляющих и измерительных систе-
Рис. 1. ЯМ с кольцевым каналом связи
мах, в которых недостаточное быстродействие, низкая скорость реакции на происходящие события и низкая отказоустойчивость ЯМ ухудшают параметры системы или могут быть критичными.
Наиболее распространенная структура ЯМ с узлами, объединенными кольцевым каналом связи, показана на рис. 1. Здесь узлы ЯМ — разделенные на три секции прямоугольники. Первая секция С — устройство сетевого управления взаимодействием узлов ЯМ, вторая М — двухпортовая память, третья — БИ.
В любом узле БИ широковещательно передает сообщение всем узлам ЯМ с помощью секции С. Сообщение записывается в память М узлов, и из нее считывается БИ узла. Наличие в памяти двух портов позволяет устройствам С и БИ практически независимо работать с памятью.
Существенно влияет на действия ЯМ способ управления доступом источников сообщений к каналу связи.
Ниже описаны простые в реализации и при этом достаточно быстрые способы передачи маркера, отличающиеся, хотя и незначительно, от широко распространенного способа передачи мар-
32 - вепвогв & Эуз1етз • № 8.2013
кера (Token Ring IBM, IEEE 802.5, Fibre Channel), где специальное короткое сообщение (маркер) передается по каналу так, чтобы гарантировать каждому устройству возможность передать сообщение в канал.
Предлагается структура RM с применением оптикоэлектронных средств, имеющая повышенную отказоустойчивость и высокое быстродействие ввиду исключения из канала связи активных устройств и преобразования значения сигналов без их задержки. Кроме того, в узлах RM исключена необходимость генерировать передаваемые в канал оптические сигналы. Этим уменьшается энергопотребление узлов, что существенно для простых DU, например, интеллектуальных датчиков. Технические решения, ориентированные на достижение этих целей, приведены в следующих разделах.
ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РАБОТЫ С МАРКЕРОМ
В предлагаемой RM используется оптический переключатель (рис. 2) на интерферометре Маха-Цандера, применяемый в вычислительной технике для модуляции и коммутации сигналов [3].
Сигнал поступает на один из входов 1 или 2 переключателя и далее в 3 дБ разветвитель, где разделяется поровну, и поступает в два плеча интерферометра. На электроды 5 первого плеча со входа 4 подается напряжение, изменяющее состояние физической среды, 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 выходы 7 или 8 [4, 5]. Будем считать, что при отсутствии управляющего электрического сигнала оптический сигнал, поступивший на вход 1 (2) поступит соответственно на выход 7 (8), т. е. этот переключатель действует как пассивный участок линии канала, что повышает отказоустойчивость системы.
Такой переключатель на рис. 3 обозначен буквой М, стрелкой показан электрический управляющий сигнал, далее обозначаемый как М. Отсутствию сигнала на рис. 3 соответствует 0, нали-
1 2 3 fs 6 7 8
Х 1 \ \ 1
J — — \_L -J
/ г- \ У "Y 1
a 0 ......_Ч1..... 1 \
\ 1 -
з—^ 3—\
~~1
Рис. 3. Функционирование переключателя
Рис. 2. Оптический переключатель
Рис. 4. Вычислитель-коммутатор
чию — 1. Переключатель используется далее как компонент преобразователя сигналов.
Преобразователь сигналов (рис. 4) действует, как вычислительное устройство и коммутатор (ВК) [3]. Здесь М1—М4 — переключатели из рис. 2 и 3. На каждый из них поступает электрический управляющий сигнал, обозначенный также, как и переключатель. Оптические сигналы поступают в ВК на два входа а и Ь. Перед входами расположены оптические ответвители 1, направляющие по линиям с и Ь сигналы в секцию С.
Приход сигнала на вход а обозначим как а+, на вход Ь— как Ь+. Отсутствие сигнала обозначим как а— и Ь—. Три комбинации распределения сигналов обозначим: а+ и Ь— как 1, а— и Ь+ как 0, а— и Ь— как Z. Комбинация а+ и Ь+ не используется.
ИЗМЕНЕНИЕ ПУТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИГНАЛОВ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИХ ЗНАЧЕНИЯ
В таблице в столбцах 2—5 приведены значения управляющих сигналов М, подаваемых на переключатели М. В столбцах 6 и 7 показано, на какие выходы ВК перейдут сигналы с входов при подаче заданного набора управляющих сигналов.
Действия в соответствии со строкой 1 таблицы приводят к соединению входов а и Ь с одноименными выходами, вторая строка дает перестановку на выходе. Из третьей строки таблицы видно, что при подаче М1 и М3 = 0, М2 = 1 и любом значении сигнала М4 сигнал, приходящий со входа а или Ь,
Управляющие и выходные сигналы
№ M1 M2 M3 M4 Вход Выход
1 0 0 0 0 a (b) a (b)
2 1 1 0 0 a (b) b ( a)
3 0 1 0 1/0 a (b) a (a)
4 1 0 1/0 0 a (b) b (b)
5 0 0 1 1 a (b) a' (b)
6 1 1 1 1 a (b) b' (a)
7 0 1 1 1/0 a (b) a' (a)
8 1 0 1/0 1 a (b) b' (b)
9 0 0 0 1 a (b) a (b)
10 0 0 1 0 a (b) a' (b)
будет далее передан на выход a. Четвертая строка показывает, что сигнал со входа a или Ь далее будет передан на выход Ь. Сигналы строк 5—8 таблицы дают аналогичные результаты для выходов a' и Ь' вместо выходов a и Ь.
При преобразовании значений входящих двоичных сигналов будем использовать парафазное кодирование: "1" представлена сигналом только на входе a, "0" представлен сигналом только на входе Ь. Пусть на входы ВК поступает двоичный сигнал х. Тогда при сигналах их первой строки таблицы на выходных линиях a и Ь появится х. Вторая строка таблицы дает на выходе инверсию х.
Третья строка любое значение х переводит в 1, четвертая строка — в 0. По сигналам строк 5—8 выполняются указанные выше операции при посылке сигналов на выходы a'и Ь', что приводит к коммутации двоичных сигналов и позволяет удалять сигналы из канала.
Существенно, что для всех используемых в статье операций значения управляющих сигналов М^ подаются в ВК до поступления сигнала из канала на входы ВК, что обеспечивает выполнение операции без задержки пришедшего из канала сигнала.
МАРКЕР В РАЗОМКНУТОМ КАНАЛЕ, СООБЩЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ДЛИНЫ
При организации связей ЯМ (рис. 5) канал Я имеет три ветви В1, В2, В3, каждая состоит из линий a и Ь (для упрощения линии в ветвях не выделены). В первую и вторую ветви включены ВК устройств С узлов ЯМ. Из третьей ветви с помощью пассивных ответвителей оптического сигнала О устройства С считывают сигналы. Каждое устройство С содержит два экземпляра ВК (включенных в В1 и В2), пассивный ответвитель сигнала О и часть, взаимодействующую с ВК и О (на рис. 5 — С). О — генератор непрерывного опти-
ческого сигнала, посылаемого в линию а канала R через формирователь FR дискретных оптических сигналов и маркера.
Структура на рис. 5 — пассивная оптическая сеть (Passive optical networks — PON), в которой имеется только один активный источник сигнала. Такие сети в настоящее время применяются для передачи телевизионного сигнала [6].
С применением маркера устройства выполняют следующие действия.
При формировании оптических сигналов и маркера в FR устройство FR выполняет следующие функции.
• При начальном пуске RM устройство FR, используя сигнал генератора, посылает в канал маркер, помеченный как свободный, и вслед за маркером посылает сигналы "1" (а+ и b—), разделенные синхросигналом Z. Далее FR следит за входом в ветвь В2 канала и, если в течение критичного интервала времени T^ в канале отсутствует свободный маркер, FR генерирует его, поддерживая этим работоспособность RM. Свободный маркер имеет флаг q = 1. При занятии маркера узлом его устройство С устанавливает q = 0, а при освобождении устанавливает q = 1.
• При обнаружении в ветви В2 свободного маркера (q = 1) FR генерирует свободный маркер в ветвь В1 и дополняет его последовательностью сигналов "1" от генератора, разделенных сигналами Z.
Работа с сообщением в устройстве сетевого управления С происходит так.
• Свободный маркер, посланный из FR в R, имеет флаг q = 1. DU, желающий передать сообщение, использует С, которое пропускает маркер через ВК в ветви В1, и без задержки переводит q = 1 в q = 0, отмечая этим, что маркер занят. При этом проверяется, не находился ли q до записи в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.