Telecommunication-switching-systems-and-networks-software-architecture
TSSN-ソフトウェアアーキテクチャ
この章では、電気通信交換システムおよびネットワークのソフトウェアアーキテクチャについて学習します。
SPCシステムのソフトウェアは、理解を深めるために2つに分類できます-システムソフトウェア*および*アプリケーションソフトウェア。 ソフトウェアアーキテクチャは、言語プロセッサを含むSPCのシステムソフトウェア環境を扱います。 多くの機能と呼処理は、操作および管理機能が実行されるオペレーティングシステムの一部です。
コール処理は、イベント指向のメイン処理機能です。 加入者の回線またはトランクで発生するイベントにより、コール処理がトリガーされます。 交換機では、コールのセットアップは1つの連続した処理シーケンスでは行われません。 このプロセス全体は、数十または数百ミリ秒続く多くの基本プロセスと一致しており、多くの呼び出しが同時に処理され、各呼び出しは個別の*プロセス*によって処理されます。 プロセスは、*実行中のプログラム*であるアクティブなエンティティであり、*タスク*と呼ばれることもあります。
マルチプログラミング環境でのプロセス
このセクションでは、マルチプログラミング環境のプロセスとは何かを見ていきます。 マルチプログラミング環境でのプロセスは、次のいずれかである可能性があります-
- ランニング
- 準備ができて
- ブロックされました
プロセスの状態は、現在のアクティビティと、実行されるプロセス、および状態の遷移によって定義されます。
- 命令が現在プロセッサによって実行されている場合、プロセスは「実行中」と言われます。
- プロセスを実行する次の命令が待機しているか、タイムアウトした命令がある場合、そのプロセスは「準備完了」と呼ばれます。
- プロセスは、進行する前に何らかのイベントの発生を待機している場合、*ブロックされている*と言われます。
次の図は、実行中、準備完了、ブロックの移行を示すプロセスを示しています。
一部のプロセスは実行状態ですが、一部のプロセスは準備完了状態になり、他のプロセスはブロックされます。 実行可能リストのプロセスは、優先順位に従っています。 ブロックされたプロセスは順序付けられておらず、イベントが発生するのを待っている順序でブロック解除されます。 プロセスが実行されず、他の命令またはリソースを待機する場合、そのようなプロセスを実行可能リストにプッシュすることでプロセッサー時間が節約され、優先度が高い場合はブロックが解除されます。
プロセス制御ブロック
プロセス制御ブロックは、オペレーティングシステムの各プロセスを表します。 PCBは、プロセスに関する以下の情報を含むデータ構造です。
- プロセスの現在の実行状態
- 準備完了状態のプロセス優先度
- CPUスケジューリングパラメーター
- プロセスが中断されたときにCPUの内容を保存します
- プロセスへのメモリ割り当て
- 番号、CPU使用率などのプロセスの詳細。 存在しています
- プロセスに関連付けられているイベントおよびI/Oリソースのステータス
PCBは、CPUを取得したときに次に実行されるプロセスに関するすべての情報を保持しています。 CPUレジスタには、実行される次の命令のアドレス、現在有効または無効になっている割り込みの種類などを含む Program Status Word （PSW）が含まれます。
CPUが何らかのプロセスを実行している間、現在実行中のプロセスがブロックされたり、優先度の高いプロセスをトリガーするイベントまたは割り込みが発生した場合、そのプロセスを切り替える必要があります。 このような状況は、 Process Switching と呼ばれ、 Context Switching とも呼ばれます。 このような割り込み優先度メカニズムを次の図で説明します。
プロセス A が特定のサブスクライバー回線をスキャンし、それが空いているとわかると、プロセスはそのサブスクライバーとの呼び出しを確立します。 ただし、別のプロセスBが優先順位を要求し、同じサブスクライバーとのコールを同時に確立する場合、両方のプロセスが同じサブスクライバーに同時にコールする必要がありますが、これは推奨できません。 他の共有テーブルとファイルでも同様の問題が発生する可能性があります。
交換のリソース（トランク、レジスタなど）およびそれらの現在の使用率に関する情報は、テーブルの形式で保持されます。 これらのテーブルは、必要なときに異なるプロセスで共有されます。 この問題は、2つ以上のプロセスが同じテーブルを同時に選択するときに発生します。 この問題は、各プロセスへのアクセスを共有テーブルに与えることで解決できます。
リソースを共有する
プロセスが共有テーブルまたは共有リソースを使用するときはいつでも、同じものを必要とする他のすべてのプロセスは待たされます。 実行中のプロセスがリソースの使用を完了すると、最初の優先順位が設定された待機中のプロセスに割り当てられます。 共有リソースを使用するこのプロセスは、*相互排除*と呼ばれます。 共有リソースにアクセスしているプロセスは、*クリティカルセクション*または*クリティカルリージョン*にあると言われています。 相互排除とは、特定の共有リソースのどのインスタンスでも、重要な領域に存在できるプロセスは1つだけであることを意味します。 プロセスをクリティカルセクションに配置するためのコーディングは、無限ループがないように非常に慎重に行われます。 これは、プロセスがブロックされないようにするのに役立ちます。 行われる作業は、より正確で効率的です。 これは、待機中の他のプロセスを支援します。
セマフォ内の2つのプロセスが共通リソースを共有する必要がある場合、特定の時間間隔で共有されます。 一方がリソースを使用している間、もう一方は待機します。 さて、待っている間、もう一方と同期するために、それまで書き込まれたタスクを読み取ります。 これは、そのプロセスの状態がゼロ以外である必要があり、増分し続ける必要があることを意味します。そうでなければ、ブロックリストに送信されます。 ブロックされたリストにあるプロセスは上下に積み重ねられ、優先度に従ってリソースを使用することが許可されます。
次の図は、プロセスの仕組みを示しています-
セマフォ内の2つ以上のプロセスがリソースを無期限に待機し、ブロック状態に戻るためにゼロにならない場合、他のプロセスは同じリソースの使用をブロック状態で待機しますが、リソースは使用できませんが待機します。状態は Deadlock State と呼ばれます
この手法は、デッドロックの防止、回避、検出、および回復のために開発されました。 したがって、これらはプロセッサを切り替えるためのオペレーティングシステムの主要な機能をカバーしています。
ソフトウェア制作
SPCソフトウェアの生産は、ソフトウェアの複雑さとサイズ、および長い動作寿命と信頼性、可用性、移植性のために重要です。
ソフトウェア生産は、複雑なシステム用の大規模ソフトウェアの生産と保守で発生する問題を扱うソフトウェアエンジニアリングの部門です。 ソフトウェアエンジニアリングの実践は、4つの段階に分類されます。 これらの段階は、ソフトウェアシステムの生産を補います。
- 機能仕様
- 正式な説明と詳細な仕様
- コーディングと検証
- テストとデバッグ
交換システムのアプリケーションソフトウェアは、呼処理ソフトウェア、管理ソフトウェア、およびメンテナンスソフトウェアに分けられます。スイッチングシステムのアプリケーションソフトウェアパッケージは、モジュラー構成を使用します。
Stored Program Controlの導入により、多数の新規または改善されたサービスをサブスクライバーが利用できるようになります。 短縮ダイヤル、録音された番号のコールまたはダイヤルなしのコール、無料のコールバック、コール転送、オペレーターの応答、発番号の記録、コールウェイティング、相談保留、電話会議、自動アラーム、STD禁止、悪意のあるコールなど、多くの種類の拡張サービストレースなど テレフォニーのこれらの変更によりすべて導入されます。
マルチステージネットワーク
マルチステージネットワークは、クロスバースイッチングシステムよりも効率的に多くの加入者間の接続を提供するために構築されたネットワークです。
前述のクロスバースイッチングネットワークには、以下で説明するようにいくつかの制限があります-
- クロスポイントの数は、接続されているステーションの数の2乗になるため、大きなスイッチではコストがかかります。
- Crosspointの障害により、Crosspointが接続されている2つのサブスクライバーとの接続が妨げられます。
- 接続されているすべてのデバイスがアクティブであっても、使用されるクロスポイントはわずかです
これらの欠点を助成する解決策を見つけるために、多段スペース分割スイッチが構築されました。 クロスバースイッチを小さなユニットに分割して相互接続することにより、クロスポイントの少ないマルチステージスイッチを構築できます。 次の図は、マルチステージスイッチの例を示しています。
上記のようなマルチステージスイッチは、クロスバースイッチングで必要なものよりも少ない数のクロスポイントを必要とします。 上記の例によると、8（入力）と8（出力）のさまざまなサブスクライバー（呼び出し元と呼び出し元の両方のサブスクライバー）の場合、通常のクロスバーネットワークで必要なクロスポイントはそれらの2乗、つまり64です。 ただし、マルチステージクロスバーネットワークでは、40個のクロスポイントで十分です。 これは上の図に示されているとおりです。 大規模な多段式クロスバースイッチでは、削減はより重要です。
多段ネットワークの利点
多段ネットワークの利点は次のとおりです-
- クロスバーの数が削減されます。
- 接続のパスの数はもっと多くすることができます。
多段ネットワークの欠点
多段ネットワークの欠点は次のとおりです-
- 多段スイッチは*ブロッキング*を引き起こす可能性があります。
- 中間スイッチの数またはサイズを増やすとこの問題を解決できますが、これによりコストが増加します。
ブロッキング
ブロックすると、クロスポイントの数が減ります。 次の図は、ブロッキングをよりよく理解するのに役立ちます。
4つの入力と2つの出力がある上の図では、サブスクライバー1は回線3に接続され、サブスクライバー2は回線4に接続されています。 赤色の線は接続を示します。 ただし、さらに多くのリクエストが来ます。サブスクライバー3およびサブスクライバー4からの呼び出し要求は、コールを確立できないため処理されません。
上記のブロックのサブスクライバーも（上の図に示すように）同じ問題に直面しています。 一度に接続できるブロックは2つだけです。 2つ以上またはすべての入力を接続することはできません（存在する出力の数に依存するため）。 したがって、複数の接続を同時に確立することはできません。これは、コールがブロックされていると理解されます。
