Sơ Đồ Quan Hệ Hệ Thống Đa Xử Lý Một Cấp Phân Theo Chức Năng Và Phân Theo

với hệ thống, trên thực tế các thiết bị dù có hoạt động tốt đến đâu thì vẫn có lúc bị hỏng hoặc hoạt động có sai sót. Do vậy, để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục, không bị gián đoạn thì cần thiết phải có hệ thống dự phòng và luôn ở trạng thái sẵn sàng thay thế tự động cho hệ thống chính khi có lỗi xảy ra. Hệ thống lúc này gần như ở chế độ hoạt động song song, như vậy, yêu cầu bắt buộc cho hệ thống điều khiển là phải có dự phòng.

2.2.2 Các phương thức điều khiển

2.2.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển

Cấu trục hệ thống điều khiển được thể hiện trên hình 2.10.

Hình 2.10 Cấu trúc hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển trong tổng đài thường có cấu trúc bội. Có thể gồm có nhiều bộ xử lý, mỗi bộ xử lý có vùng bộ nhớ riêng hoặc có thêm một bộ nhớ chung kết nối giữa các bộ xử lý. Hệ thống điều khiển xử lý các tải, chính là các đối tượng cần xử lý.

2.2.2.2 Các phương thức điều khiển

Đối với tổng đài SPC người ta chia việc điều khiển ra thành nhiều cấp: như điều khiển trung tâm và điều khiển ngoại vi. Hoặc phân chia theo phương thức điều khiển như điều khiển tập trung hay điều khiển phân tán

* Hệ thống điều khiển 1 bộ xử lý (Điều khiển tập trung)

Giai đoạn đầu của sự phát triển tổng đài SPC do giá thành của bộ xử lý và bộ nhớ khá cao do vậy mà để tận dụng năng lực của bộ xử lý nên người ta đã thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng 1 bộ xử lý, điều khiển toàn bộ các chức năng của tổng đài: xử lý ngoại vi, xử lý gọi, xử lý vận hành bảo dưỡng hệ thống.

Do sử dụng 1 bộ xử lý điều khiển tập trung do vậy nó đơn giản trong thiết kế .

Xong có hạn chế: Độ an toàn hệ thống không cao vì chương trình của bộ xử lý khá phức tạp do phải xử lý mọi hoạt động của tổng đài dẫn đến tốc độ xử lý chậm.

Với phương thức này trước đây người ta ứng dụng cho tổng đài vài ngàn số (60 ngàn số 70 ngàn số), nay chỉ sử dụng với tổng đài nhỏ (cơ quan).

Sau này khi công nghệ vi xử lý và máy tính phát triển, giá thành vi mạch xử lý và vi mạch nhớ giảm nên được ứng dụng rất quan trọng vào tổng đài. Người ta thiết kế hệ thống điều khiển dùng nhiều bộ xử lý, điều khiển phân tán.

* Hệ thống điều khiển đa xử lý (điều khiển phân tán)

 Hệ thống đa xử lý (MP) điều khiển 1 cấp.

Với hệ thống này thì các bộ xử lý có quan hệ ngang nhau, làm việc ở chế độ phân tải theo 1 qui định trước.

Có n bộ xử lý (Số lượng phụ thuộc vào lượng tải, các chức năng).

Mỗi bộ xử lý có 1 bộ nhớ riêng chứa chương trình và số liệu mà chỉ bộ xử lý tương ứng sử dụng.

Ngoài ra còn có bộ nhớ chung chứa chương trình và số liệu chung toàn bộ tổng

đài.

Hệ thống đa xử lý điều khiển một cấp

Nguồn tải cần xử lý

Hình 2.11:

cessor) là

c bộ xử l

Trong đó: + CM (Common Memory) Bộ nhớ chung

+ Pi (Proc

P1 cá

P2 ý.

u trúc n

Trong cấ

+ Mi (Memory) là các bộ nhớ ày có 2 loại:

+ Hệ thống phân theo chức năng: Ở hệ thống này thì mỗi bộ xử lý phải đảm

rong c

c năng

ủa tổn

nhiệm 1 chức năng nhất định t M1 ác chứ M2 hoạt động c Mn g đài. Ví dụ: P1: Thu số, P2: quét, P3: giải mã ....

Với phương thức này chuyên môn hoá cho mỗi bộ xử lý, chương trình xử lý

giảm độ phức tạp (phân cấp đồng nhất, phần mềm khác nhau phù hợp với chức năng được phân công).

Hạn chế: Không có khả năng phát triển dung lượng vì ngay từ đầu đã phải thiết kế các bộ xử lý tính toán đủ dung lượng tối đa .

+ Hệ thống phân theo cung đoạn phát triển dung lượng: ở phương thức này thì mỗi bộ xử lý thực hiện tất cả các chức năng của một phần dung lượng nào đó của tổng đài (một nhóm thuê bao giao cho 1 bộ xử lý) do đó số lượng bộ xử lý phụ thuộc vào dung lượng.

Các chức năng của tổng đài

Các bộ xử lý phân theo nguồn tải

P1 P2 P3 Pn

F1 F2 F3

P1 Các bộ

P2 xử

P3 lý

phân theo

chức năng

Fn Pn

Các cung đoạn phát triển dung lượng

Hình 2.12: Sơ đồ quan hệ hệ thống đa xử lý một cấp phân theo chức năng và phân theo cung đoạn phát triển dung lượng

Ưu điểm: Dễ phát triển dung lượng xong nó chứa các nhược điểm của hệ thống điều khiển một bộ xử lý. Hiệu quả không cao vì chương trình và số liệu 1 bộ xử lý phức tạp.

 Hệ thống đa xử lý (MP) điều khiển nhiều cấp

Sơ đồ hình 2.12 mô tả quan hệ mức độ phức tạp và tần suất công việc cần xử lý của các chức năng xử lý của hệ thống điều khiển.

Để sử dụng tối ưu năng lực của các bộ xử lý thì các chức năng điều khiển được phân chia theo nguyên tắc phân cấp. Cụ thể là những chức năng phức tạp nhưng có tần suất thấp và khối lượng nhỏ được giao cho bộ xử lý cấp cao thực hiện thường là bộ xử lý trung tâm (CP: Central Processor).

Còn các chức năng đơn giản thường gặp (Tần suất lớn ) thì do bộ xử lý cấp thấp

Tần suất xuất hiện công việc

Nhiệm vụ các bộ xử lý khu vực

Đo thử đường dây (Scanner) Điều khiển đấu nối (Marker)

Phân phối báo hiệu (Distributor)

Chọn tuyến Tính cước

Chẩn đoán

Mức độ phức tạp công việc

Nhiệm vụ Bộ xử lý trung tâm

thực hiện đó là các bộ xử lý khu vực (RP: Regional Processor).

Hình 2.13: Quan hệ giữa tần suất xuất hiện công việc và mức độ phức tạp công việc cần xử lý‌

Do vậy mà trong tổng đài điện tử SPC thường có cấu trúc điều khiển đa xử lý

phân cấp có thể là: Hệ thống 2 cấp hay 3 cấp xử lý;

Hệ thống đa xử lý điều khiển 3 cấp

Trong cấu trúc này các chức năng điều khiển xử lý phân làm 3 cấp giao cho các bộ xử lý sẽ thực hiện một chức năng và cấp thấp chịu sự điều khiển của cấp cao.

TB TK

CẤP XỬ LÝ GỌI

CẤP XỬ LÝ NGOẠI VI

Cấp I

Cấp II

THIẾT BỊ GIAO TIẾP I/O

CẤP XỬ LÝ VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG

Cấp III

Hình 2.14: Hệ thống đa xử lý điều khiển 3 cấp

+ Cấp I: Xử lý ngoại vi

Thực hiện theo dõi giám sát trạng thái từ đường dây thuê bao, trung kế tới bộ quét (Scanner).

Thu và phân phối thông tin báo hiệu từ đường trung kế hay tới đường trung kế và đường thuê bao.

Thực hiện đo thử đường dây, mạch điện khi có yêu cầu. (Cấp này thường trang bị gần các mạch kết cuối).

+ Cấp II: Xử lý gọi

Nhận các thông tin từ cấp I đến và xử lý điều khiển tạo tuyến nối cho các loại cuộc gọi như phân tích biên dịch địa chỉ và đưa ra các lệnh điều khiển đấu nối, và giải phóng đấu nối, và tính cước cho cuộc gọi, đồng thời nó đưa các thông tin cần thiết cho cấp xử lý điều khiển vận hành bảo dưỡng.

+ Cấp III: Xử lý vận hành bảo dưỡng.

Xử lý các thông tin nhận được từ 2 phía. Từ cấp II tới là các thông tin hệ thống và tạo lệnh điều khiển trở lại cấp II hoặc tạo bản tin tới các thiết bị giao tiếp I/O, cho phép người điều hành nắm được tình trạng hệ thống và thông tin cước.

Cấp này còn nhận các yêu cầu từ người điều hành thông qua các lệnh giao tiếp thực hiện xử lý bằng các phần mềm quản lý bảo dưỡng. Đảm bảo hệ thống hoạt động tin cậy.

Cấp xử lý này thường do bộ xử lý vận hành bảo dưỡng (OMP) thực hiện.

Hệ thống điều khiển phân 2 cấp xử lý

+ Cấp I là cấp xử lý ngoại vi.

+ Cấp II cấp xử lý gọi và vận hành bảo dưỡng.

Với tổng đài có dung lượng nhỏ dưới vài ngàn số thì đối với cấp xử lý gọi và xử lý vận hành bảo dưỡng không phức tạp lắm cho nên người ta có thể gộp 2 cấp này thành cấp II gọi là cấp xử lý gọi và vận hành bảo dưỡng.

Nhận xét: Hệ thống đa xử lý điều khiển phân tán

Trong cấu hình điều khiển phân tán với nhiều bộ xử

lý khu vực, xử

lý điều

khiển cùng chức năng trong cùng thời gian (Khả năng xử lý song song) nên làm tăng khả năng xử lý hệ thống. Các bộ xử lý hoạt động độc lập mặc dù mỗi cuộc gọi đều có sự can thiệp của xử lý trung tâm, nhưng chủ yếu vẫn do RP thực hiện nên giảm 1 phần quan trọng công việc từ xử lý trung tâm (CP).

Tăng độ tin cậy và độ sẵn sàng của hệ thống, vì nếu 1 vài chức năng hay 1 vài bộ xử lý bị sự cố chỉ ảnh hưởng khu vực bộ phận liên quan chứ không toàn bộ hệ thống. Đặc biệt với cấu hình có tổng đài vệ tinh làm việc chế độ tự trị, thậm chí xử lý trung tâm hỏng nhưng vệ tinh không bị tê liệt.

Ngoài ra để tăng độ tin cậy người ta có công tác dự phòng đối với các bộ xử lý quan trọng. Nhờ phân tán bớt một số chức năng cho các bộ xử lý phụ (RP) do đó xử lý trung tâm (CP) trở nên đơn giản hơn, tin cậy hơn. Tạo ra cấu trúc Modular cho hệ thống.

2.2.3 Dự phòng cho hệ thống điều khiển

2.2.3.1 Khái niệm dự phòng

Tổng đài điện tử số đã được tích hợp và hiện đại hoá ở mức cao nên có độ tin cậy cao. Mặc dù vậy, cũng không thể đảm bảo tuyệt đối an toàn cho hệ thống và chất lượng thông tin được, vì hệ thống chỉ được phép gián đoạn (dead time) 2 giờ trong suốt 40 năm khai thác. Chính vì vậy, để nâng cao độ tin cậy và chất lượng thông tin thông suốt, thì các hệ thống điều khiển, đặc biệt là điều khiển trung tâm, tại cấp xử lý gọi cần phải trang bị hệ thống dự phòng.

Dự phòng cho hệ thống điều khiển tức là trang bị thêm một hệ thống điều khiển hoàn toàn giống với hệ thống đang hoạt động, sẵn sàng thay thế ngay hệ thống chính nếu nó gặp sự cố hoặc hỏng hóc.

Có 4 loại dự

phòng hay được sử

dụng trong hệ

thống điều khiển, đó là: dự

phòng cặp đồng bộ, dự phòng phân tải, dự phòng nóng và dự phòng n+1.

2.2.3.2 Dự phòng cặp đồng bộ (Pair of Synchronized)

Tải cần xử lý

COMP

Synch

PA: Bộ xử lý A PB: Bộ xử lý B

MA: Bộ nhớ chương trình của PA MB: Bộ nhớ chương trình của PB Synch: Đồng hồ tạo xung nhịp

đồng bộ Compaire: Bộ so sánh

Hình 2.15: Dự phòng cặp đồng bộ

* Đặc điểm cấu tạo

Dự phòng cặp đồng bộ còn gọi là dự phòng song song. Cấu tạo của hệ thống này gồm có:

Có 2 bộ xử lý PA và PB có cấu trúc và chương trình hoàn toàn giống nhau được nối song song với nguồn tải cần xử lý. Xử lý đồng thời các nhiệm vụ từ nguồn tải.

Có 2 bộ nhớ MA và MB để lưu chương trình điều khiển cho mỗi bộ xử lý.

Clock: Tạo xung nhịp, giúp 2 bộ xử lý hoạt động đồng bộ.

Bộ so sánh: So sánh kết quả xử lý của 2 bộ xử lý từ đó đưa ra quyết định điều khiển tốt nhất.

* Hoạt động

Khi có tải cần xử lý thì 2 bộ PA và PB đều tham gia xử lý theo 1 xung nhịp rồi đưa kết quả qua bộ so sánh để cho kết quả tối ưu và đưa ra quyết định hoạt động bình thường. Tức là, mỗi công việc sẽ giao đồng thời cho hai bộ xử lý. Nếu có 1 bộ xử lý có sự cố thì bộ còn lại sẽ xử lý toàn bộ tải.

Để hai bộ xử lý hoạt động giống nhau thì yêu cầu phần mềm của chúng phải hoàn toàn giống nhau. Nếu sai sót ở phần mềm, thông qua so sánh không phát hiện được lỗi.

* Nhận xét:

Có độ tin cậy, nhưng hiệu suất thấp (50 %)

Khó xác định lỗi phần mềm (2 bộ đồng nhất)

Khó xác định bộ xử lý có sai lỗi nếu phần mềm sai.

2.2.3.3 Dự phòng phân tải (Load Sharing)

* Cấu tạo:

Gồm 2 bộ xử lý PA và PB có quan hệ ngang nhau.

2 bộ nhớ MA và MB lưu chương trình điều khiển riêng cho mỗi bộ xử lý.

Mạch Except: Ngăn chặn khả năng xử lý kép cho 1 nguồn tải.

* Hoạt động:

Khi có tải cần xử lý xuất hiện được phân phối đều cho 2 bộ xử lý.

Ví dụ: 1 cuộc gọi xuất hiện thì 1 trong 2 bộ xử lý tiếp nhận và tiến hành xử lý từ đầu đến cuối và loại trừ bộ kia không tham gia nhờ mạch Except. Sau đó có cuộc gọi thứ 2 xuất hiện thì bộ thứ 2 xử lý.

Như vậy việc phân phối xử lý là nhẫu nhiên, 2 bộ xử lý độc lập và trong quá trình xử lý có phối hợp trao đổi số liệu cho nhau. Khi 1 bộ xử lý sự cố thì bộ kia thay thế xử lý tiếp.

Tải cần xử lý

PA: Bộ xử lý A PB: Bộ xử lý B

Except

MA: Bộ nhớ chương trình của PA

MB: Bộ nhớ chương trình của PB

Except: Bộ loại trừ xử lý kép

Hình 2.16: Phương thức dự phòng phân tải

* Nhận xét

Hiệu suất tăng 60 70 % trong giờ cao điểm.

tạp.

Xác định lỗi mỗi bộ cần có thiết bị phát hiện riêng nên chế độ làm việc phức

Độ tin cậy thấp hơn cặp đồng bộ.

2.2.3.4 Dự phòng nóng (ACT/SBY)

Tải cần xử lý

PA: Bộ xử lý A PB: Bộ xử lý B MC: Bộ nhớ chung

Hình 2.17: Phương thức dự phòng nóng (ACT/SBY)

* Cấu tạo:

Gồm 2 bộ xử lý PA và PB riêng biệt.

1 bộ nhớ chung MC lưu chương trình điều khiển cho cả 2 bộ xử lý.

* Hoạt động:

Đây là phương pháp dự phòng đơn giản nhất được sử dụng ở tổng đài có dung

lượng nhỏ. Trong 2 bộ xử

lý riêng biệt PA hoặc PB sẽ

có một bộ xử

lý tích cực

(ACTive) đảm nhiệm toàn bộ công việc, bộ kia ở trạng thái dự phòng (StandBY). Cả 2 bộ xử lý độc lập nhau vả về phần cứng lẫn phần mềm.

Khi bộ xử lý ACT bị hỏng thì bộ xử

lý SBY sẽ

được đưa vào thay thế. Nếu

những công việc đang làm dở của bộ bị hỏng làm chưa xong có thể dẫn đến gián đoạn thông tin. Để giảm bớt tình trạng này, người ta dùng bộ nhớ chung MC, cứ sau 5s dữ

liệu lại được ghi lại 1 lần vào MC. Khi được thay thế thì các dữ được ghi sẽ tiếp tục được xử lý.

* Nhận xét

Hiệu suất thấp.

Độ tin cậy thấp.

liệu trước đó đã

Có thể bị gián đoạn thông tin vì các công việc đang làm dở của bộ xử lý bị hỏng.

Giá thành rẻ.

Hay sử dụng trong các tổng đài nhỏ.

2.2.3.5 Dự phòng n+1

* Cấu tạo:

Hệ thống có n+1 bộ xử lý. Trong đó n bộ trực tiếp xử lý tải của hệ thống. Còn bộ n+1 dự phòng.

Có n+1 bộ nhớ riêng lưu chương trình và số liệu liên quan.