49146 (Станция ЛВС с маркерным доступом на структуре шина)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Описание принципов функционирования ЛВС с маркерным доступом

1.1 Принцип работы ЛВС с МД на структуре шина

1.2 Тип и форматы кадров

1.3 Тайм-ауты

2. Описание микропроцессорного комплекта PIC16C64

2.1 Описание команд PIC16C64

3. Описание структурной схемы станции ЛВС

4. Описание принципиальной схемы станции ЛВС

5. Описание граф-схемы режима работы ЛЛС

6. Расчет эффективности работы станции

6.1 МД при произвольном расположении узлов на структуре шина

6.2 ИМД при произвольном расположении узлов на структуре шина

6.3 Сравнение МД и ИМД на структуре шина

Заключение

Библиографический список

Приложение 1

Приложение 2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ЛВС - локальная вычислительная сеть;

УДС - подуровень управления доступом к среде;

УЛС - подуровень управления логической связью;

МД - маркерный доступ;

ИМД - интервально-маркерный доступ;

КД - кадр данных;

КМ - кадр маркера;

КП - кадр прерывания;

ПБД - протокольный блок данных;

IEEE - Институт инженеров по электротехнике и радиоэлетроннике;

МК - микроконтроллер;

ЦП - центральный процессор;

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство;

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство;

ЛЛС - ликвидация логического соединения.

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является:

• разработка структурной и принципиальной схемы станции локальной вычислительной сети (ЛВС), удовлетворяющей требованиям, изложенным в техническом задании;

• разработка граф схемы алгоритма работы станции в режиме ликвидации логического соединения;

• написание программы в командах микропроцессорного комплекта серии PIC16C64;

• изучение этой серии;

• анализ эффективности работы станции.

2. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛВС С МД

1.1 Принципы работы ЛВС с МД на структуре шина

При использовании маркерного доступа на структурной организации шина для обеспечения доступа станций к физической среде передачи необходимо передавать кадр маркера определенного формата /1/. Передача маркера от одной станции к другой должна происходить в заданной последовательности. В стандарте 802.4 принята циклическая последовательность передачи маркера в порядке убывания адресов, когда станция с более старшим адресом передает маркер станции с более младшим адресом, а станция с самым младшим адресом передает маркер станции с самым старшим адресом. Циркуляция кадра маркера образует так называемое логическое кольцо физической шины (рис.1.1).

При этом последовательность расположения станций в логическом кольце может не соответствовать последовательности их физического размещения на шине.

Рис. 1.1. Логическое кольцо физической шины

Станции, не входящие в логическое кольцо, не могут инициализировать передачу данных и не могут передавать кадр маркера, но могут принимать кадры от других станций, могут отвечать на запросы от других станций и включаться в логическое кольцо при получении соответствующего разрешения.

В данной структурной организации нет станции-монитора, которая управляла бы работой логического кольца. Эти функции выполняет та станция, которая в данный момент является держателем маркера, т.е. получила кадр маркера и временно удерживает его у себя.

При передаче многих управляющих кадров станция-держатель маркера должна ожидать ответ от другой или других станций. Время ожидания зависит от расположения передающей и принимающей станции и принятого алгоритма функционирования. Максимальное время ожидания определяется интервалом ответа (максимальным промежутком времени, в течение которого любая из станций должна ждать ответа от другой станции) и номером окна ответа.

Для различных управляющих кадров ответ может придти в 1, 2, 3 или 4 окне. Длительность окна ответа равна интервалу ответа.

1.2 Тип и форматы кадров

Информация, передаваемая на уровне УДС, должна передаваться в виде кадров и заполнителей.

В данной структурной организации используются КД, КМ и КП, форматы которых представлены на рис.1.2. При этом приняты следующие обозначения: НО - начальный ограничитель; УК - указатель кадра; АП - адрес получателя; АО - адрес отправителя; КПК – контрольная последовательность кадра; КО - конечный ограничитель.

Сфера КПК

Преам

була

НО

УК

АП

АО

Данные

КПК

КО

КД

Преам

була

НО

Данные

КПК

КО

КМ

АП

АО

НО

КО

КП

Рис.1.2. Форматы кадров протокола УДС

Все рассматриваемые кадры передаются, начиная с левого поля. В кадре данных число байтов (октав) между полями НО и КО не должно быть более 8181 байт.

Преамбула предшествует каждому передаваемому КД и КМ. Преамбула используется только в сетях, не имеющих постоянной битовой синхронизации. Длина преамбулы зависит от применяемой скорости передачи данных и используемого метода модуляции сигналов и составляет от одного до нескольких байт символов-заполнителей. Преамбула обеспечивает битовую синхронизацию станции-приемника. Она обеспечивает минимально необходимый межкадровый промежуток времени для завершения обработки станций ранее переданного кадра. Длительность преамбулы должна быть не менее 2 мкс.

Поле НО - это комбинация символов NN0NN000, где N - символ "не данные".

Необходимо отметить следующее. В протоколе УДС используются следующие символы: 0 - нуль; 1 - единица; N - "не данные"; p - заполнитель; S - молчание; В - искаженный сигнал.

Поле УК кодируется в зависимости от передаваемого КД. При этом различают кадры управления УДС, кадры данных и кадры специального назначения.

В кадре "Управление УДС" поле УК кодируется следующим образом: (табл. 1.1). Режимы работы рассматриваются ниже.

Таблица 1.1

Кадры "Управление УДС"

Кадр "Заявка маркера" используется станциями для установления той станции, которая будет инициализировать логическое кольцо, т.е. будет генерировать маркер. Этот кадр содержит поле данных произвольной длины, которая должна быть кратна байту и равняться 0, 2, 4 или 6 интервалов ответа.

Кадр "Запрос преемника 1" формируется станцией-держателем маркера для ввода в логическое кольцо новых станций. В этом кадре поле АП содержит адрес следующей станции, отсутствует поле данных и за этим кадром должно следовать одно окно ответа.

Кадр "Запрос преемника 2" формируется станцией-держателем маркера. Поле АП в этом кадре содержит адрес следующей станции. Кадр используется для ввода в логическое кольцо новых станций. Такой кадр передается, если нет ответа на кадр "Запрос преемника 1". Такая ситуация будет обязательно, если кадр "Запрос преемника 1" передает станция с наименьшим номером в логическом кольце. В кадрах "Запрос преемника 2" отсутствует поле данных и за кадром должно следовать два окна ответа.

В кадре "Кто следующий" поле данных содержит адрес следующей станции. За этим кадром должны следовать 3 окна ответа. Кадр формируется станцией-держателем маркера. Кадр используется в режиме восстановления после ошибок, если преемник не активен.

Кадр "Разрешение соперничества" передается станцией-держателем маркера, когда при опросе станций, желающих войти в логическое кольцо, ответ дали 2 или более станций. Кадр разрешает этим станциям начать соревнование за включение в логическое кольцо. Этот кадр не содержит поля данных и за ним должно следовать 4 окна ответа.

Кадр "Установить преемника" может формироваться целым рядом станций в различных режимах. Поле АП содержит поле АО последнего принятого данной станцией кадра. Поле данных содержит адрес следующей станции (если станция-держатель маркера желает отключиться из логического кольца) или собственной станции (если станция, например, хочет войти в логическое кольцо).

В КД поле УК кодируется FFMMMPPP, где FF=01 если передается КД УЛЗ; FF=10 если передается КД диспетчера; FF=11 для кадров специального назначения; MMM биты запроса, причем MMM=000 запрос, не требующий ответа, MMM=001 запрос, требующий ответа; MMM=010 ответ на запрос; PPP биты приоритета /000 - низший приоритет; 111 - высший/.

Поле АО содержит индивидуальный адрес станции-отправителя данного кадра. Адрес АО не интерпретируется на уровне УДС.

Поле АП указывает либо индивидуальный адрес станции - получателя кадра, либо групповой адрес нескольких станций сети, которым предназначен этот кадр.

Поле КПК служит для проверки правильности принятого кадра данных.

1.3 Тайм – ауты

В ЛВС с МДШ используется набор таймеров для управления различными режимами функционирования. При этом измеряются соответствующие временные интервалы ( тайм- ауты).

Пять тайм-аутов оперируют с целыми числами, кратными интервалу ответа, и не используются одновременно. Рассмотрим их:

• Тайм-аут неактивности шины используется для инициализации логического кольца, т.е. для создания маркера. Он управляет интервалом времени в течение которого станция прослушивает среду передачи до выдачи кадра “Запрос маркера”. в станциях с наименьшим номером он равен 6 интервалам ответа, а в остальных станциях 7 интервалам ответа. Запуск таймера производится в момент предыдущей передачи маркера следующей станции.

• Тайм-аут заявки маркера управляет длительностью интервалов времени между передачами кадров “Запрос маркера”. Его длительность – 1 интервал ответа. Запускается таймер при выдаче кадра “Запрос маркера”.

• Тайм-аут окна ответа используется в режиме передачи данных. Он управляет интервалами времени между передачами КД станций, имеющих открытое окно ответа (т.е. передающей станции нужен ответ на ее передачу ). Длительность тайм-аута 1 интервал ответа. Запускается таймер при выдаче станцией очередного кадра.

• Тайм-аут соперничества управляет интервалом времени в течение которого станция прослушивает среду передачи после опознавания кадра “Разрешение соперничества”, “Запрос преемника” или “Кто следующий”. Запуск производится после опознавания соответствующего кадра и составляет 0, 1, 2, 3, 4 интервала ответа в зависимости от вида кадра и его отправителя.

• Тайм-аут передачи маркера управляет интервалом времени в течение которого станция прослушивает среду передачи после передачи маркера своему преемнику сцелью обнаружения его активности. Длительность тайм-аута 1 интервал ответа. Запуск производится при выдаче маркера.

Кроме перечисленных тайм-аутов используется ряд тайм-аутов, кратна октетному (байтовому ) интервалу :

• Тайм-аут удержания маркера ( ТУМ ) определяет время, в течение которого станция может передавать КД соответствующего приоритета. Число таких тайм-аутов определяется типом станции.

• Тайм-аут циркуляции маркера ( ТЦМ ) ( класс доступа ) определяет минимальный интервал времени, за который должен быть получен маркер для передачи кадров соответствующего класса доступа. Число таких тайм-аутов определяется типом станции.

2. ОПИСАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО КОМПЛЕКТА PIC16C64

Американская фирма Microchip Technology Inc в течении 2-х последних десятилетий является одной из ведущих фирм по разработке и производству 8-разрядных КМОП МК. Помимо МК фирма выпускает также МС электрически перепрограммируемой последовательной памяти емкостью от 1 до 64К, а также целый ряд ПУ и прикладных продуктов, как например, кодеры с динамическим кодом серии HCS300, микросхемы управления ЖКИ дисплеями AY0438 и многое другое [5].

МК PIC (Peripheral Interface Controller) имеют RISC - архитектуру. Использовать эти МК рекомендуется во всех случаях, когда критично энергопотребление, габариты и стоимость устройства.

В зависимости от производительности и функциональных возможностей МК серии PIC16/17 подразделяются на 3 семейства:

PIC16C5X - базовое семейство с 12- разрядными командами;