Proponho “sonhar” e o que “aconteceria se” os inventores dos sistemas de comunicação digital soubessem do papel deste tipo de comunicação no futuro e abordassem o seu trabalho “com mais responsabilidade”, tentando de imediato inventar o protocolo de comunicação digital mais universal.
Peço a quem tem o que pensa, escreva e, após ler o artigo, reflita nos comentários.
Então, vamos tentar lançar os dados novamente:
Atenção
Todas as idéias e algoritmos descritos neste artigo são o resultado de minha atividade intelectual independente e completamente independente. Como autor, dou permissão para usar, alterar, complementar livremente todas as idéias e algoritmos a qualquer pessoa ou organização em qualquer tipo de projeto, com a indicação obrigatória de minha autoria (Balyberdin Andrey Leonidovich).
As tecnologias modernas muito provavelmente não são as mais eficazes (de todas teoricamente possíveis), mas ao tentar encontrar outras opções, a maioria acaba por modificações das existentes ou não consegue dar uma resposta.
Acho que esse estado de coisas se deve à estrutura do cérebro e ao modo de pensar humano. Se você vir algo na imagem com linhas aleatórias, a próxima olhada na imagem encontrará essa imagem quase imediatamente. Devido à inércia do pensamento, a cada próxima vez será cada vez mais difícil considerar uma imagem diferente. Além disso, o progresso técnico entra em jogo, e é muito semelhante ao transporte ferroviário. Depois de dobrada, fica quase impossível repetir a escolha, é mais fácil implementar a “muleta” que resolve o problema.
Portanto, vamos começar a construir um paradigma de telecomunicações fácil de implementar, flexível e versátil. Abaixo, deve ser compatível com todos os canais de transmissão de dados digitais existentes e teoricamente possíveis. De cima, a mais completa satisfação dos pedidos de todos os consumidores teoricamente possíveis, desde que esses pedidos sejam apoiados "de baixo". Em outras palavras, o próprio sistema de comunicação não deve ser um gargalo. Deixe-me observar imediatamente que a "perfeição" é inatingível, mas isso não nega a necessidade de lutar por ela.
O sistema de comunicação ideal é descrito de forma bastante simples:
- A capacidade de estabelecer instantaneamente uma conexão entre qualquer assinante e qualquer assinante a qualquer momento.
- Entrega de mensagens instantânea e sem erros de um assinante para outro.
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Se você desenha o sistema de baixo para cima, então a primeira pergunta será:
Que tipo de canal de comunicação precisa ser
criado.Tudo é simples aqui: transferência de dados estritamente sequencial com uma velocidade constante e suficiente para o consumidor. Todos os outros tipos de canais podem ser facilmente obtidos desse tipo.
A próxima (segunda) pergunta:
Interface do sistema para canais de comunicação física e usuários do sistema
No início dos sistemas de telecomunicações, a interface de bit era usada principalmente. Atualmente, o "símbolo" é selecionado como portador de informação; ele, ao contrário da interface de bits, carrega mais de um bit de dados e pode ter uma propriedade "tipo" adicional.
Se considerarmos os tipos de informação transmitida, usaremos o conceito de símbolo como portador de informação, então os símbolos transmitidos podem ser divididos em quatro tipos (grupos):
- Dados do usuário.
- Caracteres de controle personalizados.
- Dados de serviço.
- Personagens de controle de serviço.
Este conjunto de opções de símbolos é bastante versátil ao construir várias estruturas de informação. Os símbolos de serviço são destinados à criação de chamadas para o sistema de comunicação. Símbolos personalizados para comunicação entre usuários. A presença de símbolos de serviço separados é um tanto redundante, mas justificada pela necessidade de uma interface de controle em quase todos os sistemas de comunicação.
A quantidade mínima de informação codificada por um símbolo é de um bit (comunicação digital). Não há necessidade de fixar inicialmente a capacidade de informação de vários tipos de símbolos, mesmo nocivos. Basta fixar os parâmetros de comunicação usando um conjunto mínimo de 4 tipos de símbolos, e o resto do receptor e do transmissor "negociam" ao estabelecer uma conexão direta. Do ponto de vista físico (eletrônico ou software), no momento da ligação, a interface para o sistema de telecomunicações se parece com:
- Sinal de presença de símbolo (1 bit)
- Tipo de caractere (2 bits)
- Dados transmitidos (1 bit e, a seguir, de acordo com a capacidade de informação)
- Sinal de sincronização (para eletrônicos síncronos).
Nos sistemas de comunicação modernos, tal unidade não é fornecida, embora para a comunicação do computador um pacote IP e as regras para sua formação possam ser considerados analógicos.
A terceira questão será:
Distribuição do canal físico entre os usuários
Para sistemas de comunicação reais com um número suficientemente grande de assinantes, não é lucrativo construir conexões de acordo com o esquema de cada um e é necessário implementar um esquema de comunicação usando intermediários. Os intermediários no processo de execução da função de relé são forçados a dividir os canais que os conectam entre os dados "seus" e "estrangeiros".
Na época do nascimento dos modernos sistemas de comunicação, as seguintes formas de compartilhar um canal de comunicação eram as mais comuns:
- Acesso aleatório (comunicação de rádio, interfone).
- Comutação de pacotes (telégrafo).
- Alocação temporária de largura de banda fixa (telefonia).
Nenhum desses métodos satisfaz de forma significativa os requisitos de um sistema de comunicação ideal.
O provisionamento de largura de banda funciona melhor, mas há problemas de flexibilidade em termos de velocidade do canal fornecido, o tempo que leva para criar o canal e a eficiência do uso dos recursos do canal físico.
A comutação de pacotes é eficiente na utilização de recursos, mas há problemas com consistência de velocidade, consistência de canal e perda de dados. O acesso arbitrário é geralmente possível apenas para um pequeno número de assinantes, ao ultrapassar esse (ou a taxa de câmbio), a eficiência cai para valores insatisfatórios.
Para o máximo cumprimento do sistema de comunicação ideal, foi necessário “reinventar” a tecnologia com base na alocação temporária de uma parte da largura de banda do canal físico. Era preciso resolver o problema com a flexibilidade na velocidade do canal de transmissão de dados criado, sua rápida criação e remoção.
Multiplexando (dividindo) um canal de comunicação
Para ilustrar uma nova maneira de dividir um canal físico em componentes, vamos dividir um único canal em partes.
Fluxo R em 1/3, fluxo G em ¼ e fluxo B em 1/5 da largura de banda do canal físico original. A largura de banda restante pode ser usada para outras necessidades.
A imagem mostra como os fluxos originais são decompostos em um fluxo total. Laranja - Fluxo R, Fluxo verde G, Fluxo azul B e largura de banda livre preta. (Os símbolos do fluxo total são retirados sequencialmente do lado esquerdo).
(O algoritmo é simétrico, o mesmo para o receptor e o transmissor)
O princípio geral de separação é bastante transparente:
- Classificamos os canais criados em ordem decrescente de velocidade de transmissão.
- Para cada canal, crie um contador (regula a taxa de transmissão) e um buffer de caracteres transmitidos.
- Cada ciclo de sincronização de símbolo em cada contador adiciona uma constante proporcional à taxa de transmissão, constante = V (obrigatório) / V (fluxo físico).
- A cada ciclo de clock verificamos os contadores, na ordem decrescente das velocidades dos canais a eles ligados, quanto a overflow (valor maior que um), até encontrar o primeiro contador contendo um valor maior que um.
- Subtraímos um do contador encontrado e adicionamos um caractere do buffer de caracteres transmitidos ao fluxo total (criado em conjunto com o contador).
O algoritmo de multiplexação será descrito com mais detalhes no final do artigo, é recomendado para leitura por especialistas em tecnologias de comunicação.
Vemos que se os fluxos gerados têm a mesma velocidade, então o algoritmo PDH usual (E1, etc.) é obtido do número de telefone. Se a taxa de fluxo for igual a 100% da largura de banda do canal, ocorrerá a troca de pacotes.
Após o recebimento, os dados devem ser enviados para outro canal e isso é feito pelo switch. Construir um switch para um fluxo síncrono (uniforme) é uma tarefa trivial. A capacidade de tal switch dependerá apenas do volume de "transistores" (para microcircuitos modernos na região de um milhão de conexões simultâneas). A frequência de chaveamento dos transistores dependerá apenas da taxa de chegada dos símbolos, e depende da capacidade de informação do símbolo. A capacidade de alterar a capacidade de informação dos símbolos torna possível ajustar o valor da frequência do relógio de comutação, e o processamento paralelo de cada um dos canais físicos o torna independente do número de canais físicos.
Esse tipo de multiplexação e comutação pode ser chamado de hierarquia simbólica síncrona.
E a última pergunta:
Gerenciamento do ambiente de comunicação
Para a comunicação de computadores modernos, o conjunto de protocolos mais comum é o TCP / IP. Este protocolo é focado na comutação de pacotes, não é ideal para um link serial. Considerando o propósito inicial do novo sistema de comunicação (a base de comunicação do processador de fluxo de dados - será descrito nos artigos a seguir), o mais ideal seria uma linguagem flexível e universal orientada para canais de comunicação serial ou uma extensão de uma linguagem de programação existente. Ao criar uma linguagem de gerenciamento de rede, deve-se ser guiado por um paradigma em que um sistema de computação é a combinação de vários dispositivos em uma rede de comunicação digital.
Por que você precisa de um novo tipo de rede?
O primeiro é a versatilidade e simplicidade dos algoritmos. A simplicidade do projeto de switches de alta velocidade, sem restrições fundamentais quanto ao número de canais ou sua velocidade, melhorará significativamente as características dos sistemas de computação multicore (comunicação entre núcleos e módulos).
Onde é necessário um aumento significativo na velocidade e no número de canais?
E aqui tudo é simples - você precisa resolver o problema existente de apertar o sistema de computação em um cristal, aumentar significativamente a velocidade da interação entre os cristais. Atualmente, sistemas de computação separados e independentes (computadores independentes) interagem em uma rede de computadores. O novo tipo de rede deve impulsionar (acelerar) significativamente o processo inicial de "migração" do conceito de "sistema de computação" de uma entidade física (uma caixa em uma mesa) para uma combinação lógica de muitas máquinas de computação (núcleos) em um sistema de computação distribuído. Ao criar uma linguagem para interação em rede, deve-se ser orientado por um paradigma em que um sistema de computação é a combinação de vários dispositivos em uma rede de comunicação digital.
O processo de seleção está em andamentonovo paradigma de computação. O antigo (von Neumann) esgotou o seu potencial e está estagnado, enquanto o novo ainda não emergiu do grande número de “ideias” existentes. Proponho refinar o paradigma de comunicação descrito e usá-lo como base para um futuro ambiente de informação unificado.
E ainda, é necessário inventar um nome para a nova rede, caso contrário "SkyNet" irá grudar e o caráter da AI será prejudicial.
Algoritmo para dividir (multiplexar) um canal físico de um canal em canais virtuais separados:
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Durante a transmissão, o fluxo total deve ser desmontado em interruptores, não apenas por causa da reorganização dos canais virtuais entre os canais físicos, mas também por causa da necessidade potencial de adicionar ou remover caracteres vazios, o que é possível apenas no momento da leitura ou gravação do buffer do canal virtual. Você pode adicionar a capacidade de criar um fluxo total do "túnel" que não pode ser desmontado em interruptores intermediários. Esse fluxo não será analisado em switches intermediários em componentes e processado como um circuito virtual do usuário. A criação de um "túnel" virtual é possível se você criar um fluxo de resumo usando símbolos de serviço alternativos (o algoritmo permanece o mesmo, cada nível de túnel requer seu próprio conjunto de símbolos de serviço).
Do lado da recepção, será necessário realizar um procedimento adicional para desmontar tal canal em seus componentes (o número de tais “análises” pode ser considerado o nível do “túnel”).
É lucrativo criar "túneis" devido a uma diminuição no número de canais virtuais e, consequentemente, os buffers necessários em comutadores intermediários ou em locais onde fluxos de informações muito grandes são trocados (e o atraso de comutação proporcional à velocidade do canal virtual será menor).
Algoritmo para criar um canal virtual
- No momento inicial, apenas o fluxo de serviço existe entre o transmissor e o receptor (os canais virtuais criados anteriormente não são contados). O transmissor possui um buffer no qual os dados necessários para criar um novo canal virtual são acumulados.
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Uma rede baseada em comutação simbólica síncrona pode revolucionar todo o ambiente de informação.
Os sistemas de computação finalmente passarão de uma "calculadora" pessoal, que basicamente são agora, em uma única dimensão de informação (espaço) de nosso mundo. O computador do usuário simplesmente se tornará um dispositivo para acessar este mundo e, possivelmente, um dispositivo para armazenar e processar informações confidenciais. A função do equipamento de rede na arquitetura de computação mudará significativamente. Hoje em dia, basicamente, uma rede é uma forma de conectar computadores individuais (cada um deles tem seu próprio sistema operacional) e os aplicativos executados neles. No futuro, o conceito de uma máquina de computação separada (como um objeto físico) não existirá, o sistema de computação se tornará completamente virtual, será "espalhado" por vários recursos de hardware da rede.A questão da administração (gerenciamento de recursos por parâmetros de acesso de um sistema de computação) mudará completamente para o plano de gerenciamento de rede conectando módulos executivos individuais.