Je propose de «rêver», et ce qui «se passerait si» les inventeurs des systèmes de communication numérique connaissaient le rôle de ce type de communication dans le futur et abordaient leur travail «de manière plus responsable», essayant immédiatement d'inventer le protocole de communication numérique le plus universel.
Je demande à quiconque a ses propres pensées, les écris et, après avoir lu l'article, réfléchis dans les commentaires.
Alors, essayons à nouveau de lancer les dés:
Attention
Toutes les idées et algorithmes décrits dans cet article sont le résultat de mon activité intellectuelle indépendante et complètement indépendante. En tant qu'auteur, je donne la permission d'utiliser, de modifier, de compléter librement toutes les idées et algorithmes à toute personne ou organisation dans tout type de projet, avec l'indication obligatoire de ma paternité (Balyberdin Andrey Leonidovich).
Les technologies modernes ne sont probablement pas les plus efficaces (de toutes théoriquement possibles), mais lorsque l'on essaie de trouver d'autres options, la plupart aboutissent à des modifications de celles existantes ou ne peuvent pas du tout donner de réponse.
Je pense que cet état de fait est dû à la structure du cerveau et au mode de pensée humain. Si vous voyez quelque chose dans l'image avec des lignes aléatoires, le prochain regard sur l'image trouvera cette image presque immédiatement. En raison de l'inertie de la pensée, à chaque prochaine fois, il sera de plus en plus difficile de considérer une image différente. De plus, le progrès technique entre en jeu, et il est très similaire au transport ferroviaire. Une fois pliée, il est quasiment impossible de refaire le choix, il est plus facile de mettre en place une "béquille" qui résout le problème.
Commençons donc par créer un paradigme de télécommunications facile à mettre en œuvre, flexible et polyvalent. En dessous, il doit être compatible avec tous les canaux de transmission de données numériques existants et théoriquement possibles. D'en haut, la satisfaction la plus complète des demandes de tous les consommateurs théoriquement possibles, à condition que ces demandes soient soutenues «par le bas». En d'autres termes, le système de communication lui-même ne doit pas être un goulot d'étranglement. Permettez-moi de noter tout de suite que la «perfection» est inatteignable, mais cela ne nie pas la nécessité de lutter pour elle.
Le système de communication idéal est décrit assez simplement:
- La possibilité d'établir instantanément une connexion entre n'importe quel abonné et n'importe quel abonné à tout moment
- Livraison instantanée et sans erreur des messages d'un abonné à un autre.
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Si vous concevez le système de bas en haut, la première question sera:
quel type de canal de communication doit être créé,
tout est simple ici: transfert de données strictement séquentiel avec une vitesse constante et suffisante pour le consommateur. Tous les autres types de canaux peuvent être facilement obtenus à partir de ce type.
La prochaine (deuxième) question:
Interface du système avec les canaux de communication physiques et les utilisateurs du système
À l'aube des systèmes de télécommunication, l'interface de bits était principalement utilisée. Actuellement, le "symbole" est choisi comme support d'information, il, contrairement à l'interface de bit, transporte plus d'un bit de données et peut avoir une propriété supplémentaire "type".
Si nous considérons les types d'informations transmises, nous utiliserons alors le concept de symbole comme support d'informations, les symboles transmis peuvent être divisés en quatre types (groupes):
- Données d'utilisateur.
- Caractères de contrôle personnalisés.
- Données de service.
- Caractères de contrôle de service.
Cet ensemble d'options de symboles est assez polyvalent lors de la création de diverses structures d'information. Les symboles de service sont destinés à la construction d'appels vers le système de communication. Symboles personnalisés pour la communication entre les utilisateurs. La présence de symboles de service séparés est quelque peu redondante, mais elle est justifiée par la nécessité d'une interface de commande dans presque tous les systèmes de communication.
La quantité minimale d'informations codées par un symbole est d'un bit (communication numérique). Il n'est pas nécessaire de fixer dans un premier temps la capacité d'information de différents types de symboles, même nuisibles. Il suffit de fixer les paramètres de communication à l'aide d'un ensemble minimum de 4 types de symboles, et le reste du récepteur et de l'émetteur "négocient" lors de l'établissement d'une connexion directe. D'un point de vue physique (électronique ou logiciel), au moment de la mise sous tension, l'interface avec le système de télécommunication ressemble à:
- Signal de présence de symbole (1 bit)
- Type de caractère (2 bits)
- Données transmises (1 bit, puis en fonction de la capacité d'information)
- Signal de synchronisation (pour l'électronique synchrone).
Dans les systèmes de communication modernes, une telle unité n'est pas fournie, bien que pour la communication informatique, un paquet IP et les règles de sa formation puissent être considérés comme analogiques.
La troisième question sera:
Répartition du canal physique entre les utilisateurs
Pour de vrais systèmes de communication avec un nombre d'abonnés suffisamment grand, il n'est pas rentable de construire des connexions selon le schéma chacun avec chacun et il est nécessaire de mettre en place un schéma de communication utilisant des intermédiaires. Dans le processus de réalisation de la fonction de relais, les intermédiaires sont obligés de séparer les canaux les reliant entre «leurs» et «étrangères» données.
Au moment de la naissance des systèmes de communication modernes, les moyens suivants de partager un canal de communication étaient les plus courants:
- Accès aléatoire (communication radio, interphone).
- Commutation de paquets (télégraphe).
- Attribution temporaire de bande passante fixe (téléphonie).
Aucune de ces méthodes ne satisfait de manière significative les exigences d'un système de communication idéal.
L'approvisionnement en bande passante fonctionne mieux, mais il existe des problèmes de flexibilité en termes de vitesse du canal fourni, de temps nécessaire pour créer le canal et d'efficacité d'utilisation des ressources du canal physique.
La commutation de paquets est efficace dans l'utilisation des ressources, mais il existe des problèmes de cohérence de vitesse, de cohérence de canal et de perte de données. L'accès arbitraire n'est généralement possible que pour un petit nombre d'abonnés, en dépassant lequel (ou le taux de change), l'efficacité tombe à des valeurs insatisfaisantes.
Pour maximiser le respect du système de communication idéal, il était nécessaire de «réinventer» la technologie basée sur l'attribution temporaire d'une partie de la bande passante du canal physique. Il était nécessaire de résoudre le problème avec la flexibilité de la vitesse du canal de transmission de données créé, sa création et sa suppression rapides.
Multiplexer (diviser) un canal de communication
Pour illustrer une nouvelle façon de diviser un canal physique en composants, nous allons diviser un seul canal en plusieurs parties.
Flux R en 1/3, flux G en 1/4 et flux B en 1/5 de la bande passante du canal physique d'origine. La bande passante restante peut être utilisée pour d'autres besoins.
L'image montre comment les flux d'origine sont décomposés en un flux total. Orange - Stream R, Green Stream G, Blue Stream B et Black bande passante libre. (Les symboles du débit total sont pris séquentiellement du côté gauche).
(L'algorithme est symétrique, le même pour le récepteur et l'émetteur)
Le principe général de séparation est assez transparent:
- Nous trions les canaux créés par ordre décroissant de vitesse de transmission.
- Pour chaque canal, créez un compteur (régule la vitesse de transmission) et un tampon de symboles transmis.
- Chaque cycle de synchronisation des symboles dans chaque compteur ajoute une constante proportionnelle à la vitesse de transmission, constante = V (requis) / V (flux physique).
- À chaque cycle d'horloge, nous vérifions les compteurs, dans l'ordre des vitesses décroissantes des canaux qui leur sont attachés, pour un débordement (valeur supérieure à un), jusqu'à ce que nous trouvions le premier compteur contenant une valeur supérieure à un.
- Soustrayez un du compteur trouvé et ajoutez un caractère du tampon des caractères transmis au flux total (créé en conjonction avec le compteur).
L'algorithme de multiplexage sera décrit plus en détail à la fin de l'article, il est recommandé à la lecture par des spécialistes des technologies de la communication.
On voit que si les flux générés ont la même vitesse, alors l'algorithme PDH habituel (E1, etc.) est obtenu à partir du numéro de téléphone. Si le débit est égal à 100% de la bande passante du canal, il en résultera une commutation de paquets.
Après réception, les données doivent être envoyées à un autre canal et cela est fait par le commutateur. Construire un commutateur pour un flux synchrone (uniforme) est une tâche triviale. La capacité d'un tel interrupteur ne dépendra que du volume des «transistors» (pour les microcircuits modernes de l'ordre d'un million de connexions simultanées). La fréquence de commutation des transistors ne dépendra que de la vitesse d'arrivée des symboles, et elle dépend de la capacité d'information du symbole. La possibilité de modifier la capacité d'information des symboles permet d'ajuster la valeur de la fréquence d'horloge de commutation, et le traitement parallèle de chacun des canaux physiques le rend indépendant du nombre de canaux physiques.
Ce type de multiplexage et de commutation peut être appelé une hiérarchie symbolique synchrone.
Et la dernière question:
Gestion de l'environnement de communication
Pour les communications informatiques modernes, l'ensemble de protocoles le plus courant est TCP / IP. Ce protocole est axé sur la commutation de paquets; il n'est pas optimal pour une liaison série. Compte tenu de l'objectif initial du nouveau système de communication (la base de communication du processeur de flux de données - sera décrite dans les articles suivants), le plus optimal serait un langage flexible et universel orienté vers les canaux de communication série ou une extension d'un langage de programmation existant. Lors de la création d'un langage de gestion de réseau, il faut être guidé par un paradigme dans lequel un système informatique est la combinaison de divers dispositifs dans un réseau de communication numérique.
Pourquoi avez-vous besoin d'un nouveau type de réseau?
Le tout premier est la polyvalence et la simplicité des algorithmes. La simplicité du dispositif des commutateurs à haut débit, il n'y a pas de restrictions fondamentales ni sur le nombre de canaux ni sur leur vitesse, améliorera considérablement les caractéristiques des systèmes informatiques multicœurs (communication entre cœurs et modules).
Où une augmentation significative de la vitesse et du nombre de canaux est-elle nécessaire?
Et ici, tout est simple - vous devez résoudre le problème existant de resserrement du système informatique en un seul cristal, augmenter considérablement la vitesse de l'interaction inter-cristal. À l'heure actuelle, des systèmes informatiques séparés et indépendants (ordinateurs indépendants) interagissent dans un réseau informatique. Le nouveau type de réseau devrait considérablement pousser (accélérer) le processus de début de «migration» du concept de «système informatique» d'une entité physique (une boîte sur une table) vers une combinaison logique de nombreuses machines informatiques (cœurs) dans un système informatique distribué. Lors de la création d'un langage pour l'interaction réseau, il faut être guidé par un paradigme dans lequel un système informatique est la combinaison de divers dispositifs dans un réseau de communication numérique.
Le processus de sélection est actuellement en coursnouveau paradigme informatique. L'ancien (von Neumann) a épuisé son potentiel et stagne, tandis que le nouveau n'a pas encore émergé du grand nombre d '«idées» existantes. Je propose d'affiner le paradigme de communication décrit et de l'utiliser comme base du futur environnement d'information unifié.
Et pourtant, il est nécessaire de trouver un nom pour le nouveau réseau, sinon "SkyNet" restera et le caractère de l'IA sera nuisible.
Algorithme de division (multiplexage) d'un canal physique d'un canal en canaux virtuels séparés:
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Pendant la transmission, le flux total doit être désassemblé dans les commutateurs non seulement en raison du réarrangement des canaux virtuels entre les canaux physiques, mais également en raison du besoin potentiel d'ajouter ou de supprimer des caractères vides, ce qui n'est possible qu'au moment de la lecture ou de l'écriture du tampon de canal virtuel. Vous pouvez ajouter la possibilité de créer un flux total du «tunnel» qui ne peut pas être démonté dans les commutateurs intermédiaires. Un tel flux ne sera pas analysé en commutateurs intermédiaires en composants et traité comme un circuit virtuel utilisateur. La création d'un "tunnel" virtuel est possible si vous créez un flux récapitulatif en utilisant des symboles de service alternatifs (l'algorithme reste le même, chaque niveau de tunnel nécessite son propre ensemble de symboles de service).
Du côté de la réception, il sera nécessaire de réaliser une procédure supplémentaire de démontage d'un tel canal en ses composants (le nombre de telles «analyses» peut être considéré comme le niveau du «tunnel»).
Il est avantageux de créer des «tunnels» en raison de la diminution du nombre de canaux virtuels et, par conséquent, des tampons nécessaires dans les commutateurs intermédiaires ou dans les endroits où de très grands flux d'informations sont commutés (et le délai de commutation proportionnel à la vitesse du canal virtuel sera moindre).
Algorithme de création d'un canal virtuel
- Au moment initial, seul le flux de service existe entre l'émetteur et le récepteur (les canaux virtuels créés précédemment ne sont pas comptés). L'émetteur dispose d'un tampon dans lequel les données nécessaires pour créer un nouveau canal virtuel sont accumulées.
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Un réseau basé sur la commutation symbolique synchrone peut révolutionner tout l'environnement de l'information.
Les systèmes informatiques passeront enfin d'une «calculatrice» personnelle, qu'ils sont essentiellement maintenant, à une seule dimension d'information (espace) de notre monde. L'ordinateur de l'utilisateur deviendra simplement un dispositif d'accès à ce monde et éventuellement un dispositif de stockage et de traitement d'informations confidentielles. Le rôle des équipements de réseau dans l'architecture informatique changera considérablement. De nos jours, en gros, un réseau est un moyen de connecter des ordinateurs individuels (chacun d'eux a son propre système d'exploitation) et les applications qui s'exécutent sur eux. Dans le futur, le concept de machine informatique séparée (en tant qu'objet physique) n'existera pas, le système informatique deviendra complètement virtuel, il sera "étalé" sur diverses ressources matérielles du réseau.La question de l'administration (gestion des ressources par les paramètres d'accès d'un système informatique) se déplacera complètement dans le plan de gestion du réseau reliant les modules exécutifs individuels.