Propongo “soñar”, y qué “sería” si los inventores de los sistemas de comunicación digital conocieran el papel de este tipo de comunicación en el futuro y abordaran su trabajo de forma “más responsable”, intentando de inmediato inventar el protocolo de comunicación digital más universal.
Le pido a quien tenga sus propios pensamientos que los anote y, después de leer el artículo, reflexione en los comentarios.
Entonces, intentemos tirar los dados nuevamente:
Atención
Todas las ideas y algoritmos descritos en este artículo son el resultado de mi actividad intelectual independiente y completamente independiente. Como autor, doy permiso para usar, cambiar, complementar libremente todas las ideas y algoritmos a cualquier persona u organización en cualquier tipo de proyecto, con la indicación obligatoria de mi autoría (Balyberdin Andrey Leonidovich).
Lo más probable es que las tecnologías modernas no sean las más efectivas (de todas teóricamente posibles), pero cuando se intenta encontrar otras opciones, la mayoría llega a modificaciones de las existentes o no puede dar una respuesta en absoluto.
Creo que este estado de cosas se debe a la estructura del cerebro y al modo de pensar humano. Si ve algo en la imagen con líneas aleatorias, la siguiente mirada a la imagen encontrará esta imagen casi de inmediato. Debido a la inercia del pensamiento, con cada próxima vez será cada vez más difícil considerar una imagen diferente. Además, entra en juego el progreso técnico y es muy similar al transporte ferroviario. Una vez plegada, es casi imposible repetir la elección, es más fácil implementar la "muleta" que resuelve el problema.
Así que comencemos a construir un paradigma de telecomunicaciones versátil, flexible y fácil de implementar. A continuación, debe ser compatible con todos los canales de transmisión de datos digitales existentes y teóricamente posibles. Desde arriba, la más completa satisfacción de las solicitudes de todos los consumidores teóricamente posibles, siempre que estas solicitudes sean respaldadas "desde abajo". En otras palabras, el sistema de comunicación en sí no debería ser un cuello de botella. Noto de inmediato que la "perfección" es inalcanzable, pero esto no niega la necesidad de luchar por ella.
El sistema de comunicación ideal se describe de manera bastante simple:
- La capacidad de establecer instantáneamente una conexión entre cualquier suscriptor y cualquier suscriptor en cualquier momento.
- Envío de mensajes instantáneo y sin errores de un suscriptor a otro.
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Si diseñas el sistema de abajo hacia arriba, la primera pregunta será:
¿Qué tipo de canal de comunicación hay que crear?
Aquí todo es simple: transferencia de datos estrictamente secuencial con una velocidad constante y suficiente para el consumidor. Todos los demás tipos de canales se pueden obtener fácilmente de este tipo.
La siguiente (segunda) pregunta:
Interfaz del sistema con los canales de comunicación físicos y los usuarios del sistema
En los albores de los sistemas de telecomunicaciones, se utilizaba principalmente la interfaz de bits. En la actualidad, el "símbolo" se selecciona como portador de información; este, a diferencia de la interfaz de bits, lleva más de un bit de datos y puede tener una propiedad adicional "tipo".
Si consideramos los tipos de información transmitida, usaremos el concepto de símbolo como portador de información, luego los símbolos transmitidos se pueden dividir en cuatro tipos (grupos):
- Datos del usuario.
- Personajes de control personalizados.
- Datos de servicio.
- Caracteres de control de servicio.
Este conjunto de opciones de símbolos es bastante versátil al crear varias estructuras de información. Los símbolos de servicio están pensados para construir llamadas al sistema de comunicación. Símbolos personalizados para la comunicación entre usuarios. La presencia de símbolos de servicio separados es algo redundante, pero se justifica por la necesidad de una interfaz de control en casi todos los sistemas de comunicación.
La cantidad mínima de información codificada por un símbolo es un bit (comunicación digital). No es necesario fijar inicialmente la capacidad de información de varios tipos de símbolos, incluso dañinos. Basta fijar los parámetros de comunicación mediante un conjunto mínimo de 4 tipos de símbolos, y el resto del receptor y transmisor "negocian" al establecer una conexión directa. Desde un punto de vista físico (electrónico o software), en el momento del encendido, la interfaz con el sistema de telecomunicaciones se ve así:
- Señal de presencia de símbolo (1 bit)
- Tipo de carácter (2 bits)
- Datos transmitidos (1 bit, y luego de acuerdo con la capacidad de información)
- Señal de sincronización (para electrónica síncrona).
En los sistemas de comunicación modernos, dicha unidad no se proporciona, aunque para la comunicación por computadora, un paquete IP y las reglas para su formación pueden considerarse análogos.
La tercera pregunta será:
Distribución del canal físico entre usuarios
Para sistemas de comunicación reales con un número suficientemente grande de abonados, no es rentable construir conexiones según el esquema cada uno con cada uno y es necesario implementar un esquema de comunicación utilizando intermediarios. En el proceso de realizar la función de retransmisión, los intermediarios se ven obligados a separar los canales que los conectan entre "sus" y datos "ajenos".
En el momento del nacimiento de los sistemas de comunicación modernos, las siguientes formas de compartir un canal de comunicación eran las más comunes:
- Acceso aleatorio (comunicación por radio, intercomunicador).
- Conmutación de paquetes (telégrafo).
- Asignación temporal de ancho de banda fijo (telefonía).
Ninguno de estos métodos satisface los requisitos de un sistema de comunicación ideal de manera significativa.
El aprovisionamiento de ancho de banda funciona mejor, pero existen problemas de flexibilidad en términos de la velocidad del canal proporcionado, el tiempo para crear el canal y la eficiencia de usar los recursos del canal físico.
La conmutación de paquetes es eficiente en la utilización de recursos, pero existen problemas con la consistencia de la velocidad, la consistencia del canal y la pérdida de datos. El acceso arbitrario es generalmente posible solo para un pequeño número de suscriptores, cuando se excede cuál (o el tipo de cambio) la eficiencia cae a valores insatisfactorios.
Para el máximo cumplimiento del sistema de comunicación ideal, era necesario "reinventar" la tecnología a partir de la asignación temporal de una parte del ancho de banda del canal físico. Era necesario resolver el problema con la flexibilidad en la velocidad del canal de transmisión de datos creado, su rápida creación y eliminación.
Multiplexar (dividir) un canal de comunicación
Para ilustrar una nueva forma de dividir un canal físico en componentes, dividiremos un solo canal en partes.
Transmita R en 1/3, transmita G en ¼ y transmita B en 1/5 del ancho de banda del canal físico original. El ancho de banda restante se puede utilizar para otras necesidades.
La imagen muestra cómo los flujos originales se descomponen en un flujo total. Naranja - Stream R, Green Stream G, Blue Stream B y Black ancho de banda libre. (Los símbolos del flujo total se toman secuencialmente desde el lado izquierdo).
(El algoritmo es simétrico, lo mismo para el receptor y el transmisor)
El principio general de separación es bastante transparente:
- Clasificamos los canales creados en orden descendente de velocidad de transmisión.
- Para cada canal, cree un contador (regula la velocidad de transmisión) y un búfer de símbolos transmitidos.
- Cada ciclo de sincronización de símbolos en cada contador agrega una constante proporcional a la tasa de transmisión, constante = V (requerido) / V (flujo físico).
- En cada ciclo de reloj comprobamos los contadores, en el orden de velocidades decrecientes de los canales adjuntos a ellos, por desbordamiento (valor mayor que uno), hasta que encontramos el primer contador que contiene un valor mayor que uno.
- Reste uno del contador encontrado y agregue un carácter del búfer de caracteres transmitidos al flujo total (creado junto con el contador).
El algoritmo de multiplexación se describirá con más detalle al final del artículo, se recomienda su lectura por especialistas en tecnologías de la comunicación.
Vemos que si los streams generados tienen la misma velocidad, entonces se obtiene el algoritmo PDH habitual (E1, etc.) del número de teléfono. Si la tasa de flujo es igual al 100% del ancho de banda del canal, obtendrá conmutación de paquetes.
Después de recibir, los datos deben enviarse a otro canal y esto lo hace el conmutador. Construir un interruptor para un flujo sincrónico (uniforme) es una tarea trivial. La capacidad de dicho interruptor dependerá solo del volumen de "transistores" (para microcircuitos modernos en la región de un millón de conexiones simultáneas). La frecuencia de conmutación de los transistores dependerá únicamente de la velocidad de llegada de los símbolos y depende de la capacidad de información del símbolo. La capacidad de cambiar la capacidad de información de los símbolos permite ajustar el valor de la frecuencia del reloj de conmutación, y el procesamiento en paralelo de cada uno de los canales físicos lo hace independiente del número de canales físicos.
Este tipo de multiplexación y conmutación puede denominarse jerarquía simbólica sincrónica.
Y la última pregunta:
Gestión del entorno de comunicación
Para la comunicación informática moderna, el conjunto de protocolos más común es TCP / IP. Este protocolo se centra en la conmutación de paquetes; no es óptimo para un enlace en serie. Teniendo en cuenta el propósito inicial del nuevo sistema de comunicación (la base de comunicación del procesador de flujo de datos, se describirá en los siguientes artículos), lo más óptimo sería un lenguaje flexible y universal orientado a canales de comunicación en serie o una extensión de un lenguaje de programación existente. Al crear un lenguaje de gestión de red, uno debe guiarse por un paradigma en el que un sistema informático es la combinación de varios dispositivos en una red de comunicación digital.
¿Por qué necesita un nuevo tipo de red?
El primero es la versatilidad y simplicidad de los algoritmos. La simplicidad del diseño de los conmutadores de alta velocidad, no hay restricciones fundamentales en el número de canales o su velocidad, mejorará significativamente las características de los sistemas informáticos multinúcleo (comunicación entre núcleos y módulos).
¿Dónde se requiere un aumento significativo en la velocidad y el número de canales?
Y aquí todo es simple: debe resolver el problema existente de ajustar el sistema informático en un cristal, aumentar significativamente la velocidad de la interacción entre cristales. En la actualidad, los sistemas informáticos separados e independientes (ordenadores independientes) interactúan en una red informática. El nuevo tipo de red debería impulsar (acelerar) significativamente el proceso inicial de "migración" del concepto de "sistema informático" de una entidad física (una caja sobre una mesa) a una combinación lógica de muchas máquinas informáticas (núcleos) en un sistema informático distribuido. Al crear un lenguaje para la interacción de red, uno debe guiarse por un paradigma en el que un sistema informático es la combinación de varios dispositivos en una red de comunicación digital.
El proceso de selección está actualmente en cursonuevo paradigma informático. El antiguo (von Neumann) ha agotado su potencial y se está estancando, mientras que el nuevo todavía no ha surgido de la gran cantidad de “ideas” existentes. Propongo refinar el paradigma de comunicación descrito y utilizarlo como base para el futuro entorno de información unificada.
Y, sin embargo, es necesario encontrar un nombre para la nueva red, de lo contrario, "SkyNet" se mantendrá y el carácter de la IA será dañino.
Algoritmo para dividir (multiplexar) un canal físico de un canal en canales virtuales separados:
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Durante la transmisión, el flujo total debe desmontarse en conmutadores no solo por la reorganización de los canales virtuales entre los canales físicos, sino también por la posible necesidad de agregar o eliminar caracteres vacíos, lo que solo es posible en el momento de leer o escribir el búfer del canal virtual. Puede agregar la capacidad de crear un flujo total del "túnel" que no se puede desmontar en interruptores intermedios. Dicho flujo no se analizará en conmutadores intermedios en componentes ni se procesará como un circuito virtual de usuario. La creación de un "túnel" virtual es posible si crea un flujo de resumen utilizando símbolos de servicio alternativos (el algoritmo sigue siendo el mismo, cada nivel de túnel requiere su propio conjunto de símbolos de servicio).
En el lado receptor, será necesario llevar a cabo un procedimiento adicional para desmontar dicho canal en sus componentes (el número de tales "análisis" puede considerarse el nivel del "túnel").
Es beneficioso crear "túneles" debido a la disminución en el número de canales virtuales y, en consecuencia, los búferes requeridos en conmutadores intermedios o en lugares donde se conmutan flujos de información muy grandes (y el retardo de conmutación proporcional a la velocidad del canal virtual será menor).
Algoritmo para crear un canal virtual
- En el momento inicial, solo existe el flujo de servicio entre el transmisor y el receptor (no se cuentan los canales virtuales creados previamente). El transmisor dispone de un búfer en el que se acumulan los datos necesarios para crear un nuevo canal virtual.
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Una red basada en conmutación simbólica sincrónica puede revolucionar todo el entorno de la información.
Los sistemas informáticos finalmente pasarán de ser una "calculadora" personal, que básicamente son ahora, a una única dimensión de información (espacio) de nuestro mundo. La computadora del usuario simplemente se convertirá en un dispositivo para acceder a este mundo y posiblemente en un dispositivo para almacenar y procesar información confidencial. El papel de los equipos de red en la arquitectura informática cambiará significativamente. Hoy en día, básicamente, una red es una forma de conectar computadoras individuales (cada una de ellas tiene su propio sistema operativo) y las aplicaciones que se ejecutan en ellas. En el futuro, el concepto de una máquina de computación separada (como un objeto físico) no existirá, el sistema de computación se volverá completamente virtual, será "manchado" sobre varios recursos de hardware de la red.La cuestión de la administración (gestión de recursos mediante parámetros de acceso de un sistema informático) se trasladará por completo al plano de gestión de la red que conecta módulos ejecutivos individuales.