Локальные вычислительные сети в управлении

Локальные вычислительные сети в управлении

Развитие и расширение применения распределенных цифровых систем управления обусловили целесообразность перехода от системных принципов построения САУ и АСУ к сетевым принципам организации взаимодействия ЭВМ и средств телеобработки сигналов информации и управления в системах управления на основе создания локальных вычислительных сетей (ЛВС) [2, 14, 16, 23].

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой распределенную вычислительную систему управления, построенную по сетевым принципам организации управления входящими в неё компонентами, размещенными на сравнительно небольшой территории на расстояниях друг от друга до 5—10 км и связанными межу собой сетью передачи данных (СПД).

Основными компонентами в ЛВС в терминах сетевой организации их взаимодействия являются так называемые узлы или станции:

· локальные технологические станции (ЛТС), которые воспринимают сигналы от датчиков, обрабатывают эти сигналы и выдают управляющие воздействия на исполнительные устройства ОУ;

· операторские станции (ОпС), служащие для связи операторов с системой управления;

· координирующие станции (КоС), представляющие собой управляющие ЭВМ, которые осуществляют управление в распределенной системе путем выдачи задающих воздействий на ЛТС.

В ЛВС основные узлы или станции соединяются между собой сетью передачи данных (СПД), средства взаимодействия с которой закладываются в ЛТС, ОпС и другие станции ЛВС. В некоторых ЛВС также вводятся связные станции, решающие только задачи организации работы сети связи. Иногда в ЛВС вводятся станции для выполнения специальных функций, таких, как задание программ работы ЛТС, ОпС, ведения диагностики, документирования, архива и т.д.

По способу передачи информации ЛВС делятся на два класса: с маршрутизацией передачи информации и с селекцией передачи информации. В ЛВС с маршрутизацией передача информации от передающей станции к принимающей станции осуществляется по специально выбранному маршруту. В ЛВС с селекцией передаваемая информация поступает на все станции, но воспринимает эту информацию только станция, в адрес которой направлена информация.

См. также:  Биметаллические датчики температуры (БДТ

Физическая среда сетей передачи данных (СПД) в ЛВС представляется витыми парами проводов, коаксиальными и оптоволоконными кабелями. Достоинства витых пар — низкая стоимость и простота подключения новых абонентов посредством повторителей, недостаток — ограничение скорости передачи до 1 Мбит/с. Коаксиальные кабели для передачи дискретных сигналов (ДС) обеспечивают скорость передачи до 10 Мбит/с при средней помехоустойчивости и малой стоимости эксплуатации. Коаксиальные кабели для передачи аналоговых сигналов (АС) ориентированы на использование в кабельном телевидении и имеют преимущества перед кабелями для передачи ДС по помехоустойчивости и качеству передачи гибридного трафика (одновременной передачи АС и ДС). Оптоволоконные кабели обеспечивают передачу данных со скоростью до 150 Мбит/с при самой высокой помехоустойчивости и наибольшей стоимости подключения абонентов. Качественные сравнительные характеристики физических сред СПД приведены в таблице 8.6.1.

Таблица 8.6.1

Параметры

Тип физической среды СПД

витые

пары

коаксиал. кабель/ДС

коаксиал. кабель/АС

оптоволокон. кабель

Полоса пропускания

узкая

узкая/сред-няя

широкая

очень

широкая

Число абонентов

малое

среднее

большое

малое

Длина линии

малая

средняя

большая

большая

Помехоустойчивость

малая

средняя

высокая

очень

высокая

Трудоемкость укладки

средняя

малая

малая

средняя

Стоимость

низкая

средняя

средняя

высокая

По топологии ЛВС наибольшее применение имеют следующие варианты: шина (моноканал), кольцо, звезда, дерево. Их сравнительные качественные характеристики приведены в таблице 8.6.2.

Таблица 8.6.2

Параметры

Топология ЛВС

шина

кольцо

звезда

дерево

Сложность подключения

малая/средняя

малая

малая

средняя

Надежность

высокая

высокая

средн/высок.

высокая

Наращиваемость

высокая

средняя

малая

высокая

Стоимость

низкая

средняя

высокая

низкая

Подключение абонентов при шинной организации ЛВС осуществляется тремя способами: 1) через аппаратуру абонентов; 2) через специальную аппаратуру, подключенную к шине; 3) непосредственно к шине, без промежуточной аппаратуры. Наибольшая надежность и быстродействие передачи информации в ЛВС обеспечиваются при третьем способе подключения.

См. также:  Передаточные функции замкнутых САУ

Методы доступа к физической среде СПД для бесконфликтной передачи информации множеству адресатов по одному и тому же физическому каналу делятся на три базовые группы: случайные, детерминированные, комбинированные.

Случайные методы доступа, при которых любая станция ЛВС может в любой момент времени обратиться к физической среде СПД, включают следующие разновидности: 1) бесконтрольный (станция обращается к каналу связи, независимо от того занят он или нет); 2) с тактированным временем (каждая станция начинает передачу в «свое» время); 3) с контролем занятости канала (станция непрерывно прослушивает канал и начинает передачу после прекращения предыдущей передачи); 4) с контролем столкновений (станция начинает передачу в любое время и прекращает передачу при обнаружении конфликта столкновения); 5) с контролем занятости моноканала и контролем столкновений (станция прослушивает канал и начинает передачу, когда канал свободен; при возникновении столкновения передача прекращается).

Детерминированные методы доступа в СПД подразделяются на централизованные и децентрализованные и предусматривают делегирование полномочий на ведение передачи данных станциям ЛВС. Станции ЛВС передают информацию в канал СПД только при получении разрешающей команды. Причем при централизованном детерминированном доступе команды на опрос состояния станций ЛВС поступают из общего центра управления, а при децентрализованном доступе управляющие команды генерируются каждой станцией, входящей в СПД с помощью специальных устройств.

Сравнение базовых методов управления доступом к каналу СПД показывает, что случайные методы множественного доступа наиболее эффективны при малой нагрузке и редком обмене короткими сообщениями станций ЛВС между собой. Протоколы этого метода обеспечивают наименьшую задержку и наибольшую скорость передачи информации. При большой и равномерной нагрузке СПД более эффективным является управляемый детерминированный метод доступа к каналу, обеспечивающий выделение отдельных временных интервалов доступа для каждой станции ЛВС. При изменении нагрузки СПД в широком диапазоне применяются протоколы комбинированного доступа, адаптивного к изменяющейся нагрузке СПД.

См. также:  Инструментальные средства АСУ

Локальные распределенные АСУ, созданные по сетевым принципам построения ЛВС, обеспечивают высокую производительность и надежность управления многочисленными (до нескольких сотен) взаимодействующими ЛТС с 16- и 32-раз-рядными микропроцессорами, связанными посредством параллельных или последовательных системных шин [23]. Например, микроконтроллерная последовательная шина типа Bitbas обеспечивает управление распределенной системой с числом станций до 250 [23]. Шина ориентирована на стандарт МОС и реализует функции физического, канального и сетевого уровней, большинство функций транспортного уровня и некоторые из функций сеансового уровня. Физическое соединение шины соответствует стандарту RS-485, аппаратной основой является микроконтроллер типа 8044 фирмы Intel с процессором типа 8051.

Контрольные вопросы

1. Назначение и состав локальных вычислительных сетей (ЛВС)?

2. Какие функции выполняют в ЛВС локальные технологические, операторные, координирующие станции (узлы)?

3. Какие физические средства используются в сетях передачи данных и как соотносятся их стоимость, помехоустойчивость, полоса пропускания частот, дальность передачи информации?

4. Как осуществляются случайный, детерминированный, комбинированный методы доступа пользователей в общую сеть передачи данных?