Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ концепции построения распределенных систем управления на основе Fieldbus-систем 12
1.1 Введение 12
1.2 Этапы развития систем АСУТП 13
1.3 Место fieldbus-систем в иерархии сетей 14
1.4 Преимущества распределенного управления на основе fieldbus-технологий 15
1.5 Основные требования к системам АСУТП 19
1.5.1 Требование работы в режиме реалънбг'о'времени 20
1.5.2 Требование использования необходимых аппаратных средств...24
1.5.3 Требование децентрализованного управления 26
1.6 Проблемы функционирования fieldbus-сетей 27
1.6.1 Увеличение времени ответа 27
1.6.2 Неэффективность программного обеспечения узлов сети 29
1.6.3 Реализация аппаратных и программных технологий 29
1.6.4 Несовместимость устройств в сети 29
1.6.5 Изменение размеров блоков и пакетов 30
1.7 Обзор существующих fieldbus-систем. Стандарты и протоколы 30
1.7.1 P-NET 33
1.7.2 LonWorks 35
1.7.3 PROFIBUS 38
1.7.4 EIB 40
1.8 Постановка задачи анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации 44
1.9 Выводы 45
Глава 2. Анализ fieldbus-системы P-NET 46
2.1 Обзор fieldbus-системы P-NET 46
2.1.1 Введение 46
2.1.2 Уровень 1. Уровень физической связи 50
2.1.3 Уровень 2. Уровень связи данных 57
2.1.4 Уровень 3. Сетевой уровень 62
2.1.5 Уровень 4. Уровень обслуживания 65
2.1.6 Уровнь 7. Уровень приложений 70
2.1.7 Канал 71
2.2 Анализ характеристик fieldbus-системы P-NET 71
2.2.1 Базовые характеристики 71
2.2.2 Характеристики реального времени 73
2.3 Формализация задачи анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации 76
2.4 Пример построения распределенного приложения 78
2.4.1 Этапы технологического процесса 79
2.4.2 Задачи управления 80
2.4.3 Узлы сети 80
2.4.4 Сеть управления 82
2.4.5 Мониторинг процесса 83
2.5 Выводы 83
Глава 3. Повышение производительности fieldbus-систем на основе P-NET 85
3.1 Математическая модель fieldbus-систем 85
3.1.1 Системы массового обслуживания 85
3.1.2 Построение модели сети P-NET 96
3.2 Оптимизация производительности fieldbus-систем 102
3.2.1 Задача выбора пропускных способностей 102
3.2.2 Задача распределения потоков 105
3.2.3 Задача выбора пропускных способностей и распределения потоков 114
3.2.4 Задача выбора топологии, пропускных способностей и распределения потоков 116
3.3 Выводы 118
Глава 4. Реализация программно-аппаратного комплекса повышения производительности сети P-NET 119
4.1 Требования к системам анализа протокола 119
4.2 Обзор существующих систем контроля и анализа протокола 121
4.2.1 Аппаратная реализация 121
4.2.2 Программная реализация 122
4.3 Структура комплекса. Схема повышения производительности 125
4.4 Модуль анализа протокола 128
4.4.1 Захват и фильтрация пакетов 130
4.4.2 Представление информации протокола 132
4.4.3 Представление статистической информации 755
4.4.4 Способы хранения пакетов 136
4.4.5 Организация пользовательского интерфейса 136
4.4.6 Базовые требования 141
4.4.7 Возможности расширения 141
+ 4.5 Модуль оптимизации 142
4.5.1 Построение виртуальной сети оптимизации 144
4.5.2 Нахождение начального реализуемого решения 145
4.5.3 Оптимизация 146
4.5.4 Построение оптимизированной сети 148
4.5.5 Результаты эксперимента 149
4.6 Оценка адекватности модели 153
4.7 Работа с данными большой размерности 156
4.8 Выводы 157
Заключение 159
Литература 161
- Преимущества распределенного управления на основе fieldbus-технологий
- Обзор существующих fieldbus-систем. Стандарты и протоколы
- Формализация задачи анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации
- Структура комплекса. Схема повышения производительности
Введение к работе
На современном этапе развития промышленности нашли широкое применение всевозможные средства автоматизации производственного процесса, контроля и управления.
Прежде были широко распространены такие системы автоматизации, которые были созданы для конкретных узких целей. Это не позволяло наиболее полно использовать оборудование и объединять несколько систем автоматизации в одну. Более того, создание нового типа оборудования приводило к необходимости полной замены старой или создания новой автоматизированной системы.
Данная ситуация дала толчок к появлению микропроцессорных систем автоматизированного управления, названных fieldbus-системами, или системами полевых шин. Они характеризуются уходом от концепции иерархического построения управляющих сетей к полной или частичной децентрализации управляющего процесса, более мощными средствами и механизмами, заложенными в их основу, строгой стандартизацией на уровне центральных межгосударственных организаций, богатыми возможностями совместного использования систем, работающих согласно различным протоколам [37].
Актуальность работы. Одной из основных задач и целей, послуживших развитию fieldbus-систем, было снижение стоимости самой системы, снижение материальных и временных затрат на установку, настройку и сопровождение. Безусловно эта цель была достигнута.
Однако постоянно растущая сложность современных промышленных процессов и большая стоимость интерактивных испытаний требуют все более производительных промышленных сетей и
соответствующих инструментальных средств, предназначенных для их анализа и повышения производительности.
Поэтому разработка инструментального комплекса,
обеспечивающего анализ и повышение производительности fieldbus-систем является задачей актуальной.
Постановка задачи. Разработать и исследовать адекватную модель, способ и алгоритмы повышения производительности, а также алгоритмы анализа и диагностики сети промышленной автоматизации P-NET.
Объектом исследования являются распределенные системы управления на основе сетей промышленной автоматизации, полевая шина P-NET, модель, алгоритмы повышения производительности, а также процедуры анализа и диагностики сети P-NET.
Цель диссертационной работы. Целью работы является создание программно-аппаратного комплекса анализа, диагностики и повышения производительности промышленной сети P-NET.
Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленной целью, состоят в следующем:
Исследовать распределенные системы управления на основе сетей промышленной автоматизации, определить их преимущества и выделить основные недостатки.
Исследовать сеть промышленной автоматизации P-NET и выделить параметры, влияющие на ее производительность.
Разработать математическую модель сети P-NET на основе теории массового обслуживания.
Разработать способ повышения производительности сети P-NET на основе предложенной математической модели.
Разработать структуру программно-аппаратного комплекса анализа и повышения производительности сети PNET.
6. Разработать информационное, программное и прикладное обеспечение комплекса.
Методы исследования основаны на использовании аппарата системного подхода, теории массового обслуживания, теории вероятности и математической статистики, элементов теории вычислительных систем и сетей, технологии программирования и математического моделирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые исследованы системы распределенного управления на основе fieldbus-систем. Выделены преимущества систем распределенного управления перед централизованным, и проблемы, возникающие при их функционировании.
Исследована сеть промышленной автоматизации P-NET. Определены параметры производительности.
Предложена математическая модель сетей промышленной автоматизации на основе P-NET с использованием математического аппарата теории массового обслуживания.
Разработан способ анализа и повышения производительности промышленных сетей, при котором на основе собранной статистической информации и математической модели сети производится оптимизация производительности промышленной сети.
Разработаны алгоритмы анализа и повышения производительности промышленной сети P-NET.
Предложена методика использования системы анализа и повышения производительности для проведения лабораторных и практических занятий по системам распределенного управления на основе полевых шин.
На защиту автором выносятся следующие научные результаты: - исследованные системы распределенного управления на основе сетей промышленной автоматизации: этапы развития, преимущества
децентрализованного управления и мониторинга, основные недостатки и проблемы функционирования;
исследованная промышленная сеть P-NET: характеристики работы в режиме реального времени, критерии производительности;
предложенная модель промышленной сети P-NET на основе систем массового обслуживания;
разработанный способ анализа и повышения производительности промышленной сети P-NET;
разработанные алгоритмы и процедуры анализа и повышения производительности сети P-NET;
разработанная структура программно-аппаратного комплекса анализа и повышения производительности промышленной сети P-NET.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена корректным обоснованием математической модели, ее наглядной интерпретацией, а также данными моделирования и экспериментальных исследований повышения производительности промышленной сети P-NET.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработан способ повышения производительности промышленных сетей;
разработан программно-аппаратный комплекс анализа и повышения производительности сети промышленной автоматизации P-NET;
подготовлена для практического использования методика анализа и повышения производительности распределенных систем управления на основе fieldbus-систем.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы в Центре fieldbus-технологий Пермского государственного технического университета при проведении проектирования и
оптимизации систем распределенного управления на основе полевой шины P-NET. Использование программно-аппаратного комплекса, предложенного в данной работе, позволило добиться увеличения производительности сети P-NET почти на 20% и снизить временные затраты на проектирование.
Также результаты работы внедрены в ГП "НИИУМС", НПО "ТИК", НПО "ВИБРО-ЦЕНТР".
Апробация работы. Научные результаты и основные положения диссертации докладывались на V Международной конференции по системе P-NET (Оксфорд, Великобритания), XIII Уральском региональном компьютерном форуме (Пермь, Россия) и научных семинарах Пермского ГТУ.
Публикации по работе. Научные результаты и основные положения диссертации докладывались на международных конференциях и публиковались в трудах института [10-13, 20, 34, 57].
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 177 страниц, 51 рисунок, 14 таблиц и список литературы из 74 наименований.
Во введении формулируется цель, методы и объект исследования, отражена научная новизна и практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов.
В первой главе проведен анализ концепции построения распределенных систем управления на основе сетей промышленной автоматизации. Определяется место fieldbus-систем в иерархии сетей. Выделяются преимущества распределенного управления и основные требования к распределенным системам управления. Приводится обзор существующих fieldbus-систем и определяются проблемы функционирования сетей такого рода. На основании этого формулируется
задача анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации в общем виде.
Во второй главе проведен анализ сети промышленной автоматизации P-NET и выделены ее основные характеристики. Рассматривается протокол данной шины для анализа и диагностики. На основе этих данных проводится дальнейшая формализация задачи анализа и повышения производительности. Также оценивается возможность работы системы P-NET в режиме реального времени и проводится проектирование распределенной системы управления демонстрационной технологической установки с помощью системы P-NET.
В третьей главе рассмотрена математическая модель сети промышленной автоматизации P-NET на основе сетей массового обслуживания. В качестве критерия оптимизации выступает среднее время нахождения запроса в сети P-NET. Рассматриваются ограничения, вводимые в данную модель системой P-NET.
В четвертой главе выделяются требования к системам анализа протокола fieldbus-систем, рассматриваются существующие аналоги и описывается общая структура разрабатываемой системы. Приведены основные этапы работ по повышению производительности сети P-NET на примере демонстрационной технологической установки. По полученным экспериментальным данным показана адекватность полученной модели.
В заключении приводятся полученные результаты, описывается текущее состояние проекта и обсуждаются дальнейшие перспективы.
Преимущества распределенного управления на основе fieldbus-технол огий
Проанализировав источники [58-62, 69], можно определить основные преимущества распределенных систем на основе полевых шин по отношению к централизованным: 1. Меньшая стоимость. Стоимость проводников и расходы на их прокладку значительно ниже, так как требуется проложить всего одну линию связи, а в отдельных случаях можно обойтись уже существующей (Рис. 1.1). Кроме того, сокращается количество необходимого оборудования (Рис. 1.2). А также, благодаря совместимости устройств изготовителей друг с другом, резко увеличивается возможность выбора поставщиков оборудования, что позволяет выбрать приемлемый по цене вариант системы. 2. Повышенная надежность. Распределенная система предлагает повышенную помехоустойчивость, так как большое количество компонентов может продолжать работать, если выйдет из строя одна из частей. Функции одного устройства может взять на себя другое. Централизованная же система прекращает работать, если не функционирует центральное устройство. Гибкость системы, способность к интеграции. Прежде были распространены системы управления, которые создавались для конкретных узких целей, что ограничивало возможности использования оборудования и не позволяло объединять несколько систем автоматизации в одну. Более того, создание нового типа оборудования приводило к необходимости полной замены старой или создания новой автоматизированной системы. С приходом систем полевых шин положение резко изменилось. Использование стандартизированных протоколов связи обеспечивает совместимость устройств различных фирм-производителей друг с другом. 4. Малый размер системы и легкость разработки. При проектировании централизованной системы разработчику необходимо ориентироваться на централизованное и комплексное применение алгоритмов. Децентрализованная система реализует во многих случаях простые алгоритмы и приемлемые по цене конфигурации системы, а решение задач возлагается на периферию. Тем более, что в большинстве случаев, фирмы-производители предлагают уже готовые решения для каждого конкретного типа узлов. Также снижается нагрузка на помещения контроля и управления. Количество оборудования, устанавливаемого в р них, сокращается. 5. Большая доступность данных. Возможность передачи по одной линии большого количества переменных позволяет получать больше информации за определенный интервал времени (Рис. 1.3). систему, в которой основная обработка информации происходит на местах, а верхние уровни системы получают только данные о качественных состояниях процесса. 8. Легкость установки, сопровождения и диагностики системы. Эти этапы занимают гораздо меньше времени ввиду большей гибкости системы и наличия развитых средств отладки и диагностики систем полевых шин. Узлы полевой шины обладают возможностями интеллекта, реализованного аппаратно, что сводит к минимуму усилия, необходимые для конфигурации, установки и сопровождения сети [13].
Тем не менее можно назвать и проблемы, которые возникают при объединении в сеть: электронный компоненты устанавливаются вблизи технологических процессов, где встречается достаточно много помех [37]. Более того, интеллектуальные компоненты должны обеспечиваться энергией, что снижает уровень безопасности. Эти трудности преодолевают с помощью введения стандартов на взрывозащищенное и искробезопасное оборудование, которые устанавливают строго определенный предел уровня помех и потребляемой мощности устройств [60].
Обзор существующих fieldbus-систем. Стандарты и протоколы
Fieldbus системы сегодня используются, в основном, как коммуникационные системы для обмена информацией между системой автоматизации и распределенными устройствами. При этом считается, что устройства распределены в поле, от английского field, то есть предназначены для определенной сферы деятельности, что и определило термин fieldbus. Эта технология позволяет сократить до 40% затрат на прокладку кабелей, а также накладные расходы и расходы на техническое обслуживание, по сравнению с обычными технологиями. Только два провода необходимо для передачи всех данных (входных и выходных данных, параметров, диагностических данных и т.д.). В прошлом очень часто использовались системы, несовместимые со спецификациями, определяемые производителями системы. Подразумевается, что все системы, используемые сегодня, имеют открытую архитектуру. Пользователь больше не привязан к определенным поставщикам и может выбирать наиболее дешевые и экономичные продукты [12, 13].
Конечные пользователи стремятся к использованию такой технологии, которая бы в полной мере обеспечивала способность к взаимодействию устройств и уменьшала затраты на их установку. Поставщики же оборудования хотят, чтобы их новые достижения базировались на открытом протоколе связи, который является бесплатным и доступным для любой компании.
На сегодняшний день и поставщики оборудования, и конечные пользователи продолжают искать универсальный международный fieldbus стандарт [42, 54, 56].
Коммуникационная техника предполагает неявную стандартизацию. Связь осуществляется как минимум между двумя пунктами, которые должны общаться на одном языке. Это означает, что между ними должен быть принят общий стандарт связи. Современные разработки в области коммуникационной техники больше не осуществляются в закрытых лабораториях. Едва ли кто-нибудь сегодня сможет превратить новую идею в продукт и реализовать его без учета совместимости с другими продуктами. С одной стороны необходимо держать новую идею в тайне, чтобы первыми выдвинуть новый продукт на рынок, с другой - новый продукт требует сертифицикации [56].
Сегодня уже недостаточно говорить о конкуренции с соседствующими фирмами в области связи. Требуется определить, вводить ли свой стандарт или использовать уже существующие. В большинстве случаев гораздо выгоднее использовать готовый стандарт и получить полную совместимость с изделиями сторонних изготовителей. Существует целый ряд стандартов на системы полевых шин и протоколов связи. Во-первых это Европейский стандарт по промышленным сетям CENELEC EN50170, который состоит из стандартов на сети PROFIBUS, World FIP и P-NET [37, 59, 69]. Во-вторых - стандарт FOUNDATION FieldbusIEC-61158[60,61].
В основе протоколов всех полевых шин систем лежит семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (ВОС, OSI/ISO). Различия между системами полевых шин начинаются уже на уровне физической связи. Используются следующие технологии передачи:
Электрический стандарт RS 485 используется наиболее часто. Эта технология также известна как Н2. Она применяется в тех областях, где требуется высокая скорость передачи и невысокая стоимость установки. В качестве передающей среды используется экранированная витая пара из медных проводников. Технология передачи в соответствии с IEC 1158-2 отвечает требованиям химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Этой технологией является бит-синхронизированный протокол, известный как HI. Передача основывается на следующих принципах: каждый сегмент имеет только один источник питания во время передачи питание в шину не подается каждое устройство имеет постоянное значение потребляемого тока полевые устройства рассматриваются как пассивные потребители тока оба конца линии затерминированы допускаются топологии "линия", "дерево", "звезда" для повышения надежности допускаются избыточные сегменты шины Оптоволоконные проводники применяются там, где требования к электромагнитному излучению очень высоки или где требуется увеличенное расстояние при высокой скорости. Применяется два типа проводников: дешевое оптоволокно на основе пластика для расстояний до 50 м стеклянное оптоволокно для расстояний до 1 км Многие производители предлагают преобразователи RS 485 -оптоволокно, выполненные в виде коннекторов, что обеспечивает очень простой метод перехода от одного вида передачи к другому. Далее, на уровне 2 модели ВОС, различия идут по методу синхронизации. Выделяют маркерный метод (P-NET, PROFIBUS) и метод контроля несущей CSMA/CD (LON). На остальных уровнях специфика определяется типом протокола.
Формализация задачи анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации
Генерация кода обнаружения ошибки происходит следующим образом. Перед началом передачи регистр А типа байт очищается. Каждый байт, подлежащий отправке, добавляется к А без переноса. Вслед за Информационным полем передается также и второе дополнение к А.
Проверка на ошибки: Проверка на ошибки очень похожа на генерацию кодов обнаружения ошибки. Перед получением первого байта регистр А очищается. Все принимаемые байты добавляются без переноса к А. Когда получен полностью весь кадр, регистр А должен быть равен нулю.
Каждый узел, подсоединенный к шине, обладает уникальным адресом узла (NA-Node Address). Обычно, адрес лежит в диапазоне 1-125. Биты 0-6 первого байта кадра содержат адрес узла. Бит 7 показывает, содержит ли кадр запрос (0) к программе слэйва или ответ (1) программе мастера. Если узел получает адрес узла, равный его собственному NA, 126, 127 или NA+128, то кадр должен быть считан в узел, иначе узел переводится в режим ожидания и будет ждать следующего кадра (бит Адрес/Данные =1). NA 0 зарезервирован для внутренних применений, NA 126 зарезервирован для передачи специальных запросов всем узлам шины без подтверждения или ответа. NA 127 зарезервирован только для целей тестирования, и слэйв отвечает в этом случае как обычно. После того, как кадр был получен, он передается на Зй уровень. P-NET является мультимастерной системой, где нескольким мастерам разрешается пользоваться одной шиной, но не одновременно. Всем мастерам дан адрес узла, NA, от 1 и до максимального числа мастеров на данной шине. Максимальное число мастеров не должно превышать 32. Мастер, которому разрешен доступ к шине, называется "мастер с маркером" ( token master ). Мастера получают маркер в определенные промежутки времени. Это значит, что после мастера под номером 1, маркер передается мастеру 2, 3, 4 и так далее. Каждому мастеру при получении им маркера разрешено посылать только один запрос. Все мастера должны знать максимальное число мастеров, потому что после мастера с максимальным номером маркер передается мастеру с номером 1. Основными элементами мультимастерового управления являются "счетчик простоя шины " (idle-bus-bit-period-counter ) и "счетчик доступа" ( access-counter). Счетчик простоя шины считает число единиц на шине. Он сбрасывается в ноль, когда на шине появляется 0. Значение счетчика доступа увеличивается, когда счетчик простоя шины равен 40, 50, 60 и т. д. и устанавливается в 1, когда достигается максимальное число мастеров. Когда величина счетчика доступа становится равным адресу узла мастера, этому мастеру позволяется доступ к шине ( прием маркера ) в интервале между 2 и 7 периодами бита после сравнения. Мастер выходит на шину только если у него есть готовый запрос к отправке (Рис. 2.3). Первый адрес узла в каждом пакете с битом 7 = 1 содержит адрес узла мастера с маркером. Этот адрес узла используется для синхронизации счетчиков доступа во всех мастерах. Во всех мастерах адрес узла мастера с маркером сравнивается со счетчиком доступа, когда бы пакет ни посылался на шину. Если они не равны, то мастер объявляется вне синхронизации, и мастеру не разрешается выходить на шину до тех пор, пока синхронизация не будет восстановлена. Потеря синхронизации может быть вызвана ошибкой передачи или сбросом/подачей питания. Если следующее сравнение дает положительный результат, то предыдущее отклонение было вызвано ошибкой, и мастер объявляется в синхронизации, и ему разрешается снова использовать маркер.
Если следующее сравнение не дает положительного результата, но смещение такое же, как и в последнем пакете, то счетчик доступа устанавливается на получение адреса узла, и мастер объявляется "в синхронизации".
Для поддержания синхронизации во время простоя шины существуют специальные правила: Если счетчик простоя шины больше или равен 360, то мастер с маркером должен послать нормальный пакет или синхросигнал. Синхросигнал - это один байт, который содержит адрес узла мастера с маркером с битом 7 = 1. Ни одно устройство не получит этот байт, но это сбросит в ноль все счетчики простоя шины и синхронизирует все счетчики доступа на шине. После сброса счетчик простоя шины очищается, мастер объявляется вне синхронизации, счетчик доступа очищается.
Слэйву разрешается доступ к шине между 11 и 30 периодами бита после получения запроса, отмеренными от начала стоп бита последнего байта пакета. Слэйвы должны быть запрограммированы так, чтобы вызывать минимум задержки, так как любая ненужная задержка будет замедлять систему. Максимальная разрешенная задержка - 390 мкс при 76.8 кБит/с.
Все пакеты P-NET начинаются с поля адреса. Поле адреса может содержать от 2 до 24 байтов адреса. Длина поля адреса закодирована в поле адреса для избежания отправки отдельного байта, содержащего число адресов, когда поле адреса коротко. Это делается с помощью 4 разных типов адресов. Бит 7 в байте адреса используется для отображения типа адреса и разделения адреса назначения от адреса источника. Простой тип адреса характеризуется последовательностью 0 и 1 на бите 7. Комбинации адреса с одним адресом назначения и 2-мя или более адресами источника не существуют.
Структура комплекса. Схема повышения производительности
В настоящее время есть два различных LonWorks анализатора протокола. Инструментарий фирмы Echelon (США) использует специализированный нейронный чип для работы с сетью, а программный пакет фирмы Gesytec (Германия) использует для этой цели микроконтроллер сети (Рис. 4.1) [64].
Ограниченность данного рынка объясняется тем что, в настоящее время доступным программируемым оборудованием невозможно получить каждый кадр на сети. Могут быть получены только пакеты, которые адресованы узлу, но этого не достаточно для анализаторов протокола.
Gesytec использует общий микроконтроллер сети, чтобы просмотреть сеть, расшифровывать код Манчестер, и сохранять кадры сети в буфере кадров аппаратных средств анализатора протокола. Фильтрование пакета выполняется во внешнем микроконтроллере, и только те пакеты, которые проходят фильтр, сохраняются в памяти. В системе Echelon используется слот ISA, что положительно сказывается на скорости передачи. Следовательно, фильтрование пакетов может быть выполнено в персональном компьютере.
Чтобы захватывать пакеты из сети, необходим специальный узел сети, который должен быть связан с компьютером и управляющим программным обеспечением анализа. Интерфейс между аппаратными средствами ЭВМ и программным обеспечением анализатора должен быть достаточно гибок, чтобы позволить другим узлам сети связываться с его помощью с программным обеспечением анализатора. Интерфейс сетевого драйвера обеспечивает доступ к сети без программного обеспечения анализа, следующим образом: 1. Определяется текущий интерфейс аппаратных средств ЭВМ. 2. Пишутся данные конфигурации для данного узла. 3. Читается статус информации данного узла. 4. Производится запуск и останов процесса записи пакетов. 5. Осуществляется передача записанного пакета между интерфейсом аппаратных средств и ЭВМ. Доступ к аппаратным ресурсам, таким как порт, в операционных системах Windows 3.x или Windows 95/98 может быть осуществлен непосредственно программным обеспечением анализа. Это решение, являющееся пока очень быстрым и легким в исполнении, имеет недостатки относительно стабильности системы и конфликтности ресурсов. Современные операционные системы, ориентированные прежде всего на безопасность данных, такие как Windows NT, вообще не позволяют прямой доступ к портам. Только драйверы устройств могут обращаться к общим ресурсам системы. Пакет, полученный из сети, используется многократно. Использование буферов позволяет освободить процессор от ожидания передачи каждого байта. Поскольку запись поступающих пакетов производится значительно чаще, чем передача, то необходимо позаботиться о скорости системы. В мультизадачных операционных средах важно оптимизировать процессорное время для сбора пакетов. Это достигается при использовании следующих особенностей: 1. Использование аппаратных прерываний, синхронизированных с работой портов ввода - вывода. 2. Связь между драйвером устройства и прикладным процессом основывается на методах операционной системы, подобно семафорному механизму, чтобы избежать простоя отдельных процессов. Желательно, чтобы пакеты читались за больший квант времени, что означает меньше простоев для системы анализа. Анализатор использует три способа захвата пакетов: 1. Метод пуска-остановки. Поступающие пакеты прямо заходят в буфер, пока он не заполнится. Далее они фильтруются и анализируются. 2. Метод круговой записи в буфер. Это аналог очереди (FIFO), причем при заполнении буфера, самый первый пакет в памяти перезаписывается вновь поступившим пакетом. 3. Метод непосредственной записи событий в двоичные файлы. Используется для длительного анализа поступающих пакетов. Здесь могут быть использованы довольно большие объемы памяти. Чтобы уменьшать число записываемых пакетов, необходимо использовать фильтры. Параметры фильтра устанавливаются пользователем. Пакет преобразуется в читаемую текстовую форму, понятную для пользователя. Для выполнять таких преобразований пользователь должен построить таблицы преобразования. Используется параметры сети со следующими идентификаторами: 1. Домена. 2. Подсети. 3. Группы. 4. Адреса узла. 5. Селектора переменных сети. Сначала определяется профиль канала (тип передачи, выбор структуры кадра данных). Затем пакеты, принятые из сети посредством драйвера, передаются на фильтр захвата с одной, и блок статистики с другой стороны, а также на сервер обмена данными с другими приложениями. Фильтр захвата пропускает пакеты согласно адресу назначения и сохраняет все пакеты в файлах. Далее преобразователь пакета использует символические имена. Фильтр визуализации производит второе фильтрование, используя установки фильтра и генерирует файлы экспорта (например в формате Microsoft Excel). Пакеты вносятся в список для визуализации в табличной форме, один пакет в линию, или в отдельном представлении пакета, показывающем все подробности пакета. Показываются также и кадры сети. Таким образом, существующие системы анализа протокола бесспорно обладают преимуществами, такими как производительность, развитые средства визуализации, аппаратная поддержка.
Вместе с тем, у них полностью отсутствуют какие либо средства оптимизации сети. Часто процесс повышения производительности идет путем циклов перенастройки сети - снятия характеристик анализатором протокола. На перенастройку реальной сети уходит довольно много времени. Поэтому возникает необходимость в оптимизирующих анализаторах протокола, которые сразу выдавали бы рекомендации по улучшению производительности сети.
