Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ функционирования систем оперативной технологической связи в диспетчерском управлении железнодорожным транспортом 11
1.1 Роль диспетчерского управления перевозками ...,. 11
1.2 Организация технологической связи на примере железнодорожного транспорта 15
1.3 Анализ систем технологической видеоконференцсвязи 19
1.4 Теоретическая база проектирования телекоммуникационньгх сетей для автоматизированных систем оперативного диспетчерского управления 24
Выводы 40
2 Разработка эффективной технологии и методов управления качеством передачи аудио/видео информации 41
2.1 Принципы передачи пакетов данных систем связи в ір-сетях 41
2.2 Особенности передачи аудио/видео информации в сетях с пакетной коммутацией данных 47
2.2.1 Обеспечение требуемой пропускной способности 48
2.2.2 Обеспечение скорости и качества обработки аудио- и видео потока 50
2.2.3 Метрики оценки качества передачи аудио/видео информагщи 51
2.3 Алгоритмы компрессии аудио/видео данных 55
2.3.1 Алгоритмы компрессии видеоданных. 55
2.3.2 Алгоритмы компрессии звука 55
2.4 Обеспечение совместимости и интеграции системы «контур-1» .56
2.4.1 Интеграция системы «Контур-1» с подсистемой автоматизированной обработки речевой информации 58
2.4.2 Интеграция системы «Контур-1» и подсистемы сохранения переговоров 60
2.4.3 Интеграция системы «Контур-1» и диспетчерской централизации «ДЦ-ЮГ» с распределенными контролируемыми пунктами 62
Выводы 66
3 Разработка методологии проектирования автоматизированной системы оперативной технологической связи 67
3.1 Формализованные методы анализа модульных структур систем передачи информации в автоматизированных системах управления 67
3.1.1 Алгоритмы моделирования работы активного телекоммуникационного оборудования 67
3.1.2 Алгоритмы расчета вероятностных характеристик телекоммуникационного канала 72
3.1.3 Расчёт средней длины очереди 79
3.2 Особенности организации управления процессом передачи аудио/видео данных в системе «контур-1» 83
3.3 Разработка архитектуры системы «контур- 1» 84
3.4 Выбор методов автоматизированного управления качеством процесса передачи данных 86
3.4.1 Применение мулътикаст-протокола с метрикой вектора расстояния 87
3.4.2 Применение расширенного протокола поиска кратчайшего маршрута 88
3.4.3 Протокол независимой мулътикастовой маршрутизации 89
3.4.3 Протокол распределения трафика на канальном уровне 91
Выводы 94
4 Реализация программно-аппаратного комплекса, моделирующего технологическую связь 95
4.1 Описание разработанного программного комплекса 95
4.2 Протокол обмена данными с динамической конфигурацией 101
4.3 Компоненты системы технологической связи 104
4.3.1 Подсистема контроля и управления пользователями 104
4.3.2 Разработка драйвера системы технологической связи 107
4.3.3 Служба взаимодействия с сервером 108
4.3.4 Алгоритм работы подсистемы, моделирующей систему связи... 108
4.4.4 Подсистема установки соединения 116
4.4.5 Подсистема программирования начального состояния 118
Выводы 119
5 Применение разработанных методов в учебно-исследовательском лабораторном комплексе «виртуальная железная дорога» 120
5.1 Специфические требования к тренажерам в составе комплекса 122
5.2 Определение составных частей тренажерного комплекса 123
5.3 Программно-аппаратные тренажеры машиниста локомотива 126
5.4 Программно-аппаратные тренажеры дежурного по станции 127
5.5 Информационные системы и модули автоматизированного рабочего места поездного диспетчера 129
5.6 Подсистема автоматизированного рабочего места диспетчера дистанции пути 131
Выводы 132
Заключение 133
Список литературы 135
Приложение - акты о внедрении 145
- Роль диспетчерского управления перевозками
- Принципы передачи пакетов данных систем связи в ір-сетях
- Формализованные методы анализа модульных структур систем передачи информации в автоматизированных системах управления
- Описание разработанного программного комплекса
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время автоматизированные системы оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) являются одним из наиболее эффективных инструментов контроля и интенсификации производства, обнаружения и устранения «узких мест» производственной цепочки, минимизации негативного влияния человеческого фактора при подготовке и принятии управленческих решений. Диспетчерское управление находит свое применение не только на железнодорожном транспорте, но и в авиационной, атомной и других отраслях.
Современные тенденции развития диспетчерского управления свидетельствуют о росте использования высокоскоростной передачи цифровой информации, видео- и аудио- связи. Использование современных технологий /Р-телефонии в системах телекоммуникаций позволит повысить эффективность управления железнодорожных перевозок, за счет сокращения времени прохождения поездов, и одновременно повысит безопасность движения.
Разработка автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления предполагает создание методологии исследования и проектирования такой системы, формализованное описание и алгоритмизацию, разработку программного обеспечения и имитационное моделирование системы. Однако реализация этих этапов для крупного промышленного предприятия в целом - сложная задача, актуальность которой в настоящее время возрастает в связи с увеличением области применения средств АСОДУ.
Другой актуальной проблемой является интеграция различных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) со смежными АСУ и их подсистемами с поддержкой принятия решений в реальном времени. Решением этой проблемы может являться создание универсальных интерфейсов, осуществляющих динамическую настройку АСУ ТП.
Не менее важной задачей является разработка компьютерных тренажеров реального времени для операторов АСУ ТП. Назначение тренажеров -формирование комплексного навыка принятия решений, системы управления на произвольные, управляющие воздействия оператора. Эффективность обучения будет тем выше, чем выше сходство тренажерного комплекса и реальной системы. Для этого целесообразно использовать программное обеспечение и функциональные модули той системы управления, для кото-
рой разрабатывается тренажер, а также достаточно адекватное описание моделируемого технологического процесса.
Наиболее существенные результаты в области методологии и технологии управления транспортными системами получены Барановым Л.А., Буя-новым В.А., Грунтовым П.С., Иванченко В.Н., Мухой Ю.А., Павловым В.Е., Ратиным Г.С., Сотниковым Е.А., Фонаревым Н.М., Шелухиным В.И., Ши-лейко А.В. и др.
Значительный вклад в создание и развитие теории и практики средств железнодорожной автоматики внесли известные ученые: Бочков К.А., Бры-леев A.M., Ефимов В.Е., Кравцов Ю.А., Кокурин И.М., Косилов Р.А., Переборов А.С., Дудниченко A.M., Шафит Е.М. и др.
Большой вклад в развитие теоретических положений, разработку методов и алгоритмов, создание аппаратно-программных средств автоматизации процессов устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) внесли В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, И.Е. Дмитренко, В.М. Алексеев, В.М. Лисенков, В.Н. Иванченко, А.Н. Гуда, СМ. Ковалев, Н.Н. Лябах, И.Д. Долгий и др.
Исследования в области моделирования компьютерных сетей средствами теории массового обслуживания внесли Л. Клейнрок, В.М. Вишневский. В теории телекоммуникационных систем можно выделить работы В.Е. Леланда, М.С. Такку, В. Виллинджера, В.В. Крылова, B.C. Лагутина, СИ. Степанова.
Разработанная в диссертации архитектура автоматизированной системы технологической аудио/видео связи может быть применена для оперативного управления с целью контроля и анализа изменений в алгоритмах управления в существующих и проектируемых подсистемах технологической связи в АСОДУ.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является повышение эффективности функционирования автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления железнодорожным транспортом на основе разработки новых методов организации интегрированных систем телекоммуникаций и специализированного программного обеспечения управления качеством передачи аудио/видео данных. Достижение этой цели связано с решением следующих задач:
анализ структуры и процесса функционирования диспетчерского управления на железнодорожном транспорте;
анализ проблем передачи аудио/видео данных в ZP-сетях;
разработка комплекса параметров и ограничений, предъявляемых к системе технологической аудио/видео связи с динамической конфигурацией;
разработка архитектуры системы на основе анализа существующих систем, выбора эффективных методов для решения задачи управления маршрутизацией и коммутацией потоков данных с использованием нового протокола;
проектирование специализированной АСОДУ с модульной клиент-серверной архитектурой;
разработка формализованных методов расчета показателей качества функционирования основного оборудования, входящего в состав разрабатываемой системы связи;
разработка алгоритмов и открытого программного обеспечения, реализующих модель управления потоками данных с динамической конфигурацией на основе учета метрических показателей качества передачи данных.
Объектом исследования в работе является автоматизированные системы оперативно-диспетчерского управления технологическими процессами и связью на железнодорожном транспорте.
Методологическая основа исследования. Решение поставленных в работе задач основано на использовании методов теории систем, теории автоматического управления, теории передачи сигналов, теории информации и кодирования, имитационного моделирования, объектно-ориентированного программирования.
Исследование работоспособности и достоверности разработанных алгоритмов проводилось методом вычислительного эксперимента с помощью созданного комплекса программ «КОНТУР-1» на языках программирования Delphi и С (часть исходных кодов включена в приложение).
Научная новизна заключается в разработке эффективных методов управления телекоммуникационными системами в АСУ ТП на основе создания специализированного алгоритмического и программного обеспечения, работающего в режиме реального времени с учетом специфики железнодо-
рожного транспорта. К наиболее существенным научным результатам работы относятся следующие:
проведено теоретическое и экспериментальное исследование функционирования интегрированных систем управления железнодорожным транспортом, обеспечивающих технологическую связь автоматизированного диспетчерского управления, выявлены их особенности;
разработаны методы и алгоритмы формального описания и архитектура телекоммуникационной системы аудио/видео связи на основе сетей с пакетной коммутацией для АСОДУ железнодорожного транспорта;
предложены новые методы организации технологической аудио/видео связи с динамической конфигурацией для АСОДУ, повышающие эффективность функционирования системы автоматизации диспетчерского управления;
разработан универсальный интерфейс, позволяющий системе «Контур-1» взаимодействовать системами: автоматизированной обработки речевой информации, сохранения переговоров, диспетчерской централизации ДЦ-ЮГ;
разработана структура и программное обеспечение модульной подсистемы, входящей в состав АСОДУ с учетом метрических показателей обеспечения и управления качеством передачи аудио/видео данных;
разработаны алгоритмы и специализированное программное обеспечения АСОДУ;
впервые разработан программно-аппаратный комплекс, реализующий оперативную технологическую связь в распределенных телекоммуникационных системах с динамической конфигурацией и интерфейсами интеграции с подсистемами связи железнодорожного транспорта.
Практическая ценность
Полученные научные результаты вносят существенный вклад в методологию построения АСОДУ, в том числе распределенных сетей связи с интеллектуальной поддержкой управления потоками данных. Результаты диссертационной работы подтверждены соответствующими актами о практическом использовании.
Разработан и внедрен программно-аппаратный комплекс, моделирующий технологическую связь в системах автоматизации оперативного диспет-
черского управления. Внедрение этого комплекса позволило определить «узкие места» в системах управления и предложить обоснованные рекомендации по их устранению.
Разработаны и внедрены методы анализа потоков данных, позволяющие повысить эффективность и качество функционирования действующих АСОДУ.
Разработан комплекс программ, в котором практически реализованы методы численного расчета показателей подсистем в составе сети передачи данных, позволяющие оценить готовность сети передачи данных для передачи аудио/видео данных
Разработан и реализован алгоритм функционирования системы технологической связи на примере железнодорожного транспорта для применения в работе поездного диспетчера, дежурного по станции, машиниста поезда, энергодиспетчера.
Разработана методика апробации разработанного программного обеспечения «Контур-1». Программное обеспечение «Контур-1» используется в учебном процессе Ростовского государственного университете путей сообщения.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на секции «Телекоммуникационные и информационные технологии в транспортной логистике» Межведомственной научно-практической конференции «ТелеКомТранс», г. Сочи, 2004 г., на Международной научно-практической конференции «ТелеКомТранс», г. Сочи, 2007 г., на Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», г. Новочеркасск, 2007 г., Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике», г. Новочеркасск, 2008 г., на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных семинарах кафедр «Вычислительная техника и автоматизированные системы управления» и «Информатика» Ростовского государственного университета путей сообщения.
Система была испытана и хорошо себя зарекомендовала при проведении совместных практических занятий студентов РГУПС (Ростов-на-Дону) и СамГУПС (Самара) на тренажере «Виртуальная железная дорога». Разработанная система использовалась также в ЗАО «Кавказ-ТрансТелеКом» при
разработке алгоритмов организации іР-телефонии. На информационно-вычислительном центре Северо-Кавказской железной дороги комплекс «Контур-1» использовался при проектировании системы технологической видеоконференцсвязи для АСОДУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, отражающие основные результаты диссертации, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК. Программное обеспечение зарегистрировано в отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП) и в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (ГосПатент).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, приложений, списка литературных источников. Объем основного текста диссертации составляет 147 стр., приложение оформлено в виде отдельного тома на 125 стр.
В первой главе проведён анализ принципов организации АСОДУ, исследована теоретическая база проектирования и моделирования телекоммуникационных сетей для автоматизированных систем оперативного диспетчерского управления.
Во второй главе разрабатывается технология управления качеством передачи аудио/видео информации и интерфейс интеграции системы «Контур-1» с подсистемами АСОДУ.
Третья глава посвящена разработке методологии проектирования автоматизированной системы управления оперативной технологической связью.
В четвертой главе приводится описание разработанного автором программного комплекса, моделирующего технологическую связь в АСУ ТП.
В пятой главе показано применение разработанных методов и алгоритмов в учебно-исследовательском лабораторном комплексе «Виртуальная железная дорога».
В заключении формулируются основные теоретические и практические результаты работы.
В приложении приведены акты о внедрении результатов диссертационного исследования.
Во втором томе диссертации исходные тексты программ, реализующие наиболее важные алгоритмы системы «Контур-1».
Роль диспетчерского управления перевозками
Управление - это целенаправленное воздействие на любой объект или процесс, в результате которого происходит как качественное, так и количественное изменение переменных, определяющих состояние объекта или процесса, и достигающее определенных целей.
Основные функции управления: планирование, оперативное управление, учет, контроль и анализ. Диспетчерская система позволяет сосредоточить оперативное руководство объектом в руках одного руководителя, который может своевременно принимать меры для обеспечения четкого хода производственного процесса [44]. Такие условия делают диспетчерскую систему особенно ценной для управления движением поездов на железнодорожном транспорте. Диспетчерское руководство заключается в следующем: - непрерывный контроль выполнения оперативных планов эксплуатационной работы; - разработка и реализация мер для беспрепятственного пропуска поездов по участкам и станциям.
Система управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте Российской федерации включает в себя: - планирование перевозок и техническое нормирование; - управление графиком движения поездов (ГДП) и Планом формирования поездов (ПФ); - оперативное планирование поездной работы; - оперативное регулирование и диспетчерское регулирование. Задача оперативного управления - обеспечить в конкретных условиях на каждом диспетчерском участке бесперебойное выполнение плана перевозок и наилучшего использования имеющихся в наличии технических средств. Она объединяет воедино все звенья транспортного конвейера и обеспечивает его эффективную и бесперебойную работу [68].
Создание математических моделей производственных процессов с целью получения наилучших экономических показателей в настоящее время становится основой рациональной организации производства, особенно на железнодорожном транспорте. Роль моделирования возрастает в тех случаях, когда управление производственным процессом осуществляется современными системами телекоммуникаций и распределенных компьютерных сетей [67].
Диспетчерская система является основной формой организации оперативного, круглосуточного, централизованного руководства обработкой и обслуживанием вагонов и подвижного состава и других видов транспорта.
Основной целью функционирования диспетчерской системы управления является эффективное использование имеющихся трудовых и технических ресурсов для максимального ускорения обработки и прохождения грузов с учетом установленных нормативов. Диспетчерская система управления должна обеспечить (задачи): - выполнение месячных, квартальных и годовых планов; - непрерывный контроль над обработкой движением грузов, выполнением нормативов обработки; - эффективное использование трудовых, технических и других ресурсов для выполнения и перевыполнения плановых заданий и установленных нормативов обработки; - согласование работы смежных видов транспорта, предприятий, организаций и клиентуры.
Для правильного понимания свойств многоуровневых систем диспетчерского управления на железнодорожном транспорте необходимо предварительно рассмотреть некоторые общесистемные закономерности [49].
Любая целенаправленная деятельность возможна только в рамках определенной системы той или иной степени сложности. В нашем случае речь идет о технологических системах, состоящих из людей и технических средств. Последние — это обычно технические или кибернетические системы, взаимодействующие с человеком.
Технические системы (рисунок 1.1, а) создаются для выполнения определенной целевой функции. Они способны работать при изменении внешних условий в определенных пределах. Процесс формирования целесообразного (эффективного в смысле выполнения функции) поведения системы называется управлением. Поведение технической системы определяется программами, заложенными в нее при создании [39].
На одну и ту же ситуацию на входе, система всегда вырабатывает одну и ту же программу управления, то есть поведение системы однозначно. Суть управления в технической системе сводится к отнесению входной ситуации по определенному критерию к одной из известных, при которой реализуется определенная программа воздействия на объект управления. Обычно в технических системах критерий один и число программ невелико.
Более сложным поведением обладают кибернетические системы (рисунок 1.1, б), в которые технические системы входят как подсистемы (элементы). В отличие от технической системы для оценки входной ситуации используется множество критериев и, соответственно, для определенного набора входных данных могут быть выбраны разные программы управления.
Принципы передачи пакетов данных систем связи в ір-сетях
Существуют три основных метода передачи фреймов: Unicast, Broadcast, Multicast.
Коммутатор работает с фреймами «с пониманием» — он считывает MAC {media access control address — это уникальное 48-разрядное число, присваиваемое сетевому адаптеру производителем; является физическим адресом; используется для отображения в сетях TCP/IP)- адрес входящего фрейма и сохраняет эту информацию в таблице коммутации [90, 70]. Эта таблица содержит MAC адреса и номера портов, связанных с ними. Коммутатор строит таблицу в разделенной памяти и поэтому он знает, какой адрес связан с каким портом. Коммутаторы Cisco Catalyst создают эту таблицу, проверяя каждый фрейм, попавший в память, и добавляют новые адреса, которые не были занесены туда ранее.
Unicast фреймы, адресованы на конкретный MAC адрес. Broadcast фреймы, адресованы для всех MAC адресов в локальном сегменте. Multicast фреймы, адресованные для набора устройств в сегменте.
Однонаправленная пакетная передача данных
Ряд производителей использовали ии/сш -передачу, что вело к чрезмерной нагрузке на сетевой интерфейс и процессор сервера [97]. Это было связанно с тем, что серверу было необходимо обработать все фреймы, приходящие от участников системы, и создать суммарное изображение всех участников, а так же сложить аудио потоки от всех участников и разослать их участникам.
На рисунке 2.1а показан пример взаимодействия четырёх участников разговора с использованием unicast. Перед началом работы связи с сервера рассылаются приглашения для участников конференции: 1, 2, 3, 4. После этого связь установлена, и каждый из участников посылает серверу своё изо бражение и часть аудио потока, сервер обрабатывает полученную информацию от каждого и формирует суммарное изображение, затем он отсылает четыре копии для каждого из клиентов.
При такой организации видеоконференции имеется ряд недостатков: - фрейму необходимо пройти двойной путь, что двукратно увеличивает задержку при разговоре; - сеанс связи устанавливается только со стороны сервера; - при отказе хотя бы одного из участников конференция прекращает работу на несколько секунд (timeout), так как сервер ожидает порцию информации от отказавшего узла; - скорость в системе определяется наиболее медленно работающим абонентом; - невозможность применения сжатия из-за дополнительной нагрузки на сервер, так как серверу необходимо получить данные от каждого участника, затем сформировать пакет рассылки, после чего отправить его.
Широковещательная передача пакетов
Broadcast (широковещательные) сегменты доставляются всем машинам сегмента сети, независимо от того, участвуют они или не участвуют в видеоконференции. Маршрутизатор никогда не пропускает broadcast сегменты (в отличие от Multicast), в связи с этим появляется ограничение на территориальность участников видеоконференции. Из-за этого ограничения данная технология не используется для реализации видеоконференции.
Групповая передача данных
Multicast — технология передачи данных от одного ко многим. Это способ передавать данные одновременно многим и эта технология служит для уменьшения объема передаваемой по сети информации. В /Р-протоколе зарезервирован специальный блок адресов с 224.0.0.0 по 239.255.255.255, это так называемые адреса групп, членами которых могут быть /Р-адреса конкретных хостов в сети. Информация передается Ми/ґгсазґ-источником в сеть, но, в отличие от обычной передачи, в заголовке /Р-пакета в качестве адреса получателя ставится не адрес конкретного хоста-получателя, а адрес Multicast-группы [98]. Таким образом, пакеты передается сразу для всех членов Multicast-грутты. На рисунке 2.16 показан пример взаимодействия четырёх участников разговора с использованием multicast.
В сети источника такой пакет выглядит как обычный broadcast, и получают его все /Р-устройства в данном broadcast-ROuens, но обрабатывают такой пакет только члены данной Multicast-грутты. Если в сети стоит маршрутизатор с включенной поддержкой IP Multicast, этот маршрутизатор принимает такой пакет, проверяет по Ми/йсоу -маршрутной таблице наличие членов данной группы в других сетях и если они есть, то отправляет пакет по маршруту. Даже если членов этой Multicast-групиы много, но все они достижимы через один и тот же маршрут, пакет передается только один раз. Технология Multicast предоставляет ряд существенных преимуществ по сравнению с технологией Unicast.
Например, добавление новых пользователей не влечет за собой необходимое увеличение пропускной способности сети. Значительно сокращается нагрузка на посылающий сервер, который больше не должен поддерживать множество двухсторонних соединений. Использование Unicast технологии, пропускной способности существующих каналов хватает лишь для установления связи с очень ограниченным числом получателей. Групповая адресация снимает это ограничение и получателей может быть любое количество.
При внедрении приложений Multicast в кампусную сеть, содержащую несколько типов сред и систем передачи данных, таких как Ethernet, Token Ring, FDDI, A TM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay, SMDS (Switched
Multimegabit Data Service) и других сетевых технологий, наилучшим вариантом применения Multicast является его внедрение на уровне 3, если конечно трафик такого типа не предназначен только для одного сетевого сегмента.
Для поддержки Multicast на сетевом уровне необходимо определить несколько параметров.
Адресация — необходимость иметь адрес сетевого уровня, отвечающий за соединения между серверами и группами рассылки, причем группы рассылки могут состоять как из одного, так и из большого числа пользователей. Кроме того, необходимо обеспечить механизм установления соответствия между этим адресом и адресами уровня 2, которые используются при работе Multicast на канальном уровне;
Динамическая регистрация - необходимость обеспечить механизм регистрации компьютера, подключенного к сети, в определенных группах рассылки. Без такого механизма невозможно определить, по каким именно подсетям необходимо передавать трафик для каждой группы рассылки;
Маршрутизация сети Multicast — должна обеспечивать построение деревьев распределения пакетов, которые позволят источникам рассылки отправлять пакеты всем узлам-приемникам. Основной задачей деревьев распределения пакетов является обеспечение нахождения каждого пакета в определенной подсети только один раз (например, если внутри офисной сети имеется несколько получателей пакетов Multicast, то на всю офисную сеть должна приходить только одна копия каждого пакета).
Формализованные методы анализа модульных структур систем передачи информации в автоматизированных системах управления
В научно-исследовательскую телекоммуникационную сеть ВУЗов путей сообщения объединены Ростовский государственный университет путей сообщения, Сибирский государственный университет путей сообщения и Самарский государственный университет путей сообщения.
Построенная в рамках НИИОКР 16.4.00 «Разработка концепции и научно-технического обеспечения практического обучения студентов вузов МПС России по железнодорожным специальностям на основе лабораторно-тренажёрных комплексов с учётом новой системы управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорт центральным звеном выступает РГУПС, обеспечивающий информационную поддержку систем управления.
Схема информационного обмена представлена на рисунке 3.1. Источники информации, подсистемы ее обработки и хранения, а также конечные пользователи связаны телекоммуникационными каналами посредством сети Ethernet с пакетными маршрутизирующими коммутаторами канального и сетевого уровней, что позволяет ее рассматривать в виде СПКД.
Данная СПКД разбивается на три сегмента (рисунок 3.1). На данном рисунке в сегменте источников заявок АСУ ВУЗ означает информационно-планирующий уровень университетов, ВЖД - тренажерный комплекс «Виртуальная железная дорога», Корпоративный портал - систему контроля сбора информации для ЦКАДР (департамент кадров и учебных заведений РЖД). АРМ САМГУПС - АРМы расположены в г. Самара, АРМ СГУПС - АРМы расположены в г. Новосибирске, АРМ Филиалы - АРМы расположены в ЮФО на территории техникумов и филиалов РГУПС.
В данном разделе разработаны алгоритмы оценки качества функционирования СПКД. Математическая модель функционирования устройств активного телекоммуникационного оборудования предложена автором в [6]. Критерием качества обработки информации выбрана производительность те лекоммуникационных каналов и элементов активного телекоммуникационного оборудования.
Модели ПМК как СМО могут быть представлены в виде устройств, состоящих из блока буферизации пакетов, блока реализации дисциплины обслуживания пакетов и блока коммутации направления передачи [77, 95, 99]. В зависимости от выполнения операции буферизации пакетов в данном классе устройств выделяются [79]: — устройства с входной буферизацией (входной очередью заявок), когда накопление на обслуживание осуществляется прежде, чем функция коммутации заявки для передачи по маршруту доставки; — устройства с выходной буферизацией (выходной очередью заявок), когда прежде выполняется функция коммутации и определения маршрута доставки, а затем заявки попадают в очередь для ожидания; — устройства с комбинированной буферизацией, имеющие входную и выходную очереди заявок, между которыми осуществляется функция коммутации по направлению доставки данных.
Применяемые в рассматриваемой СПКД ПМК фирмы Cisco, как следует из их технической документации [88], представляют собой устройства с выходной буферизацией. Превосходство выходной буферизации над остальными подтверждается и теоретическими исследованиями свойств данных устройств, представляемых как СМО [91]. Примем следующие допущения и обозначения. Входной поток состоит их независимых, одинаково распределенных случайных величин (количество пакетов; которые могут прийти на каждый из N входных портов устройств). Для любого момента времени вероятность прибытия на /-ый входной порт будет рвк, і = 1..N. Каждый из поступивших пакетов имеет одинаковую вероятность 1/JV быть переданным на некоторый выходной у -ый порт, j = 1..N. Таким образом, вероятность того, что пакет с порта /, будет направлен на порт j равна р = рвх I N. При одновременном поступлении к пакетов только один из них будет сразу же направлен в выходной порт, а оставшиеся к — 1 пакетов будут помещены в оче редь соответствующего выходного порта с дисциплиной обслуживания FCFS, и поэтому коэффициент загрузки выходных портов такой же, как и у входных портов, и СМО находится в устойчивом состоянии. В связи с этим имеем процесс восстановления, в котором длина очереди определяется следующим рекуррентным уравнением ql+l=q,-dl+al, (3.1) где q, это длина очереди на момент времени t (напомним, что она находится на выходе устройства); d( - количество пакетов, убывших из очереди; at количество пакетов поступивших в ПМК. Учитывая, что в момент времени / один пакет из очереди убывает d, = 1, э0 , уравнение принимает вид ql+t =q,- h 0i + Ч и возникает задача определения вероятности нахождения в очереди к пакетов. На рисунке 3.2 представлена СМО для ПМК.
Описание разработанного программного комплекса
Программный комплекс предназначен для создания имитационной модели голосовой связи всех уровней, применяемой на промышленных предприятиях.
При построении модели СТС создается список классов и дерево объектов, начиная от корневого объекта, и соблюдается принцип наследования свойств и методов. Корневой объект стоит на вершине иерархии объектов, а с точки зрения пользователя и является прототипом моделируемой системы. Все остальные объекты просто встраиваются в схему корневого, и так далее, образуя дерево иерархии объектов (см. риунок 4.1). Мы используем подход, принятый в современных С4Ж-системах и ориентированный на методы управляемой моделями разработки. Поведение объектов характеризует действия, когда объект либо является инициатором переноса информации от него к другому объекту, либо сам подвергается аналогичному воздействию от других объектов. В процессе поведения объекта изменяется его состояние, что отображается в массивах состояний объектов. При сохранении текущей конфигурации СТС сохраняются все состояния отдельных объектов, и при последующей загрузке возможно продолжение работы или модификация составленной модели.
Функциональная структура программного комплекса Функциональная структура программного комплекса приведена на рисунке 4.2. В задачи системы, помимо указанных на рисунке 4.2., входит протоколирование переговоров и реализация естественных ограничений (ограничение дальности радиосвязи, количество каналов связи и т. д.). Основные особенности этого комплекса.
1. Ориентация на работу в сети. Система обеспечивает работу в режиме «клиент-сервер» в рамках ЛВС и через Internet. Включает специализированный протокол обмена данными в рамках ЛВС для поддержки технолгий, позволяющих экономить полосу пропускания.
2. Открытость. Принцип открытости подразумевает возможность настройки системы на требования конкретного пользователя. Здесь можно выделить три аспекта.
Изменение режимов и параметров функционирования программного обеспечения, входящего в состав ядра системы. Это реализовано путем внесения параметров с использованием протокола HTTP или модификации конфигурационных файлов.
Возможность расширения системы с использованием любых дополнительных модулей, организующих алгоритм функционирования связи. При необходимости имеется возможность написания дополнительного модуля. Модуль может быть присоединен в систему для работы совместно с существующим модулем или его заменой.
3. Переносимость на различные платформы на уровне исходных текстов программ. Переносимость обеспечивается за счет того, что все компоненты системы написаны на языке Delphi.
Распределенность системы имеет два основных аспекта: наличие вспомогательного программного обеспечения (ВПО), которое выполняет отдельные внутренние функции СТС, и работа в режиме удаленного доступа. Для обмена данными по сети Internet не требуется дополнительное программное обеспечение. При создании СТС были рассмотрены различные варианты такого взаимодействия ПО, а именно:
1. Протокол HTTP. Для использования этого протокола не требуется дополнительного программного обеспечения на серверной машине так как необходимое ПО входит в состав СТС. На машине клиента должен быть установлен браузер Internet Explorer 3.0 и выше. Основное достоинство этого подхода - переносимость: написанный текст без каких бы то ни было изменений работает на разных платформах и позволяет просматривать HTML-страницы как с помощью Internet Explorer, так и с помощью Netscape Communicator. Недостатками такого решения являются ограниченное количество одновременно работающих с ним пользователей (не более 50).
2. Протокол TCP/IP используется для отслеживания состояния и передачи управляющей информации систем СТС. Это «надежный» протокол, потому что он обеспечивает проверку на наличие ошибок и обмен подтверждающими сообщениями, чтобы данные достигали своего места назначения заведомо без искажений. Как наиболее важный фактор при принятии решении о выборе протокола использовалась надёжность доставки правил функционирования СТС.
Протокол UDPIIP используется для передачи видео/аудио информации. UDP «ненадежный» протокол, и он не гарантирует, что дейтаграммы будут приходить в том порядке, в котором были посланы, и того, что они придут вообще. Для передачи видео/аудио информации так же используется
