Содержание к диссертации
Введение
Глава I. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АСУЖТ И СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 8
1.1. Принципы построения АСУЖТ 8
1.2. Построение сети передачи данных АСУЖТ, виды каналов и аппаратуры передачи информации
1.3. Постановка задачи. Цель исследований в диссертации IS
1.4. Выводы по главе I
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ КАНАЛОВ, КРАТКОВРЕМЕН НЫХ ПЕРЕРЫВОВ И ОШИБОК ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ДАННЫХ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА 2 5
2.1. Виды применяемой аппаратуры связи на транспорте и классификация отказов 2 3
2.2. Исследование характеристик надежности железнодорожных каналов
2.2.1. Магистральные каналы
2.2.2. Дорожные каналы 39
2.3. Кратковременные перерывы и потоки ошибок в каналах проводной связи 43
2.4. Исследование потоков ошибок и кратковременных перерывов в каналах радиорелейной дорожной связи
2.5. Определение времени, затрачиваемого на исправление ошибок в аппаратуре передачи данных
12.6. Экспериментальное исследование задержки передачи данных при использовании АГЩ ФКГ-Т50 по КВ-радиоканалу
2.7. Надежность аппаратуры абонентских пунктов 60
2.8. Выводы по главе 2 6?
Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЯИ КАНАЛА ПЕРВДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В АСУЖТ 69
3.1. Возможные состояния канала при передаче информации в АСУЖТ
3.2. Исследование характеристик канала передачи информации в АСУЖТ как системы массового обслуживания
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Решение задачи
3.2.3. Использование полученных формул
3.3. Исследование времени передачи информации в многоканальной системе массового обслуживания
3.3.1. Постановка задачи 82
3.3.2. Система уравнений и ее решение
3.3.3. Общие выражения для математического ожидания числа заявок и времени их обслуживания в многоканальной СМО
3.4. Выводы по главе 3
Глава 4. ЖСЛЩОВАНИЕ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ. ВРЕМЕНИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
4.1. Методы уменьшения времени передачи данных
4.2. Повышение надежности передачи информации с помощью резервирования каналов
4.3. Способы передачи данных при наличии резервных каналов
4.4. Повышение коэффициента готовности канала введением резервного времени восстановления и выбор длительности сеанса передачи данных
4.5. Повышение надежности каналов планово-предупредительными работами
4.6. Влияние параметров надежности каналов на стоимостные характеристики сети передачи данных
4.7. Выводы по главе 4
ЗАКЛШЕНИЕ
ВВДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Принципы построения АСУЖТ
- Виды применяемой аппаратуры связи на транспорте и классификация отказов
- Возможные состояния канала при передаче информации в АСУЖТ
- Методы уменьшения времени передачи данных
Введение к работе
На железнодорожном транспорте внедряется автоматизированная система управления /АСУЖТ/, основной целью которой является совершенствование управления сложным хозяйством железных дорог и прежде всего их эксплуатационной деятельностью, обеспечение наилучшего использования технических средств при высоких экономических показателях и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства в пе-їревозках [38] .
Особенностью АСУЖТ по сравнению с отраслевыми АСУ промышленности является осуществление как административных, так и технологических функций управления перевозочным процессом на всех уровнях управления, включая центральный орган - Министерство путей сообщения.
На ранних этапах внедрения АСУЖТ вычислительные машины использовались в основном для решения задач, не требующих применения каналов передачи данных, так как эти каналы фактически отсутствовали. При этом с помощью ЭВМ производилась автоматизированная обработка экономической информации, решение отдельных частных задач учета, анализа, нормирования, планирования и управления [79] . Это не давало большого экономического эффекта от применения вычислительной техники.
В настоящее время ЭВМ начинают широко использовать для управления перевозочным процессом и в связи с этим принято решение о создании единой сети передачи данных железнодорожного транспорта. Особенностью АСУЖТ является значительное удаление источников информации /линейных подразделений/ от вычислительного центра.
Управление транспортом - это прежде всего оперативное управление перевозками и регулирование движением, включая также организацию оперативного ремонта и содержания подвижного состава, устройств ав- томатики, связи и пути, деятельности финансовых органов,и материально-технического снабжения. Информация, передаваемая для этих целей, должна иметь высокую достоверность и поступать без задержки, особенно при решении оперативных задач управления подвижными транспортными объектами, где время передачи данных играет решающую роль.
В качестве примера можно указать такие системы управления технологическими процессами, как "Комплексная автоматизированная система управления движением /КСАУ-ДІ/" [бо] , "Комплексная система механизации и автоматизации работы сортировочной станции /КМАСС/"
3 ] и другие, где допустимое время задержки по отдельным сообщениям исчисляется секундами.
Своевременность получения информации в основном определяется каналами передачи данных, в качестве которых на железнодорожном транспорте используют магистральные, дорожные и отделенческие каналы связи совместно с аппаратурой передачи данных /АПДЛ Использование железнодорожной сети связи для передачи данных в АСУЖТ представляет немалые трудности в силу известных недостатков этой сети. Не везде предусмотрены обходные каналы, сеть не обладает необходимой живучестью, в подавляющем большинстве используются воздушные и радиорелейные линии /РРЛ/ без горячего резерва. Каналы загружены в значительной степени телефонными сообщениями и не все удовлетворяют нормам, не везде имеются резервные каналы. Все это отрицательно сказывается на передаче сообщений для АСУЖТ.
Особенностью железнодорожных каналов является также наличие большого числа участков с различной аппаратурой и переприемов по тональной частоте /ТЧ/, влияние тяговых сетей электрических железных дорог, большой уровень промышленных помех. Эти причины приводят, к невысокой надежности железнодорожных каналов связи и большому числу ошибок данных при передаче данных, которые увеличивают длительность передачи, обработки и вызывают задержку получения ин- формации /особенно при малом количестве имеющихся каналов/, что может привести к ее обесцениванию и даже потере. Например, по результатам наблюдений, проведенных на ГВЦ МПС, для передачи сообщения объемом 5-Ю тыс.знаков со скоростью 600 Бод /время передачи 2-5 минут/ при попомщи аппаратуры передачи данныхх типа "Аккорд--1200" фактически затрачивается время 1-1,5 ч. Поэтому очень важно при проектировании системы передачи данных oneнивать влияние всех указанных причин на время передачи данных при решении различных транспортных задач в АСУЖТ.
В соответствии с изложенным, в данной диссертапионвой работе ставится задача построения математических моделей для исследования характеристик каналов передачи информапии в АСУЖТ с учетом всех вышеперечисленных факторов. Такими характеристиками являются среднее время передачи, средняя длина очереди заявок на ЦЦ и другие. Исследование и разработка методов расчета производится с учетом параметров надежности каналов, потоков ошибок и кратковременных перерывов, а также потока заявок на передачу.
Разработанные и исследованные автором математические модели канала передачи информапии позволили получить аналитические выражения, необходимые для проектирования и внедрения СЦЦ на железнодорожном транспорте.
По предложенной методике проектирования каналов построены сети передачи на ряде дорог, что способствует эффективному использованию вычислительной техники на транспорте, повышению провозной и пропускной способности участков и станций.
Принципы построения АСУЖТ
Совершенствование управления эксплуатационной деятельностью с эффективным использованием пропускных способностей, подвижного состава, материальных и трудовых ресурсов достигаются в АСУЖТ решением задач в 16 функциональных подсистемах: управления перевозочным процессом /АСУД/, грузовой и коммерческой работой /АСУМ/, пассажирскими перевозками /АСУЛ/, локомотивным /АСУТ/ и вагонным хозяйством /АСУВ/, капитальным строительством /АСУКС/, оперативно-статистический отчет и отчетность /АСЖЗ/ и др.
В подсистеме АСУД, помимо задач информационного обслуживания руководства МПС и дорог, решаются комплексы задач по прогнозированию основных показателей суточного плана поездной и грузовой работы, учета и анализа использования подвижного состава, а,также технического нормирования эксплуатационной работы дороги; на втором этапе внедряются комплексы задач двух трехсуточного прогнозирования подхода поездов и вагонов к стыковым пунктам, суточного планирования поездной и грузовой работы, оперативного планирования и регулирования поездной работой дороги. Решаются задачи составления графиков движения для двух путных и однопутных участков, а также расчет потребного парка локомотивов и показателей их использования.
В рамках общей подсистемы организации управления перевозочным процессом на уровне нижнего звена управления технологическими процессами /АСУ Ш/, создается комплексная система механизации и автоматизации работы сортировочной станции /КМАСС/ с реализацией оптимальных режимов регулирования технологического процесса переработки вагонопотоков в реальном времени [з] Внедрение такой системы обеспечит лучшее использование пропускной и перерабатывающей способности станций, большую ритмичность работы отдельных направлений, повышение производительности труда за счет, автоматизации основных функций оперативного управления и планирования работы станций, повышение роли и эффективности диспетчерского руководства и организации работы технических контор и информационных центров, а также автоматизацию формирования и регистрации данных исполнительного процесса, необходимых для объективного анализа и оперативного управления перевозками на всех уровнях.
Необходимым и обязательным условием оперативной работы КМАСС является наличие точной и своевременной информации о подходе и назначении, отправлении и прибытии поездов, количестве вагонов в составах и т.п. Эту информацию получает и обрабатывает станционный информационный центр, расположенный рядом с технической конторой, который имеет также прямую связь с сортировочными парками, пунктами проверки составов. Для обеспечения такой информации необходима широкая сеть каналов связи и передачи данных, обладающих высокой надежностью и повышенной достоверностью передачи.
К АСУД организационно относится и другая АСУ Ш - комплексная автоматизированная система управления движением поездов на участках, станциях и направлениях с использованием современных средств вычислительной техники /КСАУ-ДП/ [бо] Ее назначение - создание условий для обеспечения устойчивого выполнения технических норм передачи поездов и вагонов на грузонапряженных линиях сети и графика движениз на взаимодействующих участках и станциях, что в конечном счете обеспечит лучшее использование пропускной и провозной способности линии и перерабатывающей способности станций, большую ритмичность работы железных дорог. Система обеспечивает улучшение экономических показателей, повышение производительности труда за счет автоматизации основных функций управления, выполняемых машинистом, поездным диспетчером, а также автоматизацию регистрации и анализа данных, необходимых для оперативного управления перевозочным процессом на всех уровнях.
Виды применяемой аппаратуры связи на транспорте и классификация отказов
На уровне ГВЦ-ДВЦ, ДВЦ-ДВЦ данные передаются со средней скоростью 600-1200 Бод, для чего используются телефонные магистральные и дорожные каналы. Типы применяемой аппаратуры проводной связи и примерные длины линий с этой аппаратурой указаны в табл.2.I
Из таблицы видно, что в настоящее время в основном применяются воздушные линии, хотя происходит постепенная замена их кабельными. Радиорелейные линии применяются в основном для дорожных связей. Типы применяемой радиорелейной аппаратуры приведены в табл.2.2.
Данные табл.2.2 показывают, что на железнодорожном транспорте применяется более половины радиорелейной аппаратуры с импульсно-фазовой И-дельта-модуляцией, надежность которой будет исследована в диссертации.
Отказы в линиях связи МПС бывают кратковременными, самовосста 12,2б и полными, длительны наваливающимися, перемежающимися ми„ устойчивыми. Кратковременные отказы имеют длительность от долей секунд /наличие помех в проводных линиях от линий сильного тока, тяговых сетей электрических железных дорог/ до 1-3 мин /ручное или автоматическое переключение с основного на резервное оборудование, кратковременные сбои электропитания, вмешательства обслуживающего персонала и др./.
Б 2.1 и 2.2 будут рассмотрены только полные отказы. В зависимости от места возникновения они могут быть линейными и станционными; Линейные отказы возникают в кабеле /механические повреждения при раскопках, осадках почвы, от молнии и др./, воздушной линин /обрыв, короткое замыкание проводов и др./. В радиорелейных линиях к линейным отказам можно отнести замирания.
Станционные отказы возникают в аппаратуре РРЛ и систем проводной дальней связи - в оборудовании промежуточных и оконечных пунктов, а также в устройствах питания.
Возможные состояния канала при передаче информации в АСУЖТ
Исходя из материалов предыдущих глав можно построить модель Канаш передачи и переработки информации в АСУЖТ, которая учитывает всего возможные состояния. Такими состояниями являются:
I. Канал работоспособен, но передачи данных нет /перерыв в передаче или приеме информации/. В это время может производиться подгонка информации, перевод ее на необходимый носитель /например, перфоленту/, или обработка ее в ЭВМ. Если канал ПД является коммутируемым, то канал связи в это время можно использовать для передачи дру-ой /аналоговой, телефонной или дискретной/ информации. Если канал наделенный, т.е. постоянно закрепленный только за для передачи дан-[ых, то в этом состоянии он будет простаивать. В теории массового обслуживания такое состояние СМО называется свободным, т.е. когда система свободна от заявок на обслуживание [ 33, 34] .В этом состоянии возможны отказы канала БД. Если при этом поступила заявка на БД, о она будет ожидать обслуживания.
В состоянии I канала БД проводятся сеансы технического обслуживая, которое осуществляется с интенсивностью редкий интервал времени между моментами проведения техобслуживания. Во время сеанса технического обслуживания производится настройка, регулировка канала, проверка аппаратура, чистка механических или электрических контактов. Согласно статистическим данным я работе каналов связи и АБД распределения времени между сеансами технического обслуживания и их длительности подчиняются законам Эрланга второго или третьего порядка. Обозначим среднюю длительность сеанса технического обслуживания Тто . В некоторых случаях, при передаче очень срочных сообщений, необходимо прервать техническое обслуживание или егоужорить. В этом случае длительность сеанса технического обслуживания распределена по экспоненциальному закону.
2. Канал находится в работоспособном состоянии и занят для передачи информации в АСУЖТ. В это состояние канал БД переходит из состояния I с интенсивностью 0 . Средняя длительность сеанса ЦЦ с учетом появления ошибок в канале и их исправления равна Т0
Обозначим Тпд - время, необходимое для передачи информапии объемом Упд со скоростью В Бод, без учета влияния ошибок и времени их исправления. Как показано в 2.3SJ2.4 диссертапии, число ошибок, возникающих во время сеанса БД, подчиняется закону Пуассона с интенсивностью Л1 , а функиию распределения времени исправления информапии при ошибках R () возьмем произвольной с математическим ожиданием f., .
Методы уменьшения времени передачи данных
Для уменьшения времени передачи и вероятности задержки информации в СЦЦ есть три основные пути: повышение надежности канала и АЦЦ /коэффициента готовности/, уменьшение характеристики потока ошибок
Уменьшение числа требования j\0 , поступающих в единииу времени. Рассмотрим подробно эти три способа на примерах различных подсистем АСУЖТ.
В подсистеме "Контейнер" для решения задачи слежения за продвижением и местом нахождения транзитных контейнеров необходимо передавать со стыковых пунктов и сортировочных станции в ГВЦ около 100 тыс. знаков с допустимой задержкой не более 0,5 ч. При скорости 600 Бод чистое время передачи Тпд такого объема информации составит примерно 15 мин, т.е. ТПА = 0,25 ч. Примем /U = 1 тг » и Д-713 кана-ла № 3 /Кг =0,98; Tg = 0,9ч; ft =0,56/ согласно формуле /3.22/, получим Б [ t] 0,7ч, т.е. длительность передачи превышает допустимое время задержки сообщения.
В данном примере требование необходимой срочности передачи информации не выполняется и нужно повысить надежность канала или изменить технологию передачи данных.
При большой интенсивности поступления заявок повышение надежности /коэффициента готовности Кг / может значительно уменьшить время передачи информации. Из рис.3.2 видно, что при Л„ = 0,7 повышение коэффициента готовности с 0,9 до 0,99 уменьшает время передачи почти в 2 раза. При До 0,7 влияние Кг еще более существенно.
Если в данном случае повысить Кг с 0,98 до 0,9996 /резервированием канала ЦЦ/, то получим Е[ ] = 0,64 ч, т.е. уменьшение времени передачи незначительно. Существенного изменения этих параметров можно достичь уменьшением характеристики потока ошибок и кратковременных перерывов fA .
Как известно, J - Л.,% и ПРИ заданной АГЩ уменьшение Т фактически невозможно. Поэтому остается только уменьшать интенсивность ошибок в канале Л . Исследования показывают, что на воздушных линиях связи возникает значительно больше ошибок и перерывов, чем на кабельных, поэтому первоочередная задача при проектировании и построении СПД - ликвидация воздушных вставок на їлагистральных линиях, использование постоянно закрепленных для ЦЦ каналов, в которых можно
сделать коррекцию амплитудно-частотной характеристики, уменьшающей вероятность ошибок, контролировать интенсивность ошибок приборами типа ПВО /приборы выявления ошибок/, следить за состоянием канала [39, 49] .
Уменьшив для данного примера ЛІ в 2 раза /например, заменой воздушной линии кабельной/, получим = 0,28. При этомЕ[ ] = 0,49 ч.
Как показэнор главе 2, основной причиной возникновения ошибок в каналах ЦЦ железнодорожного транспорта являются импульсные помехи от тяговых сетей электрических железных дорог, линий электропередач, питающих устройства автоблокировки, промышленные и другие помехи.Методы уменьшения влияния этих помех подробно рассмотрены в Г39 J .К ним относятся применение редукоионных трансформаторов, установка фильтров в магистральном кабеле и пепях дистанпионного питания, симметрирование, экранирование станпионных соединительных проводов, согласовывающих трансформаторов и др.
