Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ информационных потоков в АСУ горного предприятия 9
1.1. Функциональная структура систем автоматизированного и оперативно-диспетчерского управления ГП 9
1.2. Анализ особенностей размещения и взаимного удаления объектов контроля и управления в горных выработках 18
1.3. Анализ потоков информации, циркулирующих между объектами контроля и пунктом управления в АСУ ТП и СОДУ шахт 22
1.4. Анализ информационных потоков основных и территориально сгруппированных объектов (контролируемых пунктов) 33
1.5. Постановка задачи 36
Выводы по первой главе 41
Глава 2. Математическая модель и анализ отдельного звена среды информационного обмена в АСУ ГП 43
2.1. Математическая модель среды АСУ ГП 43
2.2. Математическая модель отдельного звена среды АСУГП 68
2.3. Алгоритм расчета ВВХ отдельного звена среды АСУ ГП 74
Выводы по второй главе 78
Глава 3. Методика управления потоком данных в режиме восстановления после сбоев 80
3.1. Механизмы управления потоком данных ' 80
3.2. Алгоритм обнаружения и коррекции столкновений процессов информационного обмена 83
3.3. Алгоритм адаптации скорости передачи сообщений 88
Выводы по третьей главе 101
Глава 4. Имитационная модель информационного обмена среды АСУ ГП... 102
4.1. Содержательная постановка задачи моделирования информационного обмена 102
4.2. Имитационная модель среды АСУ ГП 111
4.3. Анализ результатов имитационного моделирования среды АСУГП 119
Вывод по четвертой главе 155
Заключение 156
Литература 158
- Функциональная структура систем автоматизированного и оперативно-диспетчерского управления ГП
- Математическая модель среды АСУ ГП
- Механизмы управления потоком данных
- Содержательная постановка задачи моделирования информационного обмена
Введение к работе
Современный этап развития автоматизированных систем управления (АСУ) характеризуется повышением их функциональной насыщенности. Данные системы представляют собой объект активных теоретических исследований. Исследователи, используя новый технологический уровень, вернулись к созданию моделей комплексной автоматизации процессов, производств и производственных структур, позволяющих управлять децентрализованными эволюционирующими структурами с ограниченным взаимодействием, способными поддерживать по мере потребностей механизм налаживания новых межуровневых информационных связей или углублять их взаимодействие.
В исследовании АСУ горного предприятия (АСУ ГП) представляется совокупностью совместно и целенаправленно функционирующих пространственно и функционально распределённых динамических объектов (подсистем) и может быть классифицирована (в соответствии с современной теорией систем), как сложная динамическая система. В функциональном отношении она включает в себя управляющую подсистему, реализуемую, как правило, в виде двухуровневой системы принятия решений, на нижнем уровне которой реализуются классические алгоритмы управления, а на верхнем — логико-лингвистические алгоритмы анализа ситуации и планирования поведения системы, и управляемую подсистему (процесс), совместное функционирование которых приводит к достижению цели управления.
В основе рассматриваемого класса АСУ (развивающаяся сложная, гетерогенная, интегрированная, эргатическая динамическая система с переменной структурой, нестационарными параметрами) угольной промышленности лежит интеграция АСУ предприятия (АСУП) и АСУ технологическими процессами (АСУ ТП), которая осложняется целым рядом факторов:
Динамичностью состава и среды функционирования АСУ предприятия.
Необходимостью наличия данных с управления ТП для решения задач автоматизированного управления предприятием, а так же исключением фрагментарного внедрения и локального использования АС для частных задач управления
Разнородностью состава средств (прежде всего программных) эксплуатируемых АСУ.
Сегодня на предприятиях горнодобывающей промышленности осуществляется широкая программа совершенствования механизации и автоматизации основных и вспомогательных производственных процессов. Резкое увеличение числа пользователей АСУП и АСУ ТП, количества и функциональности сетевых приложений ведет к росту интенсивности информационного обмена. Поэтому особое значение для данных систем приобретают задачи управления процессами информационного обмена, особенно в состоянии перегрузки, что является одной из функций обеспечения качества обслуживания. Исследования в этой области активно ведутся на протяжении последних 15 лет.
Существующие реалии анализа общей функциональной структуры АСУ, требуют ее декомпозиции на компоненты. Здесь возникает необходимость установления для каждого компонента: критериев эффективности, моделей функционирования, процедур обработки данных, функциональных и информационных связей между компонентами.
В основе настоящего исследования лежат результаты работ в области теории вероятностей и случайных процессов (Ю.К. Беляев, И.И. Коваленко, В.М. Шуренков, Б.А. Севастьянов, А.Д. Соловьев, Д. Кокс, В. Смит), теории массового обслуживания (А.Д. Соловьев, Г.П. Башарин, Я.Д. Коган, А.Д. Харкевич, М.А Шнепс, В.Г. Беляков, А.Л Толмачев, М. Шварц), теории сетей массового обслуживания (Г.П. Башарин, А.Л Толмачев, В.А. Жожикашвили, В.М. Вишневский, Л. Клейнрок), теории телетрафика (Г.П. Башарин, К.Е. Самуилов, А.Д. Харкевич, М.А. Шнепс, Б.А. Севастьянов, А.А. Шапарев). А.А.
5 Боровков), методов анализа многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры (Г.П. Башарин, П.П. Бочаров, Ю.В. Гайдамака, К.Е. Самуилов).
В этих работах имеются достаточные научные предпосылки для решения поставленной задачи. Между тем, до настоящего времени существующие подходы к решению проблемы адаптации АСУ к изменению параметров внешней среды носят, как правило, локальный по областям применений и разрозненный по методам характер.
Поэтому научный аспект решения сформулированной задачи связан с использованием протокольного подхода к надежности информационного обмена. Практическая часть решаемой задачи включает в себя моделирование процессов информационных обмена и получение их вероятностно-временных характеристик (ВВХ) как на стадии разработки, так и эксплуатации компонентов АСУ.
Объект исследования - АСУ ГП.
Предмет исследования - процессы информационного обмена в АСУ ГП.
Цель исследования - повышение надежности и восстановление информационного обмена в АСУ ГП
Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Анализ принципов построения и тенденций развития АСУ ГП на современном этапе.
Исследование процессов блокировок запросов пользователей в АСУ ГП.
Математическое моделирование процессов функционирования отдельного звена АСУ ГП и оценка его вероятностных характеристик.
Исследование механизма управления потоком данных в режиме восстановления после сбоев в транспортной среде АСУ ГП.
Методы и средства исследования. При решении указанных задач использовались методы системного анализа, теория сетей массового обслуживания, теория телетрафика, методы имитационного моделирования.
Достоверность научных положений, результатов, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, достигнута: за счет корректного применения методов системного анализа, теории вероятностей, математической статистики; непротиворечивости и воспроизводимости результатов, полученных теоретическим путем; сочетания формальных и неформальных методов исследования; использования методов, адекватных природе изучавшихся процессов и явлений; обобщения накопленного опыта работы по процессам информационного обмена в АСУ; достаточно полного учета многократно проверенных, в том числе и на практике, исходных данных; верификации отдельных результатов в рамках известных теоретических конструкций, широко используемых в теории сложных технических систем.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что получены новые научные результаты: {.Математическая модель отдельного звена АСУ ГП, базирующаяся на аппарате многопотоковых СМО с разделением ресурсов, отличающаяся применением марковских процессов (МП) с мультипликативными распределениями вероятностей состояний, позволяющая описать функционирования логических путей и учитывающая наличие в среде информационного обмена нескольких источников информации.
Рекуррентный алгоритм расчета вероятностных характеристик отдельного звена среды информационного обмена, характеризующий процессы возникновения блокировок запросов пользователей и позволяющий численно оценить ВВХ динамического состояния среды АСУ ГП.
Методика управления потоком данных в режиме восстановления после сбоев, основывающаяся на концепции обнаружения и коррекции столкновений процессов в среде информационного обмена, использующая темпоральные характеристики потоков данных АСУ ГП для оперативного изменения скорости передачи сообщений.
Имитационная модель среды АСУ ГП, включающая разработанные математическую модель и алгоритм, базирующаяся на событийном методе,
7 воспроизводящая логику ее функционирования и системные параметры.
Практическая значимость заключается в применении теоретических положений для реализации управления информационным обменом в среде АСУ горного предприятия
Полученные теоретические результаты использованы: для оптимизации управления информационным обменом в специализированных системах и устройствах передачи информации, а так же отдельными технологическими процессами и установками на шахте «Комсомольская». Применение предложенной методики модернизации протокола TCP/IP позволила на 17-19 % повысить надежность единой сети передачи речевой и телемеханической информации с использованием цифровых систем. для оптимизации процессов информационного обмена между компонентами АСУ на шахте «Воркутинская». Применение методики и алгоритмов восстановления процессов информационного обмена после сбоев позволило на 14 - 18 % повысить их надежность и обеспечить более высокий уровень управления технологическими процессами, а также снизить затраты на совершенствование программного обеспечения и сократить сроки модернизации АСУ горного предприятия.
Апробация и публикации. Материалы диссертации докладывались на: Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП)» (2004, г. Орел), Региональной конференция молодых ученых, адъюнктов и соискателей «Правопорядок и безопасность в России: история и современность». (2005, г. Орел), Региональной научно-практической конференции «Проблемы правового регулирования в сфере информационных технологий» (2005 г. Орел).
Положения, выносимые на защиту:
Математическая модель отдельного звена АСУ ГП.
Рекуррентный алгоритм расчета вероятностных характеристик отдельного звена АСУ ГП.
Методика управления потоком данных в режиме восстановления после сбоев.
Имитационная модель среды АСУ ГП.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, включающего 46 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 85 наименований.
Функциональная структура систем автоматизированного и оперативно-диспетчерского управления ГП
Шахта, как объект управления, характеризуется большим числом параметров технологического процесса и сложностью алгоритмов управления. Параметры имеют вероятностный характер. Это затрудняет процесс автоматизации управления на угольных шахтах.
Решение задач оптимизации сложных технологических процессов угольных шахт стало возможным только в последние годы в связи с развитием и внедрением автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на базе вычислительной техники (ВТ) и экономико-математических методов. АСУ ТП обеспечивают оперативный сбор, передачу, переработку и выдачу потребителям информации, необходимой для принятия решений по управлению производственным процессом.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами шахт создаются на основе анализа технологической структуры производственного процесса подземной угледобычи, включая очистные и подготовительные работы, транспортировку угля и породы, обеспечение основных технологических процессов материалами, трудовыми и энергетическими ресурсами, ремонтным обслуживанием механизмов, соблюдение и поддержание нормальных и безопасных условий ведения горных работ.
АСУ ТП являются сложными системами управления, состоящими из отдельных подсистем, выделяемым, как правило, по производственно-технологическому принципу.
В действующих АСУ ТП на шахтах России реализованы в основном подсистемы: «Очистные забои», «Локомотивный транспорт», «Трудовые ресурсы», «Оперативно-диспетчерское управление (ОДУ)». По подсистемам «Добыча» и «Материалы» осуществлена опытно-промышленная проверка программного обеспечения на некоторых шахтах.
Автоматизированная подсистема контроля и анализа работы «Очистные забои» предназначена для получения, передачи, обработки, хранения и представления информации о работе очистных забоев.[76] Основная цель функционирования подсистемы - обеспечение роста добычи угля из очистных забоев за счет совершенствования технологии ведения очистных работ и улучшения использования забойного оборудования.
Подсистема обеспечивает: получение информации, отражающей реальное состояние и протекание процесса добычи угля; определение режимов работы комбайна (включен, выключен, работает по выемке угля); определение величины перемещения комбайна и направления его движения; определение местоположения комбайна в каждом из контролируемых режимов; вычисление вторичных величин, характеризующих работу комбайна в лаве; автоматический учет машинного времени комбайна и основного оборудования лавы, а также учет добычи угля по участкам и шахте в целом; учет длительности и причин простоев очистных забоев. Техническая характеристика подсистемы «Очистные забои» Число контролируемых очистных участков 16. Число контролируемых параметров по одному забою. 23. Число выходных форм (индикация и регистрация) 15. Автоматизированная подсистема «Локомотивный транспорт» предназначена для решения следующих задач [76]: - автоматического контроля обеспеченности порожними составами и занятости грузовых ветвей погрузочных пунктов; - автоматизированного контроля, учета работы и управления подземным локомотивным транспортом; - вычисления по шахте в целом количества порожних и груженых вагонеток, количества нагруженных и разгруженных вагонеток с начала смены, за смену и сутки; - отображения или выдачи печатных форм (по вызову диспетчера и периодически) вычисленных параметров: количества вагонеток на грузовых и порожняковых ветвях погрузочных пунктов и в околоствольном дворе; вагонеток, загруженных на каждом из погрузочных пунктов за определенный период (с начала смены, за сутки); вагонеток, разгруженных за смену (сутки) в околоствольном дворе; - сигнализации диспетчеру о необходимости посылки порожних вагонеток или вывоза груза с определенного погрузочного пункта. Техническая характеристика подсистемы «Локомотивный транспорт» Число контролируемых участков 31. Число точек контроля прохождения вагонеток на каждом участке 4. Число учитываемых локомотивов (на одном горизонте) 30. Погрешность учета вагонеток на ветвях участка ± 1. Допустимая скорость движения вагонеток через точки контроля, км/ч. 0-50 Длина линии связи, км 7 Исполнение: устройства формирования информации Рудничное кодовых устройств рейсовых сообщений Искробезопасное
Автоматизированная подсистема «Трудовые ресурсы» предназначена для автоматизированного контроля и учета работником, спускающихся в шахту, поднимающихся из нее и занятых на поверхности; для автоматизированного учета рабочего времени, количества выходов и неявок трудящихся; для автоматизированной подготовки данных по поддержанию трудовой дисциплины и использования трудовых ресурсов [76].
Математическая модель среды АСУ ГП
Современные среды АСУ ГП (далее среда) предоставляют пользователям широкий спектр услуг по передаче речи, данных, изображений и другой информации. Отдельный класс составляют услуги групповой доставки информации, когда один узел среды (источник) передает информацию большому числу пользователей, распределенных по узлам среды. Примерами таких услуг являются рассылка администрацией среды служебных сообщений штату сотрудников по электронной почте, внесение изменений в распределенные по среде базы данных, рассылка документов, трансляция конференций, видеоинформации и др.
Традиционные транспортные протоколы (например, протоколы TCP/IP) при установлении соединений используют принцип «точка-точка». Кроме того, они не поддерживают чувствительные к длительным задержкам мультимедийные приложения в режиме реального времени. Это привело к появлению в начале 1990-х годов специальных протоколов, предназначенных для доставки больших объемов информации по принципу «точка-много точек». Такие протоколы относятся к классу протоколов многоадресной передачи. Первые протоколы использовались туннельными маршрутизаторами и Unix-серверами в локальных сетях крупных организаций. Сегодня разработка новых и стандартизация большинства имеющихся протоколов позволяют использовать концепцию «точка-много точек» при передаче информации в АСУГП.
Применение принципа «точка-много точек» при установлении соединений позволяет более эффективно использовать ресурсы АСУ ГП. Действительно, при традиционных способах передачи информации для каждого пользователя устанавливается соединение «точка-точка» (в английском языке используется термин unicast). Это приводит к тому, что по общим для нескольких соединений звеньям среды АСУ ГП передается несколько копий одной и той же информации. В среде АСУ ГП пользователи совместно используют пропускную способность некоторых звеньев среды, поскольку дублирование информации на этих звеньях не происходит. Принципы установления соединений представлены на рисунке 2.1.
Различают статическое и динамическое состояние среды АСУ ГП. При статическом состоянии на первом этапе источник формирует группу пользователей, запросивших предоставление какой-либо услуги (например диспетчера служб или начальники участков). На втором этапе источник посылает информацию, соответствующую содержанию услуги, всем пользователям из этой группы. Примером может служить рассылка документа группе пользователей, подписавшихся на постоянное получение обновленных версий этого документа. Рассылка инициируется источником (т.н. push-технология) при появлении в источнике очередной обновленной версии запрашиваемого документа. С момента начала рассылки информации происходит формирование очередной группы АСУ ГП. Все пользователи, приславшие запрос на предоставление данной услуги после начала рассылки источником текущей версии документа, войдут в следующую группу АСУ ГП.
При динамической АСУ ГП источник начинает передачу информации, соответствующей содержанию услуги, по запросу пользователя. Момент окончания предоставления услуги также определяется пользователем.
Пропускные способности звеньев среды АСУ ГП ограничены, поэтому при установлении соединения могут возникать блокировки, если хотя бы на одном из звеньев этого соединения нет достаточной ширины полосы пропускания (ШПП) для передачи информации по запросу пользователя. Для анализа блокировок различного типа разрабатываются математические модели, отличающиеся друг от друга как подходами к построению модели, так и целями анализа вероятностно-временных характеристик. При анализе статического состояния среды АСУ ГП можно воспользоваться результатами, полученными для моделей многопотоковых СМО с разделением ресурсов [1-3], для которых уже разработаны эффективнее вычислительные алгоритмы. Анализ функционирования динамического состояния среды АСУ ГП также относится к классу задач анализа систем с разделением ресурсов в мультисервисных сетях, однако, в этом случае известные для СМО с потерями результаты невозможно применять напрямую. Кроме того, в рамках этой проблемы необходимо решить задачу численного анализа, осуществление которого ввиду комбинаторного характера пространства состояний системы и его большой размерности невозможно без разработки специальных вычислительных алгоритмов. В настоящее время известно ограниченное число работ [13,72,73], посвященных анализу ВВХ динамического состояние сетей передачи данных.
Для описания процесса функционирования среды АСУ ГП вводится понятие логического пути, определяемого тройкой пользователь, источник, уровень качества сигнала. Поведение пользователя среды АСУ ГП описывается МП с двумя состояниями. Для этой среды получены выражения для вероятностей блокировок запросов пользователей на получение сообщения с заданным качеством.
Если представить среду АСУ ГП как сеть с одним источником и неограниченным числом пользователей. Источник предоставляет пользователям набор сообщений. Пользователи начинают и заканчивают просмотр сообщений независимо друг от друга. Поток запросов пользователей на просмотр сообщений - пуассоновский. В этом случае в среде АСУ ГП ограничена емкость лишь одного звена, а остальные звенья имеют неограниченную ШПП. В [57] рассмотрен общий случай сети с одним источником, все звенья которой имеют конечную ШПП. С помощью метода просеянной нагрузки получены приближенные формулы для вычисления вероятности блокировки запроса.
В [58] рассмотрена модель сети с одним источником. Предложено пять моделей, соответствующих поведению различных групп пользователей. Рассмотрены как случаи конечного числа пользователей в группе, так и случай неограниченной группы пользователей. Получен точный алгоритм расчета вероятности блокировки запроса пользователя, заключающийся в переборе состояний сети. По мнению авторов алгоритм является достаточно трудоемким и плохо применим к расчету сети большой размерности.
Механизмы управления потоком данных
Чтобы защитить внутренние механизмы среды АСУ ГП от перегрузок и удержать характеристики передачи в желаемых пределах при доступе сообщений в транспортную компоненту АСУ ГП, организуется управление потоком данных. При этом в используемом для этого протоколе TCP/IP применяется механизм «скользящего окна», когда не все поступающие в транспортную компоненту сообщения сразу отправляются на передачу; одна транспортная станция может одновременно вести передачу ограниченного числа сообщений (количество сообщений - размер «окна»), остальные поступившие сообщения ожидают передачи в очереди к «окну». При установлении соединения счетчики последовательностей сегментов у отправителя и получателя устанавливаются в одинаковые состояния. Получатель, приняв несколько подряд следующих сегментов, в ответном сообщении-квитанции передает отправителю номер следующего байта данных, который он намерен принять (номер последнего байта, в последнем корректно принятом сегменте, плюс единица).
Управление квитированием методом "скользящего окна" предоставляет возможность управления потоком в целях повышения качества приема пакетов в среде АСУ ГП. Изменяя размер окна для множества источников информации, можно не только эффективно управлять перегрузками на отдельных участках сети, но и манипулировать числом сегментов в ней.
Модуль TCP/IP может использовать алгоритм "медленного старта", формируя при установлении соединения окно перегрузки, размер которого изначально равен размеру одного сегмента. Это окно показывает, сколько сегментов TCP-модуль, с его собственной точки зрения, может отправить без получения подтверждения. Скользящее же окно, рассмотренное выше, показывает, какой объем неподтвержденных данных модулю разрешено отправить с точки зрения удаленного модуля, получателя его данных. После прихода подтверждения от получателя окно перегрузки увеличивается на 1 сегмент, и отправитель может выслать уже два сегмента, не дожидаясь подтверждения. Такой подход позволяет постепенно увеличивать нагрузку на сеть. Если окно перегрузки становится больше скользящего окна, объявляемого получателем, ограничение на передачу неподтвержденных данных устанавливает уже скользящее окно получателя (рисунке 3.1)
Основная задача оптимизации заключается в изменении таких параметров протокола, которые не требуют внесения модификаций в аппаратную часть. Среди таких параметров тайм-ауты на передающей и принимающей стороне, максимальное число повторных попыток передачи, размер ограничивающего окна. Критерием оптимизации может служить среднее время доставки сообщений или удовлетворение требованиям на вероятность доставки. Таким образом, одна из задач оптимизации заключается в нахождении таких значений размера окна и величины тайм-аутов, при которых среднее время доставки сообщений является наименьшим. Однако центральная проблема стека протоколов TCP/IP заключается в их низкой надежности, вызванной появлением логических ошибок. Поэтому основной задачей оптимизации становится такое преобразование протокола, которое ведет к увеличению вероятности доставки сообщения.
При всех преимуществах протокола TCP/IP, он имеет следующие существенные недостатки:
1. Применяемый в TCP/IP метод AIMD предписывает постоянное линейное увеличение нагрузки на среду АСУ ГП с целью определения момента начала перегрузки. Вследствие этого среда постоянно находится либо в состоянии перегрузки, либо в состоянии выхода из нее. Это отрицательно сказывается на соединениях в виде увеличенного среднего RTT {Round trip time - время двойного прохода, т.е. промежуток времени от отправки пакета, до получения квитанции, подтверждающей прием), большой дисперсии измеряемых значений RTT, постоянном наличии потерь, с помощью которых сеть сигнализирует о начале перегрузки.
Содержательная постановка задачи моделирования информационного обмена
Для исследования механизма управления потоком данных в режиме восстановления после сбоев и решения задачи оптимизации конструктивных и системных параметров была разработана имитационная модель транспортной среды АСУ ГП, важным условием которой является умение рассчитывать характеристики АСУ ГП при фиксированных значениях параметров транспортного протокола.
В данном разделе рассмотрены различные аспекты моделирования процессов информационного обмена для АСУ ГП. Взаимодействие объектов, расположенных на одном и том же уровне, протоколов одного уровня соседних уровней происходит за счет предоставления сервисов с нижнего уровня -верхнему.
На каждом уровне сети передачи данных в АСУ ГП может работать один или несколько независимых друг от друга протоколов. В настоящем исследовании рассмотрено несколько случаев процессов информационного обмена.
Четвертым уровнем является транспортный уровень. Он использует сетевой сервис и предоставляет свой сервис объектам сеансового уровня. Основной задачей транспортного уровня является обеспечение эффективных и надежных форм передачи информации между любой парой систем, в которых расположены взаимодействующие прикладные процессы. Этот уровень гарантирует доставку блоков информации адресатам и управляет этой доставкой. Следует подчеркнуть, что транспортный уровень необходим именно для обеспечения процедур удаленного информационного обмена, обеспечивая действительно надежную «сквозную» связь на уровне абонент-абонент.
Транспортный уровень призван компенсировать издержки в передаче пакетов, которые могут иметь место на сетевом уровне (потеря пакетов, их искажение, слишком длительные задержки, изменение порядка следования и т.п.). Отметим основные функции протоколов транспортного уровня: установление и разъединение транспортных соединений; управление передачей сообщений и обеспечение их целостности; обнаружение ошибок, их частичное исправление, уведомление о неисправленных ошибках; квитирование доставленных фрагментов сообщений; повторы не доставленных пакетов; разбивка сообщений на отдельные блоки данных либо, наоборот, их группировка; обеспечение передачи сообщений с разной категории срочности; восстановления передачи при отказах и неисправностях.
Важной функцией транспортного протокола является управление потоком. Обычно для ограничения нагрузки используется механизм окна. Под окном понимается число сообщений, которое может одновременно передаваться через коммуникационную сеть. После получения подтверждения от адресата сообщение освобождает место в окне.
Стандарты ISO в зависимости от предоставляемых видов сервиса определяет пять классов процедур, выполняемых транспортным протоколом. Классы характеризуются также параметрами качества сервиса, к которым относятся пропускная способность, время передачи, задержки в передаче соседних сообщений, допустимая частота ошибок, допустимые потери и др. 1) верификация и тестирование транспортных протоколов на основе их формальных спецификаций и имитационных методов; 2) выбор и оптимизация конструктивных параметров транспортных станций; 3) выбор и оптимизация системных параметров транспортных протоколов.
К протоколу предъявляется ряд требований. Он должен обладать необходимой полнотой, непротиворечив (исключаются ситуации, когда требуется выполнение действий, противоречащих друг другу, а также тупиковые ситуации). Требование живучести связано с необходимостью осуществления передачи информации даже при возникновении помех в работе. В проверке этих и некоторых других требований и заключается задача верификации и тестирования. Среди работ, посвященных данному вопросу, следует отметить [17,27,33,69].
Вторая задача связана с определением производительности и размеров буферов транспортных станций. Объем оперативной памяти, отводимый под хранение сообщений, ограничен, что может приводить к потерям сообщений при определенных значениях интенсивности трафика. Доля сообщений, не принятых транспортной станцией, является важным показателем качества функционирования среды АСУ ГП. Минимизация указанных потерь может достигаться за счет увеличения размеров буфера, исходя из вероятности потери сообщения или, что более реально, не превышения вероятностью потери заданного порогового уровня [28,68,82].
Третья задача заключается в оптимизации параметров протокола, которые можно менять и настраивать, не требуя внесения изменений в аппаратную часть. Среди таких параметров тайм-ауты на передающей и принимающей стороне, максимальное число повторных попыток передачи, размер ограничивающего окна. Критерием оптимизации может служить среднее время доставки сообщений, удовлетворение требованиям на вероятность доставки, обеспечение требований на величину задержки, требования по доставке сообщений разной категории срочности и др. Этой теме также посвящено много работ, среди них [1,16,82].
При решении задачи оптимизации конструктивных и системных параметров важным условием является умение рассчитывать характеристики системы при фиксированных значениях параметров протокола.
Похожие диссертации на Управление процессами информационного обмена в АСУ на примере горного предприятия
