Содержание к диссертации
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, АББРЕВИАТУР И ТЕРМИНОВ 4
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ J5
ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ РАБОТЫ И ЬАЗОВЫГ. СТАНДАРТЫ --
Построение ИУС паосновеіР-сетейи Интернет 20
Математические модели описания сетевых систем 22
Современные технологии сжатия изображений 26
Задача повыми-ния надежности функционирования 33
Выводы к Главе 36
2 ВЫБОР ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ IP-ПЛАТФОРМ 37
2.1 Принципы построения ІР-платформ и структурно-функциональное
проектирование --
2.1.1 Логическое проектирование протоколов информационного
взаимодействия компонентов РИУС па основе ІР-сетей 40
Выбор протокола транспортного уровня 42
Выбор надтранспортного протокола 43
Задача выбора режима обмена информацией 44
Синтез структуры пакета протокола иадтранспортного уровня ...45
Тестовые эксперименты 48
2.2 Надежность функционирования ІР-РИУС 53
Общие вопросы надежности 54
Надежность программного обеспечения компонентов 1Р-РИУС 55
Фазы работы ИУС и выполнения программы ...57
Проблема автотестирования 58
Тестирование компонентов II'-РИУС реачьного времени 59
Практические методы повышения надежности ...60
2.3 Защита информации как составляющая задачи оьесі іечения і іадежі іосі'И
[Р-ГРИУС 63
2.4 Выводы к Главк 64
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ IP-СЕТЕЙ КАК КОММУНИКАЦИОННОЙ
СРЕДЫ ДЛЯ РИУС 65
3.1 Экспериментальные исследования с использованием компонентов ІР-
платформы --
3.1.1 Эксперименты по передаче информации различной природы через ІР-
сети между компонентами IP-платформы —
Передача ко манд управления и цифрового сигнала с датчиков через локальную ІР-ееп. 66
І Іередача команд а цифровою сигнала с да! чиков через есть Интернет 67
Передача аудио-потока через локальную ІР-сеїь 71
і Іередача аудмо-іштока через ееіь Интернет 73
Передача сжатого видеопотока через локальную [Р-сеть (схема [Р-камсра- ПК) 76
3.1.1.ft [Іередача сжатого нидеопотока через локальную ІР-сеїь (схема ГР-гамера- IP-монитор) 70
Передача ежаі оі о видеоиотока через ееті, IP-WAN с использованием телефонной сети общего пользонания 82
Передача сжатого видеопотока через сеть IP-WAN {вырожденная последняя миля) 84
3.1.1.9 Серия экспериментов с модельной ІР-1'ИУС и сетевой среле чина IP-WAN 86
3.1.2 Обобщенные результаты экспериментов и выводы 91
Особенности трафика я 1Р-ИУС --
І Іримепение протоколов транспортного уровня 92
Особенности информационного обмена в командном канале УЗ
Особенности передачи данных в канале мониторинга 94
Условия возможности реализации ІР-РИУС с обратной связью ло видеоканалу 95
['сжимы обмена информацией 96
3.2 ЭКС! 1ЕРИМЕ11ТАЛЫ ЮГ ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКРЫТОЙ СЕТИ IP-WAN КАК
КОММУНИКАЦИОННОЙ СРЕДЫ ДЛЯ РИУС 97
Обзор экспериментальных исследований ІР-сред 98
Описание проведенных экспериментов 104
3.1.1.1 Методика проведения экспериментов 105
3.1.3 Описание и обработка полученных результатов ПО
3.1.1.1 Результаты исследований зависимости исследуемых параметров от суточного
и недельного циклов 111
3.1 Л .2 Результаты исследований зависимойи исследуемых параметров от эпизодических
глобальных пиковых нагрузок 114
3.1.1.3 Обработка и обобщенный анализ результатов исследований 115
3.2 Выводы к Главе 121
4 ОПИСАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ РЕАЛИЗАЦИЙ, ОСНОВАННЫХ НА РЕЗУЛЬТАТАХ
РАБОТЫ 124
IP-ВИДЕОКАМЕРА И ІР-ВИДЕОМОНИТОР --
IP-УСТРОЙСТВО СЬОІ'А ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ 131
Стендовая база для вы бої1 а архитектуры и отладки компонентов систем
УПРАВЛЕНИЯ РОБОТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ 132
4.1.1 Стенд для исследования тяговых характеристик двигателя внутреннего
сгорания 135
4.4 Использование IP-видеокамер для контроля над состоянием
сельхозкультур 139
Оборудование для телеконференций 143
Система удалі-ш юго видеомониторинга, управления и анализа
состояния воздушной среды 145
4.7 Учебно-лабораторный контроллер смарт-карт 147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 151
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 153
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 158
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 178
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, АББРЕВИАТУР И ТЕРМИНОВ
АСУ - Автоматическая Система Управления.
АЦП - Аналого-Цифровой Преобразователь,
Вейвлет -- обобщенное название особых функций, имеющих вид коротких волновых пакетов с нулевым интегральным значением, локализованных по оси независимой переменной (t или х) и способных к сдвигу по ней и масштаб ироваї щю.
Вейвлет-прсобразование - разложение произвольного входного сигнала на базис, представляющий собой совокупность волновых пакетов - вейвлетов.
ГРИУС - Глобально Распределенная Информационно-Управляющая Система.
Интернет самая большая всемирная сеть, представляющая собой множество связанных специальным образом подсетей. Сеть с открытым доступом. Работа Интернета основана на стеке протоколов TCP/IP.
ИТ - Информационные Технологии.
ИУС - Информационно-Управляющая Система.
Крэкер - взломщик (от англ. crack - взламывать). Субъект, пытающийся получить доступ к компьютерной системе, часто с преступными намерениями.
НЧ - Низкая Частота.
ОСРВ - Операционная Система Реального Времени.
ПК - Персональный Компьютер.
Провайдер (Service Provider) - провайдер Интернет, поставщик сетевых услуг. Организация, которая обеспечивает соединение по TCP/IP с инфраструктурой сети Интернет для своих клиентов.
РИУС — Распределенная Информационно-Управляющая Система.
ЦАП - Цифро-Аналоге вый Преобразователь.
ЭВМ - Электронная Вычислительная Машина.
ACF - Auto Correlation Function - автокорреляционная функция.
ARP - Address Resolution Protocol - протокол разрешения адресов. 1 Іротокол динамического определения физического адреса узла по заданному ІР-адресу.
ARPANET - Advanced Research Projects Agency (ARPA) Network - первая в мире сеть с коммутацией пакетов, многие годы использовавшаяся как магистраль Интернета.
BCAug89 - база экспериментальных данных, накопленная в августе 1989 года фирмой BcllCorc и содержащая информацию о времени прибытия и размере одного миллиона пакетов в сети Ethernet (LAN) в течение 3000 сек рабочего дня.
B1TNET - Because It's Time NETwork - один из существовавших ранее сервисов
Интернет. В настоящее время не используется.
CAN - Controller Area Network - Сеть контроллеров. Вычислительная сеть, состоящая из одной подсети и обслуживающая область в несколько квадратных метров.
CCIR - International Consultative Committee on Broadcasting - международный консультативный комитет по вещанию.
ССГТТ - Consultative Committee For International Telegraphy and Telephony -Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии. Старое название организации (сейчас - ITU-T), созданной для упрощения объединения средств обслуживания коммуникаций в международные сети.
DWT - Discrete Wavelet Transform — Дискретное вейвлст-преобразование.
Email — Electronic mail - Электронная почта. Один из активно использующихся в настоящее время сервисов Интернет.
Ethernet - технология организации локальных сетей со случайным доступом с обнаружением коллизий и обнаружением несущей (CSMA/CD), разработанная в 1980 г. компаниями DEC, Intel и Xerox. Позже был утвержден стандарт IEEE 802.3, описывающий несколько измененную версию Ethernet со скоростью
передачи данных до 10 Мбит/сек.
FDDI — Fiber Distributed Data Interface — Волоконно-оптический интерфейс
распределенных данных. Стандарт для высокоскоростной передачи данных по двойному волоконно-оптическому кольцу.
FTP - File Transfer Protocol - Протокол пересылки файлов. Протокол TCP/IP, позволяющий пользователям копировать файлы между узлами и выполнять файловые операции, например, переименование или удаление файлов.
HTTP - Hyper Text Transfer Protocol - Протокол пересылки гипертекста. Используется для доступа к информационным ресурсам (веб-страницам) Интернет.
IP - Internet Protocol - Протокол Интернета. Протокол уровня 3 (сетевой) стека протоколов TCP/IP, ответственный за транспортировку датаграмм через IP-сеть.
IP-LAN - IP-сеть класса LAN.
IP-MAN - IP-сеть класса MAN.
IP-WAN - IP-сеть класса WAN.
ІР-ссть - вычислительная сеть, использующая па сетевом и транспортном уровнях протоколы стека TCP/IP. При этом с читає гея, что способ передачи информации на физическом и канальном уровнях, а также масштаб сети. значения не имеют.
IP-видеокамера - автономное устройство встраиваемого класса, функционирующее как узел IP-сети и предназначенное для передачи видеоинформации удаленному узлу той же ІР-сети.
ІР-видеомонитор - автономное устройство встраиваемого класса, функционирующее как узел ІР-сети и предназначенное для приема видеоинформации от удаленного узла той же ІР-сети и ее воспроизведения.
IP-контроллер - автономное устройство встраиваемого класса. функционирующее как узел ІР-сети и предназначенное для удаленного управления объектами и сбора телеметрической информации.
ІР-устройство - автономное устройство встраиваемого класса, функционирующее как узел ІР-сети для выполнения каких-либо задач.
IP-система — совокупность распределенных взаимодействующих между собой IP-устройств, а также специального программного обеспечения, через коммуникационную среду ІР-сети.
ІР-РИУС - распределенная информационно-управляющая система на основе ІР-сети, используемой в качестве коммуникационной среды.
ІР-ГРИУС - распределенная информационно-управляющая система на основе ІР-сети класса IP-WAN, используемой в качестве коммуникационной среды.
1СМР - Internet Control Message Protocol - Протокол управляющих сообщений Интернета. Необходим для реализации IP. ICMP определяет сообщения об ошибках, которые будут отправлены при отбрасывании датаграммы или при обнаружении системной перезагрузки. Кроме того, ICMP обеспечивает
несколько служб запросов для определения доступности удаленного узла и свойств коммуникационного канала до него.
IEEE - The Institute of Electrical and Electronic Engineers - Институт инженеров по электротехнике и электронике.
ISO - International Organization for Standardization - Международная организация стандартизации. Учреждение для развития мировой торговли и совместных исследований в науке и технике.
JPEG — Joinl Photographic Experts Group - Объединенная группа экспертов по обработке фотографических изображений. Одноименное название получил стандарт сжатия статических изображений, основанный на дискретно-косинусном преобразовании, разработанный этой трупной.
JPEG2000 - стандарт сжатия статических изображений, основанный на дискретом вейвлег-преобразовании. Разработан в 2000 компанией Digital Imaging Group при участии Agfa, Eastman Kodak, Hewlett Packard и др. Опубликован в качестве стандарта ISO 15444.
LAN - Local Area Network - Локальная сеть. Вычислительная сеть, предназначенная для обслуживания области в несколько квадратных километров (или менее) и состоящая из одной подсети.
LRD - Ixmg Range Dependence - зависимость на большом интервале.
MAN - Metropolian Area Network - Городская сеть. Вычислительная сеть, предназначенная для обслуживания области, охватывающей крупный город или значительную площадь.
NASA - National Air Space Agency - Национальное аэрокосмическое агентство (США).
NNTP - Network News Transfer Protocol - Протокол пересылки сетевых новостей.
NSF - National Science Foundation - Национальный научный фонд (США).
NTSC - National Television System Committee - стандарт кодирования
видеосигнала цветного видеоизображения. Характеризуется разрешением в 525 строк и частотой вертикальной развертки 60 Гц. Распространен в Японии и США.
OSI - Open Systems Interconnection - Взаимодействие открытых систем. Набор стандартов ISO по коммуникации данных.
PAL - Phase Alternating Lines - стандарт кодирования видеосигнала цветного видеоизображения. Характеризуется разрешением в 625 строк и частотой
вертикалыюй развертки 50 Гц. Распространен в странах Ввроиы (кроме Франции и России).
PAN - Peripheral Area Network - Сеть периферии. Вычислительная сеть, состоящая из одной подсети и обслуживающая область в несколько десятков или сотен квадратных метров.
PS theory - Packet Switching theory — Теория коммутации пакетов. Основа теории заложена в работе Леонарда Клейнрока (Leonard Kleinrock) «Информационный поток в больших коммуникационных сетях» («Information Flow in Large Communicalion Nets»), датируемой 31 мая 1961 года.
QNX - распространенная операционная система реального времени для встраиваемых информационно-управляющих систем.
QoS - Quality of Service - Качество обслуживания. Термин, использующийся при
необходимости охарактеризовать какой-либо коммуникационный канал по
уровню соответствия требованиям по передаче определенного вида
информации (массив данных, телеметрическая информация,
видеоизображение, звуковой поток и т.д.)
RFC - Request For Comments - Запрос за комментариями. Документ, описывающий протокол Интернета или связанные с ним сведения.
SMTP - Simple Mail Transfer Protocol - Простой протокол пересылки почты. Протокол для обмена почтой между узлами. Протокол- над стройка над TCP/IP.
SNMP - Simple Network Management Protocol - Простой протокол управления сетью. Протокол, обеспечивающий станциям управления сети мониторинг сетевых устройств и получение от них сообщений о прерываниях.
TCP - Transfer Control Protocol - Протокол управления пересылкой. Обеспечивает достоверную, ориентированную па создание соединений передачу данных между двумя приложениями двух узлов сети.
TCP/IP - стек протоколов IP-сетей, в том числе, Интернет. Охватывает стандарты третьего (сетевой) и четвертого (транспортный) уровней семиуровневой модели взаимодействия открытых систем.
UDP - User Datagram Protocol - Протокол пользовательских датаграмм. Просгой протокол, позволяющий приложению одного узла сети послать отдельное сообщение другому приложению другого узла. Соединение не устанавливается, целостность информации после доставки не гарантируется.
WAN - World Area Network - Всемирная сеть. Сеть мирового масшгаба, доступ к которой возможен в любой населенной точке земного шара.
Введение к работе
Бурное развитие компьютерных технологий ведет к непрерывному увеличению отношения производительность/цена для микропроцессоров, применяемых в информационно-управляющих системах. Количественно это утверждение описывается эмпирическим законом Мура, постулирующем двукратное увеличение числа транзисторов на кристалле каждые полтора года. Практическим следствием этого закона стало непрерывное увеличением производительности и функциональных возможностей микропроцессорных систем с одновременным уменьшением их стоимости в целом и коммуникационной компоненты, в частности.
В свою очередь это привело к интенсивному развитию встраиваемых систем программного управления самого разнообразного применения.
С другой стороны развитие информационных потребностей общества привело к развитию сетевых технологий, открытых для свободного использования. Сіремительное увеличение количества пользователей таких сетей требует соответствующего увеличения пропускной способности каналов передачи информации. Так называемый закон фотона гласит, что каждые 10 месяцев полоса пропускания волоконно-оптических каналов удваивается, увеличивая, таким образом, потенциальную скорость передачи.
Главная тенденция развития информационных технологий (ИТ) последние несколько лет — конвергенция, т.е. объединение вычислительных и коммуникационных технологий в одном устройстве. Свидетельством этому является взрывообразный характер распространения распределенных систем управления разного масштаба: от внутриплатных до глобальных информационно-управляющих систем самого разнообразного применения.
Сеть Интернет в сравнении с другими средствами коммуникации является на сегодняшний день самой быстрорастущей, опережающей по темпам развития прочие среды более чем на порядок. Па сегодняшний день можно констатировать, что глобальная сеть Интернет являлась и до сих нор является наиболее быстрорастущей коммуникационной средой, созданной человеком (рис. В.1).
В таблице В.1 приведены данные, напрямую или косвенно характеризующие размер сети Интернет в 2002 году.
Табл. В. I
Состояние Интернет на начало 2002 г
Еще один закон развития ИТ, закон Меткалфа, гласит: ценность сети пропорциональна квадрату числа ее узлов. Из этого следует, что на сегодняшний день, Интернет является беспрецедентной по своей ценности сетевой средой.
160,000,000 140,000,000 120,000,000 -100,000,000 -60,000,000 -60,000,000 40,000,000 20,000,000
0 fiifiinifiifi itiifi\Ьifi\Ьifiitіlt\in
r^lt— t— Г^ІГ-чіСЧПпг,—1
'і и і n і i7i і n in in in і мши и 11 n і и мі і и і mi in._.
щЛ- ^- ^ tfl ІП CO U3 I— I— ^ Ю ш СП O) Ol
СТЇ m m m m
llllllli
ч- CN CD CD CD CD CD
» 5 О I = « Q 2 u S < -з
- M IN
oi en m сл
О І = =
S < -з -}
СЧ СП CO ч
игооїитоіоіоі
о 9- Eu m .2 ш то
CO u. ^ Q S
ііоіа]о)оіоіо)о)шша)ао
±- lL j_ I I ' l» I I I I J .1.
^m и с с: > 7=, о. _q ^=: <->2^T1
О X < -э
* CD
О О]
Рис. 5./. Интенсивность роста количества узлов сети Интернет
Благодаря использованию разнообразных физических интерфейсов -проводных, оптических и радиочастотных - доступ к Интернет в настоящее время может быть осуществлен практически из любой точки земного шара (рис. В.2). Можно констатировать, что достигнутый к современному моменту уровень развития делает возможным и экономически выгодным переход от чисто информационных функций, которые выполняет в настоящее время Интернет, к его использованию в качестве коммуникационной среды для глобально распределенных информационно-управляющих систем (ГРИУС).
Передача информации в подобного рода системах управления между
I Internet
Ш Bitnel D Llfeil a No Connectivity
Рис. B.2. Области доступа ко всем сервисам Интернет, к сервису Bitnet, к сервисам электронной почты и области вообще не обеспеченные по данным на 1998
компонентами осуществляется посредством стека Интернет-протоколов, что привело к понятию IP-сетей (IP - Internet Protocol). За счет своей универсальности ІР-сети начинают вес шире использоваться и в локальных информационно-управляющих сетях, где раньше использовались специализированные сети, такие как VMRbus, PROFIbus, Futurabus [1], [2], [3] и т.п. Устройства со встроенными сетевым интерфейсом, реализующем частично или в полном объеме стек протоколов Интернет, независимо от того, где они используются (в локальных сетях управления или в глобальных) представляется целесообразным выделить в отдельный класс ІР-устройств.
Следует' отметить также, что на практике для оконечных устройств подобного класса систем управления часто употребляют понятие «встроенный Интернет» («Embedded Internet») [4].
Характерным примером проникновения Интернет-протоколов на все уровни иерархии распределенных систем управления может служить операционная система реального времени (ОСРВ) Neutrino, которая является приемником одной из наиболее распространенных ОСРВ для встраиваемых применений QNX [4], (5]. Сетевой сервис в Neutrino на данный момент представлен только протоколом TCP/IP. Разработчики Neutrino хотели предоставить пользователям полный набор функциональных возможностей классического стека TCP/IP, но осознавали также потребности рынка встроенных систем, для которых классическая реализация слишком велика и содержит много ненужных элементов. В результате была создана специальная версия стека для встроенных систем - Micro TCP/IP, который занимает около 40КЬ, за счет введения ряда ограничений. Для тех, кому нужны все возможности TCP/IP, например динамическая маршрутизация, предоставляется другой вариант.
Другой очевидной тенденцией в настоящее время стало использование для видеообмена через Интернет так называемых Web-камер, работающих в качестве периферийных устройств персональных компьютеров. Возросшие технологические возможности, а также существенный прогресс в разработке методов сжатия видеоинформации па основе вейвлет-технологий создали предпосылки для разработки и начала широкого использования ІР-видеокамер. Принципиальное различие ГР-камер от Web-камер заключается в том. что IP-камеры имеют встроенный сетевой интерфейс и обеспечивают возможность двунаправленного обмена информацией.
В сочетании с другими ІР-устроЙствами: IP-устройствами управления, IP-устройствами ввода-вывода и т.п. IP-видеокамеры обеспечивают возможность создания ІР-ГРИУС нового поколения. Наиболее характерным свойством систем этого поколения является масштабируемость за счет универсальности используемых интерфейсов для сетей классов PAN-LAN-WAN, использование видеоконтроля за объектом управления и экономичность за счет использования Интернет в виде общедоступной универсальной коммуникационной среды.
С учетом тенденции трансконтинентального развития производств промышленных корпораций, а также в связи с обострившейся после трагедии 11 сентября 2001 года проблемой защиты от международного терроризма, в настоящее время идет интенсивное изучение возможностей применения IP-систем в таких областях как:
цифровая телефонная связь, организация аудио- и видеоконференций;
Etnsfl
и*ц-~__
охранные системы и системы удаленного видеонаблюдения; промышленные глобально распределенные информационно-управляющие системы;
разнообразные устройства бытового назначения;
IP- сети с мобильными узлами для применения на подвижных объектах. К наиболее существенным особенностям ІР-ГРИУС относятся:
106).
Использование открытого неуправляемого информационного канала, разработанного для чисто информационных применений.
Неопределенность в образовании реального канала передачи для конкретной транзакции (рис. В.З).
Значительную географическую распределенность узлов систем (до 55 000 км).
Потенциально чрезвычайно большое количество узлов (до 10
Необходимость экономичной реализации аппаратно-программного обеспечения.
Функционирование в необслуживаемом режиме в большинстве применений.
". ' ' .
"* .-' .
*$&
! , _ щ
'>':: І Щ
т*
Рис. В.З. Путь прохождения IP-пакетов из СПб до уїла в Сиэтле (США)
Экономическую привлекательность подобного рода систем по сравнению со специализированными ГРИУС (военными и банковскими) обеспечивает наличие независимо развиваемой и доступной среды передачи данных, каковым на сегодня представляется Интернет. Однако доступность и глобальные размеры системы в свою очередь порождают целый комплекс проблем системного характера.
В первую очередь, эти проблемы связаны с оценкой времени реакции таких систем управления, обеспечением надежности функционирования в условиях «естественной» неопределенности состояния каналов связи между узлами, определением возможности применения в конкретных областях и т.п. В силу этого исследование поведения Интернет-базированных ГРИУС, изучение базовых закономерностей, разработка принципов построения, теории и методов проектирования IP-систем является новой и чрезвычайно актуальной областью развития современной науки и техники.
Обеспечение перехода от глобально распределенных чисто информационных систем, каковым сегодня является Интернет, к ІР-ГРИУС (информационно-управляющим системам) представляет собой сложную задачу
и требует системного анализа этой предметной области. При этом в настоящее время речь идет о необходимости создания теоретических основ для проблемно-ориентированных информационно-управляющих систем нового поколения, обеспечивающих возможность визуального и иных видов контроля над объектами управления в планетарном масштабе.
Целью диссертационной работы являлось проведение системных исследований распределенных информационно-управляющих систем на базе IP-сетей для выработки подходов к построению аппаратно-программных платформ нового поколения, а также практических рекомендаций, необходимых для системной интеграции распределенных систем на основе IP-сетей с открытым доступом.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
Предложены и экспериментально проверены принципы построения универсальной программно-аппаратной платформы для организации экономичных распределенных информационно-управляющих систем различного назначения на основе ТР-сетей, обеспечивающих возможность телеметрического и визуальною контроля над объектом управления.
Предложена методика проведения экспериментальных исследований параметров функционирования сегментов открытой IP-сети масштаба WAN (Интернет) как коммуникационной среды для глобально распределенных информационно-управляющих систем. Создана программно-аппаратная база для проведения экспериментальных исследований в ІР-сстях различного масштаба.
В соответствии с предложенной методикой проведены экспериментальные исследования и накоплена уникальная база экспериментальных данных. Определены значения базовых параметров функционирования сети Интернет как коммуникационной среды для распределенных информационно-управляющих систем.
Предложены и экспериментально опробованы методы и практически значимые способы повышения надежности функционирования узлов распределенных систем встраиваемого класса на основе ІР-сетсй.
Общая проблематика выполненных исследований полностью согласуется с разделом 3.5 «Глобальные и интегрированные информационно-телекоммуникационные системы и сети», входящим в Перечень приоритетных направлений фундаментальных исследований, утвержденный постановлением Президиума РАН от 01.06.2003 г. №233.
Полученные в работе результаты, в частности, позволяют повысить эффективность систем видеомониторинга удаленных объектов и могут использоваться при построении интегрированных систем превентивной безопасности.
Для проведения диссертационного исследования в работе используются методы системного анализа, теории вероятностей, математической статистики, теории множеств и теории надежности, методы математической логики и общие методы современной теории передачи и обработки информации. Для проведения экспериментальных исследований, в том числе для проверки сделанных теоретических выводов, использовались экспериментальные и опытно-промышленные образцы ІР-устройств, разработанных в процессе работы над диссертацией.
В результате проведенного исследования получены следующие новые научные результаты:
Предложена методика для оценки базовых характеристик сегмента ІР-сети, используемого в качестве коммуникационной среды для распределенных информационно-управляющих систем, в долговременном масштабе.
Накоплена уникальная база экспериментальных данных но длительности передачи и вероятности потери пакетов в сегментах сети Интернет, открытая для дальнейшей обработки и анализа.
Предложена методика идентификации текущего состояния сетевой среды с помощью системного показателя пиковости, основанного на предложенном множестве базовых параметров и требованиях проектируемой системы к среде.
На основании анализа полученных результатов экспериментов предложен принцип организации логически асимметричных управляемых каналов информационного обмена между компонентами распределенных информационно-управляющих систем на основе ЇР-сетей.
Получены аналитические соотношения, позволяющие оценить целесообразность и условия применения видеоинформации в канале обратной связи с функцией удаленного управления параметрами передачи.
Сделаны выводы о возможности и условиях применения различных типов коммуникационных сред IP-сетей для ряда практически значимых встраиваемых применений.
Разработаны методы контроля функционирования и повышения надежности функционирования информационно-управляющих систем реального времени встраиваемого класса.
Нижеследующие результаты составили основные положения, выносимые на защиту:
Методика проведения экспериментальных исследований открытой ІР-сети масштаба WAN как коммуникационной среды для распределенных информационно-управляющих систем. Результаты обработки накопленной информационной базы экспериментальных исследований, проведенных в соответствии с предложенной методикой.
Принцип организации логически асимметричных управляемых коммуникационных каналов в распределенных информационно-управляющих системах на основе IP-сетей, заключающийся в применении канала управления для изменения параметров передачи информации обратной связи и использования различных режимов информационного обмена и протоколов транспортного уровня в каналах управления и мониторинга.
Методика идентификации текущего состояния сетевой среды с помощыо системного показателя пиковости, определяемого на основании предложенного множества базовых параметров и требованиях проектируемой распределенной информационно-управляющей системы.
Методы повышения надежности функционирования информационно-управляющих систем реального времени встраиваемого класса, основанные на использовании комплексною программно-аппаратного подхода к контролю хода реализации алгоритма управления: метод иерархического контроля внутри системы, аппаратно-программный метод контроля процессограммы, метод автокоитроля целостности линии ввода/вывода.
