Введение к работе
Актуальность проблемы.Одним из основных направлений ускорения научно-технического прогресса является создание и внедрение в производство распределенных систем управления технологическими процессами (РСУТП).
Широкое применение и развитие таких систем стало возможным благодаря использованию последних достижений в области микроэлектроники и вычислительной техники.
Основой распределенной системы является информационная передающая среда. Одним из гибких и универсальных способов создания такой среды является использование локальных вычислительных сетей (ЛВС), где абонентами (станциями) являются компьютеры, управляющие производственным оборудованием. Многоуровневость и распределенная управляющая структура,высокая сложность используемых аппаратно-программных средств, необходимость оперативной реакции системы управления на изменяющиеся условия работы требуют эффективной организации взаимодействия между абонентами ЛВС. При этом требуемые функциональные.характеристики ЛВС определяются как аппаратным так, и программным обеспечением каждого сетевого компонента. Поэтому анализ состава и вззимодействия сетевых элементов приобретает при построении РСУТП особое значение. Важная роль в обеспечении эффективного взаимодействия абонентов в сети отводится аппаратуре сопряжения абонентов с ЛВС. Одним из способов такого сопряжения является использование сетевых станций-коммутаторов. Особое внимание специалистов в области создания и эксплуатации РСУТП к сетевым средствам объясняется их непосредственным влиянием на надежность информационной передающей среды, эффективность использования аппаратно-программных сетевых средств и в конечном итоге определяет возможность построения РСУТП. Несмотря на большое число работ, связанных с разработкой методов применения ЛВС в РСУТП,решены только отдельные задачи для некоторых типов систем, исследования выполнены на разных уровнях детализации, отсутствует единый подход при создании моделей сложных вычислительных систем. Все это усложняет анализ ЛВС и не позволяет получить сопоставление результата для систем различных типов. В связи с этим задача развития и совершенствования методики расчета ЛВС в РСУТП является актуальной и имеет важное практическое значение.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка методов анализа основных характеристик специализированной локальной вычислительной сети производственного назначения. К особенностям
'предлагаемой методики относь.ся ограничения связанные с областыо > применения используемых аппаратно-программных средств сопряжения.
Достижение поставленной цели іредполагает решение следующих зади
- формализация задачи выбора локальной і ^числительной сети про-
изводпгвенного назначения;
- Разработка и теоретическое обоснование способов построения ана
литических моделей ЛВС ьа основе принципов иерархической и
функциональной декомпозиции модели;
- разработка эбобще.шой аналитической модели ЛВС;
разработка и обоснование способов построения имитационных моделей ЛВС на основе обоб ценной модели;
разработ<а программного обеспечения для оценки основных характеристик ЛВС;
форм'/лировка требований к информационной передающей среде для построения РСУТП.
Садэчн исследования. Основными задачами, решаемыми в диссертации являются:
- анализ основных характеристик и параметров отечественных и зарубехшых
локальных вычислительных производственных сетей;
разработка имитационных моделей для анализа основных илеменгов и структуры ЛВС со станциями коммутаторлми.а также расчет характеристик и ларам jTpob средс-в сопряжения;
- созданю пакета прикладных программных средств для обработки имитаци
онных моделей ЛВС на персональных ЭВМ.
Методы исследования. Решение основных задач, решаемых в диссертации основано на использовании математического аппарата теории ве-роят юстей, теории массового обслуживания, теории агре'атов и регенеративном подходо к моделированию сложных систем. Крог.'в этого, широко используются средства имитационного моделирования вычислительных систем и также современные методы создания прикладных программных средств.
Научная новизна состоит в;
- выборе ь-івого объекта исследования: функционально ориентированные иерархические распределенные микропроцессорные системы управления спецтехнологическим » контрольно-испытательныи оборудованием,реализованной в виде локальной вычислительной сети;
постановке и решении задач структурного синтеза рэдоре^елеммых
иерархических сетевых структур с учетом параметров средств сопря
жения и ограничений,связанных с особенностям* примеремля систе
мы и кспсльзуемых технических средств;
разработке методики сопряжения моделей отдельных* объектов
в иерархической системе моделирования;
разработке способов построения имитационных моделей различной
сложности и точности на основе обобщенной модели сетевого взаи
модействия элементов РСУТП;
-разработке алгоритмов имитационного моделирования ЛВС f роравод ственного назначения для анализа процессов внутри рассматриваемой
сети и оценки алгоритмов преобразования передаваемого сообщения '
при межсетевом взауімодействил.
- в процессе выполнения рсЗоты были созданы:
- интегрированный пакет прикладных программ для анализа ие
рархических сетевых структур заданной конфигурации методом
имитационного моделирования с регенерацией и повторными
экспериментами;
- многозадачная операционная система реального времени, ори
ентированная на использование в сетевых узлах коммутации
пакетов;
Практическая ценность и реализация результатов раюты. Результаты проведенных научных исследование и разработок были использованы при создании пакета прикладных профамм, позволяющего проводить расчет основных характеристик ЛВС. Программный комплзке реализован в виде ин-тефированной моделирующей среды, функционирующей под управлением операционной.системы MS-DOS 3.30 и выше и предназначен для выполнения на персональных компьютерах типа IBM PC/XT/AT и совместимых с ними моделях.
Использование на практике профам.иного комплекса позволило: .- определить состав и структуру сетевых агпаратно - программных средств для автоматизированной системы управления гибким производственным участком механообработки;
- оценить оффективность использования протокола сетевого взаимо
действия в рамках заданной РСУТП;
- оцени.ъ производительность цехового управляющего комплекса
механообработки;
- определить основные параметры технологического участка.
Научные и практические результаты диссертационной работы внед
рены ьа машиносгооительных предприятиях г.'.Иосквы и использованы при
анализе распределенных управляющих структур на этих предприятиях. Практическое использование этих результатов подтверждено актами о внедрении.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсужданись на Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные средства локальной автоматики" (Гродно,1989),Шестой всесоюзной конференции "Вычислительные сети коммутации пакетов (КОМПАК-89)" (Юрмала, 1989), Всесоюзном научно-техническом совещании-семинаре "Микропроцессорные системы управления технологическими процессами в ГПС" (Одесса, 1990), семинарах журнала "Микропроцессорные средства и системы" в 1987 - 1989 годах, посвященных аппаратно программной реализации многомпшинных комплексов и локалы-ых вычислительных сетей.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ. Результату диссертации вошли в три отчета об ОКР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 120 наименований и приложсния.Осноеной текст диссертации занимает 150 страниц машинописного текста, включает 20 рисунков и 20 таблиц.