автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Оптимизация ресурсов и управление процессами информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин

На правах рукописи

003455047 Максаков Сергей Анатольевич

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕСУРСОВ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В СЕТЯХ АСУТП НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ ШИН

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0 5 ДЕК 2008

Орел 2008

003455047

Диссертация выполнена на кафедре «Проектирования и технологии радиоэлектронных и вычислительных систем» в Орловском государственном техническом университете (ОрелГТУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Еременко Владимир Тарасович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Константинов Игорь Сергеевич кандидат технических наук Лихачев Денис Валерьевич

Ведущая организация: Брянский государственный

технический университет, г. Брянск

Защита состоится « £0. 2008 г. в (С часов на заседании диссертационного совета Д212.182.01 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, РФ, г. Орел, Наугорское шоссе, Д. 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » У^У^с/ 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.182.01 л __

доктор технических наук, профессор Т&Ч ^ А. И. Суздальцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап развития промышленных сетей характеризуется повышением их функциональной насыщенности и направлен на построение единой информационной инфраструктуры промышленных предприятий. На пути резко возрастающих информационных потоков стоят технологические барьеры между различными уровнями автоматизации, возникшими в результате независимого развития автоматизированных систем управления предприятиями (АСУП) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

По оценкам экспертов, только сбор данных в реальном масштабе времени о различных аспектах производственных процессов приведет в ближайшие годы почти к тридцатикратному увеличению трафика в распределенных системах промышленного управления, причем значительно возрастут потоки информации между датчиками и программируемыми контроллерами.

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. Сложная задача здесь состоит в создании системы управления процессами информационного обмена.

Постоянный рост числа управляющих промышленных сетей и увеличение сложности устанавливаемых систем, требуют все более сложных инструментов диагностики сетей для получения высокого качества сервиса, предоставляемого этими сетями. Создание таких инструментов является актуальной задачей. Решением этой задачи может стать разработка программно-аппаратного комплекса оптимизации ресурсов сети, основой которого является анализатор протокола. Подобно тому, как отладчик контролирует выполнение программы в процессоре и помогает программисту на этапе проектирования, анализатор протокола отслеживает трафик в каналах связи и помогает системным интеграторам и администраторам сети обозревать, анализировать и диагностировать поведение сети.

В исследовании сеть АСУТП на основе полевых шин 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 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. Самуйлов, А. Д. Харкевич, М. А. Шнепс, Б. А. Севастьянов, А. А. Шапарев, А. А. Боровков), методов анализа многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры (Г. П. Башарин, П. П. Бочаров, Ю. В. Гайдамака, К. Е. Самуйлов).

В этих изданиях и специальных трудах имеются достаточные научные предпосылки для решения поставленной задачи. Между тем, до настоящего времени существующие подходы к решению задачи адаптации АСУТП к изменению параметров внешней среды носят, как правило, локальный по областям применений и разрозненный по методам характер.

Объект исследования - сети АСУТП на основе полевых шин с переменной структурой.

Предмет исследования - методы, модели и алгоритмы информационного обмена в сетях АСУТП.

Цель исследования - оптимизация ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ процессов информационного обмена и способов организации передачи данных в сетях АСУТП на основе полевых шин.

2. Анализ способов и приемов оптимизации использования ресурсов в сетях на основе полевых шин.

3. Проведение моделирования процессов информационного обмена в сетях АСУТП с переменной структурой.

4. Разработка структуры программно-аппаратного комплекса оптимизации ресурсов сети АСУТП на основе полевых шин.

Методы и средства исследования:

При решении указанных задач использовались методы системного анализа, теория сетей массового обслуживания, теория телетрафика, методы имитационного моделирования, математической статистики и математической логики, теория вероятностей.

Достоверность научных положений, результатов, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, достигнута: за счет сочетания формальных и неформальных методов исследования; использования методов, адекватных природе изучавшихся процессов и явлений; обобщения накопленного опыта работы по процессам информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин; верификации отдельных результатов в рамках известных теоретических конструкций, широко используемых в теории сложных технических и информационных систем; непротиворечивости и воспроизводимости результатов, полученных теоретическим путем; а также проведения оценки адекватности разработанной модели.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что получены новые научные результаты:

1. Разработана математическая модель процессов информационного обмена в сетях на основе полевых шин, базирующаяся на математическом аппарате многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры, отличающаяся использованием замкнутых марковских сетей для описания трафика сообщений и позволяющая оптимизировать процессы управления ресурсами сети.

2. Разработана методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП, отличающаяся использованием множителей Лагранжа для минимизации средней задержки сообщений и учитывающая ограничения на пропускную способность и стоимостные характеристики каналов информационного обмена.

3. Разработана имитационная модель процессов информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин, включающая разработанные математическую модель и методику и позволяющая осуществить вероятностное моделирование среды.

Практическая значимость заключается в применении разработанных теоретических положений и алгоритмов оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин для разработки программно-аппаратного комплекса.

В частности, полученные результаты использованы в ОАО "Промприбор" (г. Ливны) для совершенствования информационного обеспечения технологического процесса предприятия. Реализация предложений позволила повысить производительность установки путем сокращения времени задержки сообщения в сети управления технологическим процессом на 13%, акт от 15.05.2008г.

Апробация и публикации. Материалы публиковались и докладывались на: Х-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2005); V Международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника - 2006» (г. Тула, 2006); IV Международной научно-практическая Интернет-конференция «Энерго- и ресурсосбережение XXI век» (г. Орел, 2006); Х1-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2006); II Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП)» (г. Орел, 2006); III Всероссийской научно-практической Интернет-конференции «Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии» (г. Орел, 2006); ХП-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2007); ХШ-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2008).

Положения, выносимые на защиту:

I. Математическая модель процессов информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин.

2. Методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

3. Имитационная модель процессов информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин.

4. Программно-аппаратный комплекс оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, включающего 49 рисунков, 15 таблиц, 1 приложение, библиографический список из 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу концепции построения сетей АСУТП.

В настоящее время в самых разных специализированных прикладных областях используется более 50 -ти типов промышленных шин. Применение технологии промышленных шин знаменует собой совершенно новую эпоху в управлении технологическими процессами. Исследования показали, что переход от централизованного управления к распределенным архитектурам на базе промышленных шин позволяет достичь экономии до 40 % средств, затрачиваемых на развертывание сетей АСУТП.

Распространенные ранее системы автоматизации, создавались для конкретных узких целей. Это не позволяло эффективно использовать оборудование и объединять несколько систем автоматизации. Более того, создание нового типа оборудования приводило к необходимости полной замены старой и, следовательно, разработке новой АСУТП.

Данная ситуация дала толчок к появлению микропроцессорных систем автоматизированного управления с использованием сетей на основе полевых шин (йеЫЬш-сетей), объединяющих интеллектуальные контроллеры, датчики и исполнительные механизмы.

Проведенный анализ показал, что, сети АСУТП на основе полевых шин занимают на данный момент ведущее положение в сфере автоматизации технологических процессов. Их идеологической основой является децентрализация процесса управления. Это означает, что задача управления распределяется между компонентами сети управления (микропроцессорными устройствами), каждому из которых отводится определенное задание и которые осуществляют обмен данными по определенному протоколу.

В главе рассмотрены этапы развития сетей АСУТП на основе полевых шин, определены требования к ним и выявлены проблемы их функционирования, а также проведен анализ характеристик некоторых

протоколов полевых шин, применяемых в промышленности (LonWorks, PROFIBUS, ЕЮ, P-NET).

На основе проведенного анализа поставлена и формализована задача оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

Дано:

А = = 1,|Л|} - множество сообщений в сети; N = \ij\j = \,\N\) - множество узлов сети; С = {ся;/я = 1,|С|] - множество каналов сети; P = {p,;i = l,\P\} - множество топологий сети; Т - средняя задержка сообщения в сети, D - стоимостная функция построения сети.

При условиях:

Лт = ^ XJUi < , у,, j2 е 1, |Л'|,у, * j2, где Л - интенсивность сообщений;

D < Z)"1"1

Найти:

T(a¡,nJ,nk) min , где а, е А ,пгпкеЫ, j * к Т(А, Р) ->min

Для решения этой задачи необходимо провести моделирование процессов информационного обмена и разработать методику оптимизации ресурсов сети.

Во второй главе предложена математическая модель процессов информационного обмена в сетях на основе полевых шин.

Процесс информационного обмена (ПИО) рассматривается как некоторая последовательность действий (операций), связанных с передачей сообщения или его отдельных фрагментов от источника информации к потребителю. При реализации процессов информационного обмена в распределенной сети, подразумевается их взаимодействие посредством управляющих сигналов, либо путём разделения ресурсов.

Математическая модель процессов информационного обмена базируется на математическом аппарате многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры, отличающаяся использованием замкнутых марковских сетей для описания трафика сообщений и позволяющая оптимизировать процессы управления ресурсами сети.

Под системой массового обслуживания (СМО) понимается система, в которой присутствует обслуживающий прибор и заявка на обслуживание.

Рассматривается модель сети на основе полевых шин (СПШ) с коммутацией сообщений, которая имеет М каналов и N узлов. В этой модели предполагается, что каналы связи и узлы являются надежными, влияние шумов незначительно. Время обработки в узле и время

распространения сообщения в канале связи является постоянным и пренебрежимо малым. Трафик, поступающий в сеть из внешних источников образует пуассоновский процесс со средним значением у1к (сообщений в секунду) для тех сообщений, которые возникают в узле у и предназначаются для узла к. Кроме того, в модели имеются очереди к каналам и задержки при передаче. Пропускная способность г-го канала равна С, (бит в секунду). В узлах выполняются операции по коммутации сообщений. Полный внешний трафик, поступающий в систему (и следовательно, покидающий ее), определяется как

К N

1=1 4=1

При информационном обмене имеется буферная память без ограничения по емкости. В СПШ применяется фиксированная процедура маршрутизации. Это означает, что для данной пары источник - адресат на сети имеется только один путь.

Каждый канал в сети рассматривается как отдельный обслуживающий прибор. Среднее число сообщений в секунду, проходящих по ¿-му каналу, обозначено через Л,. Полный трафик в каналах сети определяется следующим образом:

и 1=1

Стоимость построения /-го канала с пропускной способностью С, задается произвольной функцией с1,(С,), зависящей от длины и пропускной способности канала, а Э - стоимость всей сети:

/=1

В исследовании для характеристики трафика используется среднее время задержки сообщения в сети Т. Средняя задержка сообщения, которая возникла в узле } и имеет место назначения к определена как ¿д. Эти две

средние величины связаны равенством

N N у --' / у*

М 4=1 У

так как доля полного входящего трафика сообщений имеет в среднем У

задержку, равную 1Л. Для получения открытой сети массового обслуживания осуществлено распределение трафика по парам источник-адресат.

Выбор маршрутов передачи сообщений осуществляется на основе фиксированной процедуры, где через я1к обозначен путь, по которому поступают сообщения, возникающие в узле у и идущие в узел к. В путь я1к включен й канал (с пропускной способностью С,), если сообщения, идущие по этому пути, проходят указанный канал (С, Отсюда средняя

интенсивность потока сообщений Я, - в /-м канале равна сумме средних интенсивностей потоков сообщений по всем путям, которые проходят через этот канал:

УД:С,

1 к

Среднее время, проведенное сообщением в системе, т. е. время, затраченное на ожидание и процесс передачи по /-му каналу определяется как 7}. Под системой здесь понимается /—й канал (обслуживающий прибор) и очередь сообщений, стоящая перед этим каналом.

Среднее число сообщений, ожидающих или использующих канал,

равно

Среднее число сообщений в сети равно

1=1

Отсюда

Таким образом, рассматриваемая задача анализа среднего времени Т сводится к вычислению Т,.

Для описания среднего времени, проведенного сообщением в системе, которая представляет собой отдельный канал, использовался результат, полученный Джексоном. Погруженный канал рассматривается, как такой же канал, действующий независимо от сети, но с пуассоновским потоком на входе, интенсивность которого равна интенсивности, задаваемой сетью. Это позволяет ¡-й канал представить в виде системы МШИ с пуассоновским потоком интенсивности Л, на входе и показательным временем обслуживания со средним значением Уц секунд. Решение для Т, получается из равенства:

тогда:

ГыМ.-Я,

Установлено, что при увеличении нагрузки на сеть никакое слагаемое в выражении для задержки не будет доминирующим до тех пор, пока поток в одном из каналов не достигнет пропускной способности этого канала, который соответствует «узкому» месту сети.

При фиксированной процедуре выбора маршрутов доля трафика г^,

который выходит из узла / по каналу, соединяющему узлы / и у, равна нулю, либо единице, в зависимости от места возникновения и места назначения этого трафика сообщений. При этом подразумевается, что

оптимальный выбор трафика в канале {А,} включает отыскание для каждой линии таких теоретических средних интенсивностей потоков сообщений, которые дают минимальную среднюю задержку сообщения.

Сформулирована задача оптимизации ресурсов сети, которая в качестве исходных данных включает множество переменных, варьируемых при проектировании сети. Считается, что заданы положения узлов, требования к внешнему трафику у1к, стоимости каналов с/, {С,), постоянная £>, а также предполагается, что используемые потоки { Л,} являются реализуемыми (т.е. они согласуются с пропускными способностями и ограничениями на внешний трафик). Решение задачи позволяет оптимально распределить ресурсы проектируемой сети с учетом принятых допущений.

В третьей главе предложена методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП.

При решении задачи оптимизации осуществляется выбор пропускных способностей каналов и разработаны алгоритмы: выбора маршрутов, управления потоками и выбора топологии сети.

Разработанная методика состоит из следующих этапов:

На 1-м этапе используется метод множителей Лагранжа, который обеспечивает поиск безусловных экстремумов функции при ограничениях-равенствах. Решение системы дифференциальных уравнений позволяет выбрать топологическую структуру сети, имеющую минимальную среднюю длину каналов.

На 2-м этапе с помощью алгоритма поиска кратчайших путей Флойда реализуется итеративная процедура нахождения матрицы кратчайших путей для всех узлов сети.

3-ий этап позволяет определить: являются ли начальные потоки реализуемыми в пределах заданных ограничений.

На 4-м этапе при известном реализуемом начальном потоке находятся локальные минимумы функции задержки сообщения из множества реализуемых потоков.

На завершающем этапе выполняется итеративная процедура выбора оптимальной топологии на основе результатов проведенных расчетов.

Для каждого этапа методики разработаны алгоритмы.

Прямое решение задачи выбора топологии, пропускных способностей и распределения потоков (ВТПС и РП) требует численного решения задачи с

ГС^ ^ переменными (пропускными способностями в предположении

полнодуплексного режима) и решения задачи о потоках различных грузов.

Эвристическое решение задачи ВТПС и РП представляет собой итеративную форму решения задачи выбора пропускных способностей и распределения потоков (ВПС и РП) (Рис. 1). Оно основывается на свойстве алгоритма устранять каналы (вносить топологические изменения) по мере выполнения алгоритма ВПС и РП.

Рис. 1. Алгоритм выбора топологии, пропускных способностей и распределения потоков

Таким образом, методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП использует в качестве критерия оптимизации минимизацию среднего времени нахождения сообщения в сети. При этом известны три варьируемых параметра - интенсивность потока сообщений, множество пропускных способностей каналов, топология сети, а также введены стоимостные

ограничения. Оптимизация трафика в канале включает отыскание для каждой линии таких средних интенсивностей потоков сообщений, которые дают минимальную среднюю задержку сообщений в сети.

Четвертая глава посвящена разработке имитационной модели процессов информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин.

Предложенная имитационная модель состоит из управляющей, функциональной и информационной частей (Рис. 2).

Управляющая часть содержит: блок управления моделированием, предназначенный для реализации плана эксперимента; блок диалога, обеспечивающий комфортную работу пользователя с интерактивной моделью; блок обработки результатов моделирования, реализующий процедуру расчета заданных показателей за счет статистической обработки результатов моделируемой операции; календарь событий, управляющий появлением событий в системе.

Функциональная часть состоит из функциональных модулей (ФМ), в которых описываются и реализуются все процессы. Один функциональный модуль описывает либо отдельный процесс в системе, либо ее элемент (подсистему) в зависимости от выбранной схемы моделирования.

Информационная часть

—...........п Г функцфнальная"'

'тппчлттлиила • I • А ' ' - |

| часть ::• |

База данных

Поступление данных

Функционирований канада

Режим ожидания

Поиск оптимальной ПС сети

Й:

Управляющая часть

Елок управления моделированием

Календарь Блок

событий диалога

Блок обработки

результатов моделирования

Рис. 2. Схема имитационной модели ПИО в СПШ

Информационная часть (база данных) представляет собой совокупность специальным образом организованных (структурированных) данных о моделируемой системе (операции), а также программных средств работы с этими данными.

В модели процессов информационного обмена выделяются события: поступление заявок на один из терминалов; функционирование канала;

режим ожидания; поиск оптимальной пропускной способности сети; окончание моделирования.

На основании теоретических положений и построенной математической модели процессов информационного обмена в работе представлено программное средство, реализующее алгоритмы работы функциональной части предложенной модели.

Разработанный программный продукт состоит из 4 модулей. Каждый из используемых модулей реализует свои строго определенные функции, управление которым передается в том или ином случае. В таблице 1 представлены модули системы с кратким описанием.

В программе построена граф-схема модели, описаны основные события, разработаны их алгоритмы.

В модулях Unitl и Unit2 реализована работа функциональной части имитационная модели и алгоритмы поиска оптимальной пропускной способности для заданной сети.

В модуле Unitl реализуются алгоритмы поиска оптимальной пропускной способности сети (процедуры Optimum_Spusk и Optimum_Search соответственно). Кроме того, в нем сосредоточено описание пользовательского интерфейса, составление сводной таблицы результатов моделирования (процедура FillResultTable), а также отрисовка графиков распределения среднего времени обработки сообщения и среднего времени задержки сообщения в сети (процедура Draw).

Таблица 1. Список модулей программы

Файл модуля Описание модуля

Unitl.pas Реализует метод покоординатного спуска и поиск оптимальной пропускной способности сети, пользовательский интерфейс

Unit2.pas Реализует имитационную модель работы сети

Unit3.pas Реализует документирование результатов моделирования

Unit4.pas Реализует проверку корректности вводимых данных

В модуле Unit2 осуществляется моделирование работы сети при различной пропускной способности (от минимальной до максимальной) и вычисляется среднее время задержки сообщения в сети. В дальнейшем полученные результаты используются для определения оптимального варианта. В процедуре Smpl_model2 реализуется имитация работы сети с пропускной способностью, заданной пользователем. Результаты моделирования приводятся в файле 1 .txt.

В модуле Unit3 реализована функция документирования полученных результатов моделирования, позволяющая пользователю сохранить полученные данные в виде таблицы для последующего изучения.

В модуле ШМ реализованы проверки корректности ввода данных при описании пользователем сети.

Таким образом, разработанная имитационная модель предусматривает аналитическое задание параметров, реализует методы покоординатного спуска и линейного поиска и позволяет найти оптимальное значение пропускной способности сети. В качестве исходных данных используются: число управляющих устройств на шине; время формирования пакета; начальная пропускная способность; стоимостной коэффициент (затраты на построение сети).

В пятой главе разработаны предложения по построению программно-аппаратного комплекса оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

Проведенный в работе анализ позволил выявить, что из существующих систем анализа протокола полевых шин на сегодняшний день известны системы, разработанные под полевую шину Ьог^огкэ и РгойЬиз. Они обладают высокой производительностью, развитыми средствами визуализации, большими возможностями аппаратной поддержки. Вместе с тем указанные средства не позволяют провести оптимизацию ресурсов сети. Поэтому возникает необходимость разработки систем, которые выдавали бы рекомендации по оптимизации ресурсов сети путем топологической реконфигурации.

Разработанный комплекс представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для измерения параметров сети, их анализа и формирования предложений по оптимизации сети АСУТП на основе полевых шин.

В работе проведена экспериментальная проверка возможностей программно-аппаратного комплекса оптимизации ресурсов сети на примере сети Р-ИЕТ, развернутой для управления технологическим процессом. Эксперимент показал, что замена исходной топологии сети управления на оптимальную по заданному критерию топологию с учетом стоимостных ограничений позволила в 1,19 раза повысить пропускную способность проектируемой сети за счет сокращения среднего времени задержки сообщений.

Произведена оценка адекватности модели по критерию ^ (Пирсона). Согласно этому критерию гипотеза об адекватности модели принимается, если:

1о12(т-1-\)< Г< 1г(т-1-\), где т - число интервалов группирования, /- количество параметров, (т-1-1) - степень свободы распределения хи-квадрат. Величина критической статистики определяется как

м "Р,

Согласно условиям эксперимента, выборка независима, однородна и репрезентативна.

При проверке нормальности гипотетичный закон имеет вид

, (и~а?

Р(2;а,д) = -~^е ¿и,

где в качестве оценок параметров а и в будут фигурировать величины

в

п

о^Ь^-а)1-

я-1н

По результатам эксперимента среднее значение и дисперсия равны соответственно 1,6х 10"5 и 7,7x10"5. Тест показал, что гипотеза о нормальности выборки верна с вероятностью 0,95.

Ввиду малого количества сетевых узлов демонстрационной технологической установки в работе произведена оценка работоспособности модели с данными большой размерности.

В качестве прототипа большой сети рассмотрена сеть с 409 узлами, из которых 400 - подчиненные устройства, 9 - главные, количество подчиненных устройств на одной шине N=40, количество шин М=10.

Предполагается, что узлы ведут обмен данными с интенсивностью 100 бит/с. Все главные устройства могут получать доступ ко всем подчиненным. Средняя задержка сообщения в такой сети Т =2,0833 х 10~5с.

После проведения этапа оптимизации получаем сеть со средней задержкой Т =6,9444 х 10~6 с. При этом количество устройств на шине N=80, а количество шин М=5. Нечетные главные устройства Мь М3, Мм_1 оказываются ненужными, что позволяет не только улучшить характеристики сети, но и сэкономить также и на оборудовании.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

В диссертационной работе решена научно-техническая задача по оптимизации ресурсов и управлению процессами информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин, позволяющей повысить эффективность функционирования таких сетей и увеличить их пропускную способность за счет оптимального распределения ресурсов.

В рамках проведенных исследований получены следующие основные результаты:

1. Показано, что в результате децентрализации процессов управления в сетях АСУТП происходит перераспределение функций управления по сети. Это означает, что задача управления распределяется между микропроцессорными устройствами, каждому из которых отводится

определенное задание и которые осуществляют информационный обмен с использованием различных стандартных протоколов.

2. Сформулирована задача оптимизации ресурсов сети АСУТП на основе полевых шин, которая заключается в выборе оптимальной топологии сети из некоторого кортежа топологий при ограничениях на пропускную способность каналов и стоимость сети. Критерием оптимизации определена минимальная задержка сообщения в сети.

3. Отмечено что существующее разнообразие моделей процессов информационного обмена (ПИО) не гарантирует их адекватности множеству практических задач, возникающих при разработке распределенных сетей АСУТП. Это обусловлено тем, что требования к таким моделям изначально противоречивы и учитывают различные особенности функционирования этих сетей.

4. Разработана математическая модель процессов информационного обмена, базирующаяся на математическом аппарате многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры, отличающаяся использованием замкнутых марковских сетей для описания трафика сообщений и позволяющая оптимизировать процессы управления ресурсами сети.

5. Решена задача оптимизации проектируемой сети АСУТП, позволяющая оптимально распределить ресурсы проектируемой сети, в которой варьируется положения узлов, требования к трафику, стоимость каналов, а также предполагается, что используемые потоки являются реализуемыми.

6. Предложена методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП использующая в качестве критерия оптимизации минимизацию среднего времени нахождения сообщения в сети. В исходных данных задаются: интенсивности потоков сообщений, множество пропускных способностей каналов, множество топологий сети. Методика включает разработанные алгоритмы: отклонения потока для выбора маршрутов, отыскания реализуемого начального потока, поиска локальных минимумов для средней задержки сообщения, а также выбора топологии, пропускных способностей и распределения потоков; учитывает ограничения по стоимости, и то, что потоки согласуются с пропускными способностями и ограничениями на внешний трафик.

7. Разработана имитационная модель процессов информационного обмена, включающая их математическую модель и методику оптимизации ресурсов сетей, которая состоит из управляющей; функциональной и информационной частей. В модели события: поступление заявок на один из терминалов; функционирование канала; режим ожидания; поиск оптимальной пропускной способности сети; окончание моделирования. Модель предусматривает аналитическое задание параметров сети, оптимизацию ее пропускной способности и реализует методы покоординатного спуска и линейного поиска. Варьируемым параметром выступает пропускная способность сети, а критерием эффективности функционирования системы - минимальное значение среднего времени

задержки сообщения в сети. Имитационное моделирование осуществлялось исходя из того, что процессы информационного обмена в сетях АСУТП осуществляют некоторую последовательность действий (операций), связанных с передачей сообщения или его отдельных фрагментов от источника информации к потребителю. При этом источник информации формирует заявку, которая может быть помещена в очередь или обслужена немедленно.

8. Показано, что существующие анализаторы протокола сетей АСУТП на основе полевых шин обладают высокой производительностью, развитыми средствами визуализации, большими возможностями аппаратной поддержки. Вместе с тем они не позволяют формировать рекомендации по повышению производительности сети и проводить оптимизацию ресурсов сети.

9. Разработаны предложения по построению комплекса оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин, который представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для контроля за параметрами сети, их анализа и формирования предложений по оптимизации. Основу комплекса составляет анализатор протокола, предназначенный для контроля, просмотра состояния и функционирования сети. Он физически подключается к сети и перехватывает данные, передаваемые по кабелю этой сети, декодируя и анализируя их.

10. Применение программно-аппаратного комплекса для разработки распределенной системы управления технологической демонстрационной установкой с использованием сети Р-ИЕТ позволило в 1,19 раза повысить пропускную способность проектируемой сети.

11. Проведенная проверка работоспособности предложенной модели с данными большой размерности позволила получить результаты, которые позволяют почти в 2 раза уменьшить количество используемого оборудования в оптимизируемой сети.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Максаков, С. А. Математическая модель процессов информационного обмена для сетей на основе полевых шин [Текст] / В. Т. Еременко, С. А. Максаков// Известия Тульского государственного университета. Серия «Технологическая системотехника».- Тула: Издательство ТулГУ, 2006, Вып. 9-С. 127-135.

2. Максаков, С. А. Алгоритмы проектирования сетей на основе полевых шин [Текст] / В. Т. Еременко, С. А. Максаков, А. В. Еременко // Известия ТулГУ. Серия Технологическая системотехника. Труды участников Пятой Международной электронной научно-технической конференции "Технологическая системотехника - 2006". Тула: Издательство ТулГУ, 2006, Вып. 11 - С. 107-116.

3. Максаков, С. А. Методика оптимизации производительности сетей на основе полевых шин [Текст] / С. А. Максаков // Известия ОрелГТУ- 2007. -№ 4/268(535). - 249 с. - С. 51-59.

4. Максаков, С. А. Моделирование процессов информационного обмена в сетях на основе полевых шин [Текст] / В. Т. Еременко, С. А. Максаков, Е. В. Косчинская // Известия ОрелГТУ - 2007, № 4-2/268(535) - С. 41-46.

5. Максаков, С. А. Аналитическое моделирование процессов информационного обмена в сетях промышленной автоматизации [Текст] / С. А. Максаков// Известия ОрелГТУ,- 2008, № 3/271(546) - С. 43-49.

6. Максаков, С. А. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007614063 «Программное средство оптимизации пропускной способности для систем с общей шиной и переменной структурой». / В. Т. Еременко, С. В. Костин, А. И. Костомаров, С. А. Максаков, С. В. Еременко // Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам: Реестр программ для ЭВМ. -21.09.2007.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в журналах и материалах конференций

7. Максаков, С. А. Средства анализа в распределенных управляющих устройствах [Текст] /В. Т. Еременко, А. Ю. Чудный, С. А. Максаков// Известия Орловского государственного технического университета. Серия «Информационные системы и технологии». - 2005, № 1 - С. 8-16.

8. Максаков, С. А. Алгоритмы решения задачи топологической оптимизации корпоративных сетей предприятия [Текст] / С. В. Костин, С. А. Максаков, Е. А. Семашко// Известия Орловского государственного технического университета. Серия "Информационные системы и технологии". Труды участников III Всероссийской научно-практической конференции. Выпуск 2(6). - Орел: Изд-во ОрелГУ, 2006. - С. 239-243.

и

ЛР ИД № 00670 от 05.01.2000 г. Подписано к печати« 1Ъ> /У 2008 г. Усл. печ. л. 1,6?Тираж 100 экз. Заказ № вб'ГО.!

Полиграфический отдел ОрелГТУ 302005, г. Орел, ул. Московская, 65

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ АСУТП НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ ШИН.

1.1 Развитие систем АСУТП на основе полевых шин.

1.2 Иерархия сетей на основе полевых шин.

1.3 Преимущества распределенных систем управления на основе полевых шин.

1.4 Основные требования к сетям АСУТП.

1.5 Проблемы функционирования сетей АСУТП на основе полевых шин.

1.6 Процессы информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин.

1.7 Постановка и формализация задачи оптимизации ресурсов сетей

АСУТП на основе полевых шин.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В СЕТЯХ НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ ШИН.

2.1 Общие требования к моделям процессов информационного обмена в сетях АСУТП.

2.2 Анализ подходов и разработка математической модели процессов информационного обмена.

2.2.1 Системы массового обслуживания.

2.2.2 Вероятностные процессы в теории массового обслуживания.

2.2.3 Простейшая система массового обслуживания.

2.2.4 Марковские сети массового обслуживания.

2.2.5 Модель процессов информационного обмена для сетей на основе полевых шин.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ РЕСУРСОВ СЕТЕЙ АСУТП.

3.1 Алгоритм выбора пропускных способностей.

3.2 Алгоритм распределения потоков.

3.3 Алгоритм выбора пропускных способностей и распределения потоков.

3.4 Алгоритм выбора топологии, пропускных способностей и распределения потоков .'.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В СЕТЯХ АСУТП НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ ШИН.

4.1 Описание концептуальной модели процессов информационного обмена.

4.2 Схема имитационной модели процессов информационного обмена в сетях на основе полевых шин.

4.3 Алгоритмы поиска оптимальной пропускной способности сети.

4.4. Разработка программных средств анализа протоколов : ' информационного обмена.

4.5 Программная реализация модели.

Выводы по главе.

ГЛАВА 5. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ОПТИМИЗАЦИИ РЕСУРСОВ СЕТЕЙ АСУТП НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ ШИН.

5.1 Требования к программно-аппаратному комплексу.

5.2 Обзор существующих систем контроля и анализа протокола.

5.3 Реализация модуля оптимизации ресурсов сети Р-ЫЕТ.

5.4 Результаты эксперимента.

5.5 Оценка адекватности модели.

5.6 Оценка работоспособности модели с данными большой размерности.

Выводы по главе.

Современный этап развития сетей промышленной автоматизации (СПА) характеризуется повышением их функциональной насыщенности и направлен на построение единой информационной инфраструктуры промышленных предприятий. На пути резко возрастающих информационных потоков стоят технологические барьеры между различными уровнями автоматизации, возникшие в результате независимого развития автоматизированных систем управления предприятиями (АСУП) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

По оценкам экспертов, только сбор данных в реальном масштабе времени о различных аспектах производственных процессов приведет в ближайшие годы почти к тридцатикратному увеличению трафика в распределенных системах промышленного управления, причем значительно возрастут потоки информации между датчиками и программируемыми контроллерами.

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. Серьезная проблема здесь состоит в создании системы управления процессами информационного обмена. Если решение задач бухгалтерских, маркетинговых и прочих офисных приложений решается при помощи протоколов стандартных локальных компьютерных сетей, то привнесение в распределенные управляющие системы задач автоматизированных систем управления технологическими процессами предъявляет новые требования к ее функционированию: возможность работы в режиме реального времени, максимальный приоритет при работе с объектом управления, надежность протоколов связи с объектами и самотестирование системы на предмет утери связи с контролируемым процессом.

В исследовании сеть АСУТП на основе полевых шин представляется совокупностью совместно и целенаправленно функционирующих, пространственно и функционально распределенных динамических объектов (подсистем) и может быть классифицирована (в соответствии с современной теорией систем), как сложная динамическая система.

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. Самуйлов, А. Д. Харкевич, М. А. Шнепс, Б. А. Севастьянов, А. А. Шапарев). А. А. Боровков), методов анализа многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры (Г. П. Башарин, П. П. Бочаров, Ю. В. Гайдамака, К. Е. Самуйлов).

В этих изданиях и специальных трудах имеются достаточные научные предпосылки для решения поставленной задачи. Между тем, до настоящего времени существующие подходы к решению задачи адаптации АСУТП к изменению параметров внешней среды носят, как правило, локальный по областям применений и разрозненный по методам характер.

Объект исследования - сети АСУТП на основе полевых шин с переменной структурой.

Предмет исследования — методы, модели и алгоритмы информационного обмена в сетях АСУТП.

Цель исследования - оптимизация ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ процессов информационного обмена и способов организации передачи данных в сетях АСУТП на основе полевых шин.

2. Анализ способов и приемов оптимизации использования ресурсов в сетях на основе полевых шин.

3. Проведение моделирования процессов информационного обмена в сетях АСУТП с переменной структурой.

4. Разработка структуры программно-аппаратного комплекса оптимизации ресурсов сети АСУТП на основе полевых шин.

Методы и средства исследования:

При решении указанных задач использовались методы системного анализа, теория сетей массового обслуживания, теория телетрафика, методы имитационного моделирования, математической статистики и математиче-' ской логики, теория вероятностей.

Достоверность научных положений, результатов, выводов и рекомен4-даций, приведенных в диссертационной работе, достигнута: за счет сочетания формальных и неформальных методов исследования; использования ме-;.-тодов, адекватных природе изучавшихся процессов и явлений; обобщения накопленного опыта работы по процессам информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин; верификации отдельных результатов в рамках известных теоретических конструкций, широко используемых в теории сложных технических и информационных систем; непротиворечивости и воспроизводимости результатов, полученных теоретическим путем; а также проведения оценки адекватности разработанной модели.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что получены новые научные результаты:

1. Разработана математическая модель процессов информационного обмена в сетях на основе полевых шин, базирующаяся на математическом аппарате многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры, отличающаяся использованием замкнутых марковских сетей для описания трафика сообщений и позволяющая оптимизировать процессы управления ресурсами сети.

2. Разработана методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП, отличающаяся использованием множителей Лагранжа для минимизации средней задержки сообщений и учитывающая ограничения на пропускную способность и стоимостные характеристики каналов информационного обмена.

3. Разработана имитационная модель процессов информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин, включающая разработанные математическую модель и методику и позволяющая осуществить вероятностное моделирование среды.

Практическая значимость заключается в применении разработанных теоретических положений и алгоритмов оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин для разработки программно-аппаратного комплекса.

В частности, полученные результаты использованы в ОАО "Промпри-бор" (г. Ливны) для совершенствования информационного обеспечения технологического процесса предприятия. Реализация предложений позволила повысить производительность установки путем сокращения времени задержки сообщения в сети управления технологическим процессом на 19%, акт от 15.05.2008г.

Апробация и публикации. Материалы публиковались и докладывались на: Х-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2005); V Международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника - 2006» (г. Тула, 2006); IV Международной научно-практическая Интернет-конференция «Энерго- и ресурсосбережение XXI век» (г. Орел, 2006); Х1-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2006); II Международной научно-практической конференции «Информационныё технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП)» (г. Орел, 2006); III

Всероссийской научно-практической Интернет-конференции «Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии» (г. Орел, 2006); ХП-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2007); ХШ-ой конференции преподавателей и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (г. Орел, 2008).

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процессов информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин.

2. Методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

3. Имитационная модель процессов информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин.

4. Программно-аппаратный комплекс оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, включающего 49 рисунков, 15 таблиц, 1 приложение, библиографический список из 111 наименований.

Выводы по главе:

1. Комплекс оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин — совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для контроля за параметрами сети, их анализа и формирования предложений по оптимизации. Основу комплекса составляет система анализа протокола.

Анализатор протокола - это программно-аппаратное средство, предназначенное для контроля, просмотра состояния и функционирования сети. Он физически подключается к сети и перехватывает данные, передаваемые по кабелю этой сети, декодируя и анализируя их.

2. Из существующих систем анализа протокола полевых шин на сегодняшний день известны только системы, разработанные под полевую шину

Ьог^огкз и РгоНЬиБ. Эти системы обладают высокой производительностью, развитыми средствами визуализации, большими возможностями аппаратной поддержки.

Вместе с тем указанные средства не позволяют провести оптимизацию ресурсов сети. Поэтому возникает необходимость разработки систем, которые выдавали бы рекомендации по повышению производительности сети.

3. Использование программно аппаратного комплекса в при разработке распределенной системы управления технологической демонстрационной установкой с использованием сети Р-КГЕТ позволило в 1,19 раза повысить пропускную способность проектируемой сети.

4. Проведенная проверка работоспособности предложенной модели с данными большой размерности позволило почти в 2 раза уменьшить количество используемого оборудования в оптимизируемой сети.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научно-техническая задача по управлению процессами информационного обмена в сетях АСУТП на основе полевых шин, позволяющей повысить эффективность функционирования таких сетей и увеличить их пропускную способность за счет оптимального распределения ресурсов.

Размеры предприятия и сложность технологических процессов затрудняют проектирование надежных промышленных сетей. Наличие большого числа датчиков и исполнительных механизмов резко усложняет топологию. Высокая цена ошибки в работе сети для предприятия значительно увеличивает стоимость разработки.

Установлено, что децентрализованные решения автоматизации на базе полевых шин сегодня являются стандартом во многих отраслях производства и технологии производственных процессов. Применение полевых шин позволяет полностью использовать функциональные преимущества цифровых коммуникаций.

В рамках проведенных исследований получены следующие основные результаты:

1. Показано, что в результате децентрализации процессов управления в сетях АСУТП происходит перераспределение функций управления по сети. Это означает, что задача управления распределяется между микропроцессорными устройствами, каждому из которых отводится определенное задание и которые осуществляют информационный обмен с использованием различных стандартных протоколов.

2. Сформулирована задача оптимизации ресурсов сети АСУТП на основе полевых шин, которая заключается в выборе оптимальной топологии сети из некоторого кортежа топологий при ограничениях на пропускную способность каналов и стоимость сети. Критерием оптимизации определена минимальная задержка сообщения в сети.

3. Отмечено что существующее разнообразие моделей процессов информационного обмена (ПИО) не гарантирует их адекватности множеству практических задач, возникающих при разработке распределенных сетей АСУТП. Это обусловлено тем, что требования к таким моделям изначально противоречивы и учитывают различные особенности функционирования этих сетей.

4. Разработана математическая модель процессов информационного обмена, базирующаяся на математическом аппарате многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры, отличающаяся использованием замкнутых марковских сетей для описания трафика сообщений и позволяющая оптимизировать процессы управления ресурсами сети.

5. Решена задача оптимизации проектируемой сети АСУТП, позволяющая оптимально распределить ресурсы проектируемой сети, в которой варьируется положения узлов, требования к трафику, стоимость каналов, а также предполагается, что используемые потоки являются реализуемыми.

6. Предложена методика оптимизации ресурсов сетей АСУТП-использующая в качестве критерия оптимизации минимизацию среднего времени нахождения сообщения в сети. В исходных данных задаются: интенсивности потоков со-, общений, множество пропускных способностей каналов, множество топологии сети. Методика включает разработанные алгоритмы: отклонения- потока для выбора маршрутов, отыскания реализуемого начального потока, поиска локальных минимумов для средней задержки сообщения, а также выбора топологии, пропускных способностей и распределения потоков; учитывает ограничения по стоимости, и то, что потоки согласуются с пропускными способностями и ограничениями на внешний трафик.

7. Разработана имитационная модель процессов информационного обмена, включающая их математическую модель и методику оптимизации ресурсов сетей, которая состоит из управляющей; функциональной и информационной частей. В модели события: поступление заявок на один из терминалов; функционирование канала; режим ожидания; поиск оптимальной пропускной способности сети; окончание моделирования. Модель предусматривает аналитическое задание параметров сети, оптимизацию ее пропускной способности и реализует методы покоординатного спуска и линейного поиска. Варьируемым параметром выступает пропускная способность сети, а критерием эффективности функционирования системы - минимальное значение среднего времени задержки сообщения в сети. Имитационное моделирование осуществлялось исходя из того, что процессы информационного обмена в сетях АСУТП осуществляют некоторую последовательность действий (операций), связанных с передачей сообщения или его отдельных фрагментов от источника информации к потребителю. При этом источник информации формирует заявку, которая может быть помещена в очередь или обслужена немедленно.

8. Показано, что существующие анализаторы протокола сетей АСУТП на основе полевых шин обладают высокой производительностью, развитыми средствами визуализации, большими возможностями аппаратной поддержки. Вместе с тем они не позволяют формировать рекомендации по повышению производительности сети и проводить оптимизацию ресурсов сети.

9. Разработаны предложения по построению комплекса оптимизации ресурсов сетей АСУТП на основе полевых шин, который представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для контроля за параметрами сети, их анализа и формирования предложений по оптимизации. Основу комплекса составляет анализатор протокола, предназначенный для контроля, просмотра состояния и функционирования сети. Он физически подключаi ! ется к сети и перехватывает данные, передаваемые по кабелю этой сети, декодируя и анализируя их.

10. Применение программно-аппаратного комплекса для разработки распределенной системы управления технологической демонстрационной установкой с использованием сети Р-ИЕТ позволило в 1,19 раза повысить пропускную способность проектируемой сети.

11. Проведенная проверка работоспособности предложенной модели с данными большой размерности позволила получить результаты, которые позволяют почти в 2 раза уменьшить количество используемого оборудования в оптимизируемой сети.

1. Авен О. И. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем / О. И. Авен, Н. Н. Турин, Я. А. Коган. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1982. - 464 с.

2. Айвазян С.А. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных / С. А. Айвазян, И. С. Енюков, Л. Д. Мешалкин М.: Финансы и статистика, 1983. - 216 с.

3. Айвазян С.А. Прикладная статистика. Исследование зависимостей./ С. А. Айвазян, И. С. Енюков, Л. Д. Мешалкин М.: Финансы и статистика, 1985. - 198 с.

4. Айвазян С.А.Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности./ С. А. Айвазян, И. С. Енюков, Л. Д. Мешалкин М.:Финансы и статистика, 1989. — 268 с.

5. Аоки М. Введение в методы оптимизации./ М. Аоки Перев. с англ., - М.: Наука, 1977. - 344 с.

6. Артемов С. П. Проблемы автоматизации зданий и производственных процессов. // В кн.: Информационные управляющие системы // Межвузовский сборник научных трудов. Пермь: ГОТУ, НИИУМС, 1999.

7. Баранов И. Ю. Исследование гибкого инструментального комплекса для интеллектуальной системы административного управления в корпоративных АСУП: автореф. дис. канд. тех. наук: 05.13.06 / И. Ю. Баранов; ОрелГТУ. Орел, 2006. - 18 с.

8. Башарин Г. П. Анализ очередей в вычислительных сетях. Теория и методы расчета / Г. П. Башарин, П. П. Бочаров, Я. А. Коган М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 336 с.

9. Башарин Г. П. Локальные сети программируемых контроллеров для гибких производственных систем./ Г. П. Башарин, В. А. Ефимушкин, А. Б. Черпаков М., Изд-во УДН, 1987, 380 с.

10. Башарин Г. П. Теория сетей массового обслуживания / Г. П. Ба-шарин-М.: Наука, 1983. 145 с.

11. Бейнер Р. Л. Программное обеспечение без ошибок / Р. Л. Бей-нер. -М.: Радио и связь, 1996. 173 с.

12. Белковский С. В. К вопросу о фрактальном сжатии на основе нейронных сетей/ С. В. Белковский // Информационные управляющие системы: Межвузовский сборник научных трудов./ Пермский ТГУ. Пермь, НИИУМС, 1998, С.81-83.

13. Белковский С. В. Анализ протокола в системах полевых шин/ С. В. Белковский // Теоретические и прикладные аспекты информационных технологий: Сб. науч. тр. / Пермский ТГУ. Пермь, НИИУМС, 1999, Вып. 48, С 136-138.

14. Белковский С. В. Концепция полевых шин в распределенных системах управления. // Информационные управляющие системы: Межвузовский сборник научных трудов./ Пермский ТГУ. Пермь, НИИУМС, 1999. Вып. 42, С 116-128.

15. Блау С. А. Анализ планов тестирования программных модулей с учетом нереализуемых маршрутов / С. А. Блау, Б. А. Позин // Программирование, М., 1988. № 4. - с. 26-34.

16. Блэк Ю. Сети ЭВМ: Протоколы, стандарты, интерфейсы: Пер. с англ. /Ю. Блэк. М.: Мир, 1990. - 506 с.

17. Гнеденко Б. В. Введение в теорию массового обслуживания / Б.

18. B. Гнеденко, И. Н. Коваленко. М.: Наука, 1987. - 224 с.

19. ГОСТ 24.701-86. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения. М.: ИПК: Изд. стандартов, 2002. - 174 с. —1. C.54-64.

20. ГОСТ 28195-89. Оценка качества программных средств. Общие положения.-М.:Гос. комитет СССР по стандартам:Изд. стандартов, 1989.-38с.

21. ГОСТ 28806-90. Качество программных средств. Термины и определения. -М.: Госстандарт СССР: Изд. стандартов, 1990. — 44 с.

22. ГОСТ 34.003-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения. М.: ИПК: Изд. стандартов, 2002. 174 с. - С. 78-91.

23. ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания. — М.: ИПК: Изд. стандартов, 2002. 174 с. - С. 100-105.

24. ГОСТ 34.603-92. Информационная технология. Виды испытаний автоматизированных систем. М.: ИПК: Изд. стандартов, 2002. - 174 с. -С.117-121.

25. ГОСТ 34.90-93. Информационная технология. Передача данных и обмен информацией между системами. Протокольные комбинации для обеспечения и поддержки услуг сетевого уровня ВОС. М.: Госстандарт России: Изд. стандартов, 1993. — 55 с.

26. ГОСТ 43003-90. Информационная технология. Комплект стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения. М.: Госстандарт России: Изд. стандартов, 1992. — 35 с.

27. ГОСТ Р 34.90-93 Информационная технология. Передача данных и обмен информацией между системами. Протокольные комбинации для обеспечения и поддержки услуг сетевого уровня ВОС. М.: Госстандарт России: Изд. стандартов, 1993.-43 с. ,

28. ГОСТ Р ИСО/МЭК 10172-99. Информационная технология. Передача данных и обмен информацией между системами. Спецификация взаимодействия между протоколами сетевого и транспортного уровней. М.: Госстандарт России: Изд. стандартов, 1999. - 60 с.

29. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93. Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению. М.: Госстандарт России: Изд. стандартов, 1993. - 64 с.

30. ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10172-99. Информационная технология. Передача данных и обмен информацией между системами. Спецификация взаимодействия между протоколами сетевого и транспортного уровней. — М.: Госстандарт России: Изд. стандартов, 1999. 46 с.

31. Грошев А. С. Базы данных: Учеб. пособие / А. С. Грошев. — Архангельск: Изд. АрГТУ, 2005. 124 с.

32. Гуляев Ю. В. Развитие и применение открытых систем в Российской Федерации / Ю. В. Гуляев, А. Я. Олейников, Е. Н. Филинов // Информационные технологии и вычислительные системы,1995.-Ч.1.-С.32-43.

33. Еременко В. Т. Математическое моделирование процессов информационного обмена в распределенных управляющих системах: Монография / В. Т. Еременко. Под общ. ред. проф. И. С. Константинова. - М.: Машиностроение, 2004. - 224 с.

34. Еременко В. Т. Методика анализа гарантированности реализаций профилей протоколов информационного обмена / В. Т. Еременко // Вестник компьютерных и информационных технологий. М.: Машиностроение, 2004. № 2. - С. 47-48.

35. Еременко В. Т. Методологический аспект построения теории функциональной стандартизации протоколов информационного обмена / В. Т. Еременко // Вестник компьютерных и информационных технологий. М.: Машиностроение, 2004. № 1. - С. 14-17.

36. Еременко В. Т. Функциональная стандартизация протоколов информационного обмена в распределенных управляющих системах: автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.13.06 / В. Т. Еременко; ОрелГТУ. — Орел, 2005. — 32 с.

37. Зайцев С. С. Сервис открытых информационно-вычислительных сетей: Справочник / С. С. Зайцев, М. И. Кравцунов, С. В. Ротанов. М.: Радио и связь, 1990. - 235 с.

38. Зарубин В. С. Математическое моделирование в технике: Учеб. для вузов / Под ред. В. С. Зарубина, А. П. Крищенко. — 2-е изд., стереотип. -М.: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. 496 с.

39. Злотников Ю. С. Протоколы информационного обмена в цифровых сетях связи с интеграцией служб / Ю. С. Злотников // Зарубежная радиоэлектроника, 1990. № 10. - С. 46-65.

40. Ивченко Г. И. Теория массового обслуживания / Г. И. Ивченко, В. А. Каштанов, И. Н. Коваленко. М., 1982. - 326 с.

41. Камалова Л. 3. Системное моделирование интеллектуальных ИУС (на примере машиностроительного предприятия): дис. канд. техн. наук: 05.13.06: защищена 5.08.2000: утв. 15.12.2000 / Камалова Лира Закиевна. -Уфа, 2000. 139 с. - Библиогр.: С. 102-111.

42. Канер С. Тестирование программного обеспечения / С. Канер, Д. Фолк, Нгуен Енг Кек. 2-я ред. - Киев: ДиаСофт, 2000. - 544 с.

43. Карпов Ю. Г. О свойстве когерентности протоколов / Ю. Г. Карпов // Автоматика и вычислительная техника, 1987. № 4. - С. 38-40.

44. Качала В. В. Основы теории систем и системного анализа: Учеб. пособие / В. В. Качала. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 261 с.

45. Кениг Д. Методы теории массового обслуживания: Пер. с нем. / Кениг Д., Штойян Д. Кениг Д., Штойян Д.М., 1981.

46. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. Т. 1 / Л. Клейнрок. М.: Мир, 1979. - 232 с.

47. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. Т. 2 / Л. Клейнрок. М.: Мир, 1979. - 245 с.

48. Конард Д. Услуги и протоколы канального уровня / Д. Конард. — ТИИЭР, 1983. Т. 71.- № 12.-С. 34-42.

49. Костин С. В. Управление процессами информационного обмена в АСУ на примере горного предприятия: дис. канд. тех. наук: 05.13.06: защищена 23.05.06: утв. 23.09.06 / Костин Сергей Викторович. Орел, 2006. - 166 с. — Библиогр.: С. 158-166.

50. Кузин Ф. А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты. Практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени / Ф. А. Кузин. — 2-е изд. — М.: «Ось-89», 1998 г.-208 с.

51. Лазарев В. Г. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник / В. Г. Лазарев.-Под ред.акад.Н.А.Кузнецова.-М.:Финансы и статистика, 1996-224с.

52. Липаев В. В. Надежность программных средств / В. В. Липаев. — М.: СИНТЕГ, 1998. 232 с.

53. Липаев В. В. Отладка сложных программ: Методы, средства, технология / В. В. Липаев. М.: Энергоатомиздат, 1993. - 384 с.

54. Максаков С. А. Средства анализа в распределенных управляющих устройствах / В.Т.Еременко, А.Ю. Чудный, С.А. Максаков// Известия Орловского государственного технического университета. Серия «Информационные системы и технологии». 2005, № 1 - С. 8-16.

55. Матнина Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах / Э. Мат-нина, -М.: : Мир, 1981.-269 с.

56. Мушник Э. Методы принятия технических решений: Пер. с нем. / Э. Мушник, П. Мюллер. -М.: Мир, 1990. 208 с.

57. Надежность и эффективность в технике: Справочник в 10 т. Т. 3. Эффективность технических систем / Под общ. ред. Ф. В. Уткина, Ю. В. Крючкова. — М.: Машиностроение, 1988. 328 с.

58. Надежность и эффективность в технике: Справочник в 10 т. Т. 6. Экспериментальная отработка и испытания / Под общ. ред. Р. С. Судакова, О. И. Тескина. М.: Машиностроение, 1989. - 376 с.

59. Надежность и эффективность в технике: Справочник в 10 т. Т. 7. Качество надежность в производстве / Под общ. ред. И. В. Апполонова. М.: Машиностроение, 1989. - 280 с.

60. Низамутдинов О.Б., Белковский СВ., Артемов Н.И. Концепция построения распределенных систем управления на основе fieldbus-систем / XIII Уральский компьютерный форум 24-26 ноября 1999г., Пермь.

61. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов / И. П. Норенков. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 336 с.

62. Основы автоматизации машиностроительного производства: Учеб. для маш. спец. вузов / Е. Р. Ковальчук и др.; Под ред. Ю. М. Соло-менцева. 2 изд., испр. - М.: Высш. шк., 1999. — 312 с. *

63. Основы автоматизации управления производством: Учеб. пособие для студ. техн. вузов / И. М. Макаров и др.. М.: Высш. Школа, 1983. -504 с.

64. Парамохина Т. М. Автоматизация процессов аттестационных испытаний средств информационного обмена: дис. канд. техн. наук: 05.13.06: защищена 24.04.07: утв. 24.07.07 / Парамохина Татьяна Михайловна. Орел, 2007. - 175 с. -Библиогр.: С. 159-175.

65. Принципы построения промышленных микроконтроллерных сетей в стандартах Profibus и P-NET / Артемов Н. И., Низамутдинов О.Б., Гордеев М.В. и др. Пермь: ПГТУ, НИИУМС. - 1996.

66. Протоколы информационно-вычислительных сетей. Разработка, моделирование и анализ / Под ред. В. А. Мизина. М.: Финансы и статистика, 1990.-501 с.

67. Советов Б. Я. Моделирование систем: Учебник для вузов / Б. Я. Советов, С. А.Яковлев.-2-е изд.,перераб. и доп.-М.:Высшая школа, 1998-319с.

68. Советов Б. Я. Построение сетей интегрального обслуживания /Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. Л.: Машиностроение, 1990. - 332 с.

69. Соколов В. А. Методы исследования поведения транспортных протоколов в условиях интенсивного сетевого трафика / В. А. Соколов, Д. Ю. Чалый // Распределенные информационно-вычислительные ресурсы и математическое моделирование. МКВМ-2004. - С. 126-131.

70. Тарарыкин С. В. Методы и средства параметрической оптимизации и настройки микропроцессорных систем управления / С. В. Тарарыкин, А. В. Пучков, В. В. Тютиков. Вести. ИГЭУ, 2001.Вып.1 -С.51-56.

71. Хоар Ч. Взаимодействующие последовательные процессы / Ч. Хоар. М.: Мир, 1989. - 264 с.

72. Щербо В. К. Стандарты вычислительных сетей. Взаимосвязи сетей: Справочник / В. К. Щербо. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000. - 268 с.

73. Щербо В. К. Функциональные стандарты в открытых системах. Ч. 1. Концепция открытых систем: Справ, пособие / В. К. Щербо, В. А. Козлов. М.: Международный центр научной и технической информации, 1997-124с.

74. Юдицкий С. А. Логическое управление дискретными процессами / С. А. Юдицкий, В. 3. Магергут. М: Машиностроение, 1987. - 175 с.

75. Юдицкий С. А. Основы предпроектного анализа организационных систем: Учеб. пособие / С. А. Юдицкий, П. Н. Владиславлев. М.: Финансы и статистика, 2005. — 144 с.

76. Якубайтис Э. А. Информационные сети и системы: Справочная книга / Э. А. Якубайтис. М.: Финансы и статистика, 1996. - 368 с.

77. Besse С. Optimisation techniques and automatic test generation for TCP/IP protocols / C. Besse, A. Cavalli, D. Lee. 1998. - 16 p.

78. Bochmann G. Automating the process of test derivation from SDL specifications / G. Bochmann, A. Petremko, O. Belial. Universite de Montreal, 1996.- 12 p.

79. Bochmann G. Fault coverage of tests based on finite state models / G. Bochmann, A. Petrenko, M. Yao. Chapman & Hall, Proc. of IFIP WG 6.1 Protocol Test Systems, 1995. - P. 55-78.

80. Booch G. Object Oriented Design with Applications / G. Booch. -Benjamin/Cummings, Redwood City, CA, 1991.

81. Bourhfir C. Automatic Test Generation for EFSM-based Systems / C. Bourhfir, R. Dssouli, E. M. Aboulhamid / Canada, Universite de Montreal, DIRO, Publication # 1060, 1995. 60 p.

82. Brown J. R. Testing for Software Reliability / J. R. Brown, M. Lipov. Proceedings 1975 International Conference on Reliable Software, April 21-23, 1975. - IEEE Catalog № 75. - CH940-7CSR. - P. 518-527.

83. Draft ETGnn Development and Use of OSE Profiles. EMOS/EGOSE/95/10, 1995.-45 p.

84. FIBS PUB 158-2: User Interface Component of Application Portability Profile (MIT X Window System) X library API specification. (X Window System, Version 11, Realease 5, MIT X Consortium). - 67 p.

85. Gaffney J. E. A Genera Economics Model of Software Reuse / J. E. Gaffney, Jr. and R. D. Cruickshank. Association for Computing Machinery, Australia. - May 1992. - P. 22-32.

86. Gaffney J. E. Software Reuse Key to Enhanced Production; Some Quantitative Models / J. E. Gaffney, Jr. and T. Durek. Software Productivity

87. Consortium, SPC-TR-88-015. George Mason University, Center for Software and System Engineering. - Herndon, VA. - April 1988. - P. 42-52.

88. Gavin. Modeling and Analising of Security Protocols / Gavin and a.. Addison Wesley. - 2000. - 352 p.

89. Hoare C. A. R. Formal Methods in Computer System Design / C. A. R. Hoare. CERN School of Computing, Oxford, UK, 15-26. - CERN Sei. Rept. 6, 1989. - P. 1-7.

90. ISO/IEC 7942:85. Information Processing Systems. Computer graphics. - Graphical Kernrl System (GKS) function description. - 43 p.

91. ISO/IEC 9636:91. Information technology. Computer graphics. Interfacing techniques for dialogues with graphical devices (CGI). Functional specification. ISO, 1991. - P. 1-6.

92. Lloid D. K. Reability: Management, Methods and Mathematics / D. K. Lloid,M.Lipow//Prentice Hall,Inc.-Englewood Cliffs,New Jersey, 1962.-P.224-229.

93. Milner R. Communication and Concurrency / R. Milner. Prentice-Hall International, 1989. - 402 p.

94. Milner R. A Calculus for Communication Systems. Lecture Notes in Computer Science, 92 / R. Milner. Springer-Verlag, 1980. - P. 170.

95. Neyman J. Outline of a Theory of Statistical Estimation Based on the Classical Theory o Probability / J. Neyman. Phil. Trans. Royal Society. - London, 1937.-A. 236, 333.

96. Open Look. Graphical User Interface. Application Style Guidelines. Sun Microsystems, Inc 1991. 66 p.

97. OSF/MOTIF, Open Software Foundation, MOTIF Release 1.2. 43 p.

98. Petri K. A. Kommunication mit Automaten, Schriften des Rheinish, Westfalis-chen Institutes für Instrumentelle Mathematik and der Universität / K. A. Petri. Bonn, 1962.-201 p.182

99. Postel J., Editor. Transmission Control Protocol. STD 7, RFC 793, 1981, September.-P. 121-134.

100. Poulin J. S. The Business case for Software Reuse / J. S. Poulin, J. M. Caruso, D. R. Hancock. IBM Syst. Journal. - Vol. 32, 1993. - №. 4. - P. 567-594.