автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка методов анализа и средств построения локальной вычислительной сети производственного назначения

Р Г Б

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ п ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ « (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

КОВАЛЕВ АНДРЕЙ ГЕННАДИЕВИЧ

УДК 681.324

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА И СРЕДСТВ ПОСТРОЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

05.13.13 - Вычислительные маи.лны, комплексы, системы и сети.

Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском Государственном Институте Электроники' и Математики (Технический Университет). . Научный, руководитепь-доктор технических наук,п;>офеосор Е.А.САКСОНОВ

Официальные оппоненты:

Ведущая организация указана в решении Специализированного Совета.

За-ци^а Аиссертацки состоится *_"_ 1994 г. в_•_час. на заседании Специализированного Совета К 063.68.01 Московского Государственного Института Электроники и Математики (Технический Университет) по адресу: 109028, Москва, Б.Вузовский пер., дом 3/12, МГИс М.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "__"_ 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат технических наук,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.Одним из основных направлений ускорения научно-технического прогресса является создание и внедрение а 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 взаимодействия сетевых элементов придбретает 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 вииманио 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 областью применения используемых аппаратно-программных средств сопряжения.

Достижение поставленной цели 1редполагает решение следующих зада;

- формализация задачи выбора локгльной I ¿числительной сети производственного назначения;

- Разработка и теоретическое обоснование способов построения аналитических моделей ЛВС к а 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.

Садччн исследования. Основными задачами, решаемыми в диссертации являются:

- анализ основных характеристик и параметров отечественных и зарубехеных локальных вычислительных производственных сетей;

• разработка имитационных моделей для анализа основных илеменгов и структуры ЛВС со станциями коммутатордми.а также расчет характеристик и ларам.¡троь средс~в сопряжения;

- создана о пакета прикладных программных средств для обработки имитационных 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 реферативном подходи к моделированию сложных систем. Крог/е этого, широко используются средства имитационного моделирования вычислительных систем и также современные методы создания прикладных программных средств.

Научная новизна состоит в;

- выборе ь лвого объекта исследования: функционально ориентированные иерархические распределенные микропроцессорные системы управления спецтехнологическим контрольно-испытательны ■л оборудованием,реализованной в виде локальной вычислительной сети;

• постановке и решении задач структурного синтеза рэдгчрв^еде^ы* иерархических сетевых структур с учетом параметров средств сопряжения и ограничений,связанных с особенностям» примвне.-ида системы и «"спгльзуемых технических средств;

• разработке методики сопряжения моделей отдельны* объектов в иерархической системе моделирования;

• разработке способов построения имитационных моделей различной сложности и точности на основе обобщенной модели сетдоого взаимодействия элементов РСУТП;

-разработке алгоритмов имитационного моделирования ЛВС грорэрод ственного назначения для анализа процессов внутри рассматриваемой сети и оценки алгоритмов преобразования передаваемого сообщения ' при межсетевом взаимодействии.

- в процессе выполнения р^Зоты были созданы:

- интегрированный пакет прикладных программ для анализа иерархических сетевых структур заданной конфигурации методом имитационного моделирования с регенерацией и повторными экспериментами;

- многозадачная операционная система реального времени, ориентированная на использование в сетевых узлах коммутации пакетов;

Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты проведенных научных исследований и разработок были использованы при создании пакета прикладных программ, позволяющего проводить расчет основных характеристик ЛВС. Программный комплзке реализован в видг интегрированной 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 программного комплекса позволило: .- определить состав и структуру сетевых агпаратио - программных средств для автоматизированной системы управления гибким производственным участком механообработки;

- оценить оффективность использования протокола сетевого взаимодействия в рамках заданной РСУТП;

- оцени.ъ производительность цехового управляющего комплекса механообработки;

- определить основные параметры технологического участка. Нэ'чные и практические результаты диссертационной работы внедрены ьа машиностроительных прздприятиях г.'Иосквы и использованы при

анализ« 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 иа^но-техническом совещании-семинаре "Микропроцессорные системы управления технологическими процессами в ГПС" (Одесса, 1990), семинарах журнала "Микропроцессорные средства и системы' в 1987 - 1989 годах, посвященных аппарлтно • программной реализации многомашинных комплексов и локалы-ых вычислительных сетей.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ. Результаты диссертации вошли в три отчета об ОКР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 120 наименований и приложения.Основной текст диссертации занимает 150 страниц машинописного текста, включает 20 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ •

Во введении обоснована актуальность проблемы, определяется цель исследований, приведены основные научные положения и результаты, вынесенные на защиту.

В первой главе по материалам отечественных и зарубежных публикаций приводится обзор наиболее известных локальных вычислительных сетей, которые могут быть использованы для построения распределенных систем управления технологическими процессами. Выделены особенности функционирования,к наиболее важным из которых относятся:'

- возможность изменения и развития конфигурации сети;

- работа в реальном масштабе времени;

- высокие требования к надежности аппаратно - программного обеспечения;

- использование в качестве абонентов ЛВС разнородных вычислительных систем управления;

- комплексное использование синхронных и асинхронных' методов обмена информацией;

- защита передаваемы* дайны* от внешни* источников искажения информации (электромагнитные поля, повышенная вибрация климатические воздействия и др ),

• объем и интенсивность обмена (от десятков байт до сотен килобайт через промежутки времени порядка десятков секунд • единиц минут;

- количество оконечных систем (единицы • десятки);

• протяженность физического канала передачи данных (ог десятков до сотен метров, а иногда и достигает единиц километров).

Для оценки качества построения ЛВС и ее функционирования определены основные характеристики распределинной системы, к которым относятся: производительность, топология, обеспечение доступа к коллективно используемым ресурсам.протокола и стандарты передачи данных. Показана-зависимость этих характеристик от таких показателей, как структура распределенной системы управления, интенсивность поступления входной информации, длина передаваемого ткета, скорость передачи информации по каналам связи, среднее время обслуживания заявок определенного класса в сетевых средствах сопряжения, методы коммутации, протоколы и стандарты передачи данных.

Общая эффективность системы определена как функция ее характеристик, которые в свою очередь должны удовлетворять требованиям используемого протокола передачи информации по сети.

Основными задачами проектирования технического обеспечения производственной ЛВС являются: разработка и выбор топологической структуры комплекса технических средств и каналов связи, выбор конкретных • типов оборудования.

. Задача еыбооа физической структуры локальной сети формулируется следующим образом: при заданных характеристиках информационных лото-ков.параметрах, технических и программных средств определить такую физическую структуру, при которой минимизируется некоторая целевая функция при заданных ограничениях.

Решение задачи выбора структуры позволяет определить элементный состав сети, количество, требуемые пропускные способности и скорости передачи каналов связи, типы связных станций. Это дает возможность оценить такие характеристики связной аппаратуры как: суммарная интенсивность передаваемых сообщений, проходящих че-рез каждую сетевую станцию, объем буферной памяти станций, скорости передачи по каналам, алгоритм обслуживания заявок.

По результатам анализа ряда отечественных и зарубежных производственных ЛВС составлена обобщенная структура сети в виде иерархической совокупности конфигурации типа общая шина и звезда. Отмечено, что.

иерархия комплекса нередко полностью или частично следует иерархии управления производством.

Основными элементами сети являются сетевые станции-концентрато-ры,осуществляющие коммутацию и преобразование сообщений, передаваемых от абонентов в сеть и обратно.

На основе анализа основных характеристик ЛВС выявлены перспективы развития локальных сетей в ближайшем будующем. Здесь же содержатся сведения о работах по автоматизации проектирования и управления ЛЕС. Показано, что использование локальных сетей связи представляется более универсальной методологией, ориентированной на выбор средств вычислительной техники и средств связи для построения распределенных АСУТП.

Во второй главе приведен анализ одной из основных областей применения локальных производственных сетей - Гибкого Автоматизированного производства (ГАП). Приводятся основные свойства типовых элементов ГАП. Показано, что при создании' иерархических систем управления одной из важных функций управления является информационный обмен между различными уровнями. Одним из методов реализации такого обмена является метод применения сетей ЭВМ.

Для взаимодействующих в составе ГАП элементов распределенной системы управления выделены типовые информационные структуры. Все информационные обмены сгруппированы по потокам и функциям и разбиты по типам диалога.

К основным данным,необходимым для построения ЛВС производственного назначения относятся:

- географическая карта прикладной области с указанием местораспо-жения и типов оконечных устройств;

- список оконечных устройств по типам порождаемого и потребляемого трафика;

- матрица интенсивностей передачи сообщений между оконечными системами;

- требования к надежности и отказоустойчивости;

- матрица допустимых задержек передачи сообщений между оконечными системами.

Проект ЛВС должен содержать:

- географическую карту ЛВС с обозначением сетевых компонент;

- список типов используемых программно-аппаратных средств;

- специфи кацию типов и количество сетевых компонент;

- характеристики ЛВС: пропускная способность, задержки, надежность и т.д.

. В процессе выбора и проектирования ЛВС необходимо учитывать ряд требований прикладной области. Перечисленные основные отличительные характеристики и факторы, влияют на выбор комплекса аппаратно-программных средств и проектирование соответствующей сетевой конфигурации.

Отсутствие отечественных однородных комплексов управления механо-обрабатывающим производством, одной из важнейших задач ЛВС а ГАП является согласование различных систем управления по уровням электрических сигналов, временных диаграммам, логическим правилам информационного обмена и т.д.

В дисертационной'работе анализ параметров, определяющих основные характеристики ЛВС в ГАП проводится на примере распределенной системы управления механообрабатывающим цехом.

В состав цеховой управляющей системы входят:

- центральная управляющая подсистема;

- подсистема оперативного планирования и управления;

- цеховая библиотека технологических программ;

- автоматизированная складская подсистема;

- автоматизированная транспортная подсистема,

- до 8-ми подсистем управления групповым технологическим оборудованием;

- до 32-х станков с числовым программным управлением и до 32-х управляемых роботов.

Описано взаимодействие между технологическими службами и управляющими системами на верхнем уровне управления цехом. Отмечено, что именно этот уровень оказывает наибольшее влияние на выбор информационной передающей среды.

Для об'единения элементов распределенной системы управления в сеть используются широко известные интерфейсы связи типа ИРПС и RS232-C. В качестве протокола связи используется стандарт SECS (Semi-condactor Equipment Communication Standart) института SEMI (США). Выбранный стандарт позволяет легко создать интегрированную гетерогенную среду для нужд электронной и металлообрабатывающей промышленности.

Однако в связи с поддержкой протоколом SECS лишь связи типа ведущий-ведомый и отсутствием регламентации на процедуру обмена сообщениями между ЭВМ в составе ЛВС иерархической конфигурации, поставлена задача разработки комплекса программно-аппаратных средств решающего следующие задачи: координация приема многоблочных сообщений; реализация механизма согласования запросов с ответными сообще-ниями;обнаружение ошибок в транзакциях; разбиение сообщений, стоящих в очереди на передачу для данного канала связи на блоки длиной не более 244 байта; обслуживание приоритетных сообщений.

Благодаря этому в состав интегрированной среди управления АСУТЛ могут входить как высокопроизводительные специали (ироьанпые системы так и встроенные микроконтроллеры

Для этих целей необходимо разработать оригинальную многозадачную операционную систему реального времени ориентированную на использование в сетевых узлах коммутации пакетов.

Модульная структура построения программных сетевых средств позволяет отключать или подключать отдельные услуги в зависимости от потреб- « костей конкретного узла связи, а также реконфигурирова>ь как отдельные елемвнты так и всю систему.

8 качестве примера использования предлагаемой методики анализа производственных ЛВС выбрана цеховая управляющая структура, разработанная в НИИ "Зенит* ((.Зеленоград). В работе содержится подробное описание основных компонент среды передачи информации. В заключении к главе описывается постановка задачи и определяется цель настоящей работы.

В третьей главе проееден анализ аппаратно-программных средств специализированной ЛВС производственного назначения.

Одним из основных компонентов ЛВС является протокол передачи информации между абонентами сети. Возможность применения каждого конкретного протокола связи определяется совокупностью аппарат но ' -программных средств заданной сети. Поэтому основной задачей « данной работе является анализ сетевой среды для ее согласования о ограничениями, предъявляемыми используемым протоколом связи SECS.

В качестве основного критерия соответствия между протоколом связи и сетевой средой выбрано время доставки сообщения, т.к. выполнение любой транзакции- зависит от временных ограничений, накладываемых на элемент транзакции.

Предварительное описание основных характеристик ЛВС основано на методах теории массового обслуживания. Каждая сетевая. станция представлена в виде совокупности систем массового обслуживания о очередями к разделяемым рексурсам.

Время доставки любой заявки между сетевыми абонентами складывается из времени передачи между абонентами и сетевыми станциями, времени обслуживания в каждой сетевой станции и времени передачи сообщения по моноканальной структуре. Используя принятые на рис.1 обозначения, определим время доставки сообщения от одного ебонента Si другому Sj как:

Tij«TSfKi+TKI+TM+TK|+TK|SJ

(1)

где Т&К1 • время передачи заявки от абонента Э! к сетевой станции Ю,

ТК|5| - время передали заявки от сетевой станции К1 к абоненту

ТК.(ТК|) • время обслуживания -заявки в сетевой станции с

номером К! (К|); ТМ • время передачи по моноканалу:

Сложность вычисления (1) определяется составом с апператно - программных средств каждой сетевой станции.

Рис.1 Структурная схема локальной вычислительной сети производственного назначения.

К основным особенностям аппаратного обеспечения относятся:

- механизм приоритетных прерываний;

- синхронизация взаимодействия входящих в состав сетевой станции процессорных элементов;

- обеспечение прямого доступа к памяти.

К особенностям программного обеспечения относятся:

- использование операционной системы реального времени;

- программная реализация СЭМА/СО метода доступа к моноканалу;

- программная реализация всех сетевых уровней используемого

протокола связи SECS;

- обслуживание заявок с использованием механизмов FIFO, FIFO, абсолютная и относительная приоритетность, случайный выбор.

Перечисленные выше особенности но позволяют получить достаточно простое и полное аналитическое описание основных характеристик ЛВС. Поэтому приведенные в главе математические выражения могут быть использованы только для предварительного анализа, а также для определения степени адекватности, описанной в четвертой глав«, имитационной модели и реального об'екта.

Для построения и исследования более полной, уточненной модели специализированной производственной ЛВС используется имитационное моделирование. При этом каждая сетевая станция представлена в виде агрегата,а связь между агрегатами осуществляется по выделенным каналам. Для каждого из агрегатов задано првстранство состояний, а также пространство управляющих и входных сигналов.

Кроме этого, в главе приводится краткое описание особенностей основных методов моделирования:аналитического, имитационного и экспериментального. Приведены результаты экспертной оценки этих методов для анализа ЛВС в иерархических структурах управления технологическими процессами на производстве.

Для' проведения имитационного моделирования предлагается разработать программу, которая может быть выполнена на определенном классе ЭВМ.

Таким образом использование теории агрегатов для построения имитационной модели хорошо согласуется с особенностями программно -аппаратных средств локальных вычислительных сетей. Поэтому, в качестве основного метода анализа основных характеристик специализированной производственной ЛВС в данной работе выбран метод имитационного моделирования сложных вычислительных систем,

В четвертой главе содержится решение задачи построения и описание моделирующего комплекса, а также приводится анализ полученных результатов. В качестве основного элемента комплекса выбран персональный компьютер типа IBM РС/ХТ/АТ или совместимая с ним модель. Компьютеры этого класса обладают достаточной вычислительной мощностью, богатыми и гибкими возможностями представления входной и выходной информации, удобством использования и т.д.

В качестве языка моделирования выбрана интегрированная программная оболочка "Turbo С++" фирмы Borland International.

К особенностям разработанной модели следует, отнести использование в программе моделирования отдельных фрагментов, полностью

заимствованны* из рабочей системы, т.к. при разработке ПО каждой сетевой станции был использован этот же универсальный язык программирования. Разработанное ПО моделирующего комплекса позволяет гибко и удобно организовать' работу оператора ЭВМ. Процесс моделирования в любой момент времени модет быть прерван или приостановлен для корректировки. Результаты моделирования могут быть выведены на экран монитора или принтер в табличном или графическом виде. Для устранения погрешностей моделирования на начальном этапе используется регенеративный подход. Это позволяет получить обоснованные и самостоятельные статистические результаты для очень большого и важного класса моделей систем со случайными элементами.

Для проверки соответствия модели исследуемому объекту используются аналитические выражения полученные в третье главе настоящей работы.

В результате моделирования были получены следующие основные характеристики сети:

- среднее время доставки сообщений между абонентами а зависимости от количества сетевых станций, интенсивности сетевого тоафика, длины передаваемого информационного пакета и скорости передачи;

- среднее время передачи сообщений по моноканальной структуре в зависимости от количества сетевых станций и интенсивности трафика;

- средняя длина очереди для каждой сетевой станции в зависимости от величины сетевого трафика, длины передаваемого пакета и скорости передачи информации между абонентами и сетевыми станциями;

- среднее| время обслуживания заявок (по классам) в зависимости от интенсивности поступления в сеть заявок данного класса.

Это позволило оценить среднюю продолжительность транзакции для нормального и увеличенного сетевого трафика а также определить требуемый объем оперативной памяти, отводимой в сетевой станции под приемопередающие буферы.

В процессе моделирования может быть получена оптимальная конфигурация локальной производственной сети в зависимости от загрузки технологического оборудования РСУТП, определяемой номенклатурой выпускаемой продукции.

Одной из отличительных особенностей разработанной программы моделирования основных характеритик ЛВС является возможность изучения широкого круга вопросов, связанных с особенностями внутрисетевого и межсетевого взаимодействия.' Так, например, при объединении производственной технологической сети с информационной сетью и создании новой инфраструктуры автоматизированного управления предприятием, объединением и т.д. программа позволяет оценить эффективность межсетевых шлю-

зов и моете з, а также выбрать оптимальные алгоритмы преобразования передаваемой инофрмации при межсетевом взаимодействии.

Насущность и важность анализа сложных сетвиых комплексов определяется наличием "узких мест" в системе и необходимостью выбора оптимальной структуры и конфигурации ЛВС в зависимости от конкретного приложения.

В заключении содержится анализ поставленной задачи и методов м решения, описывается практическая ценность изложенного материала, приводятся выводы к работе, а также предложения по использованию научных и практических результатов диссертационной работы в различных отраслях народного хозяйства.

В приложении приводятся акты об использовании результатов, полученных в диссертационной работе.

По результатам диссертационной работы на НПО "Зенит" (г.Зепено-град) была спроектирована и внедрена локальная вычислительная сеть производственного назначения, предназначенная для управления цехом механообработки. Проведенный анализ позволил:

- определить оптимальное количество (4) сетевых станций - коммутаторов производственной сети цеха НПО "Зенит" для минимизации времени доставки сообщений между абонентами;

- пыбрать конфигурацию аппаратных средств коммутации в сети;

- минимальный обьем оперативной памяти, отводимой под буферное пространство очереди сообщений (16КБ);

- алгоритм обработки информации в каждом узле коммутации сети (древовидный FIFO);

- оптимальную скорость передачи информации по моноканалу и можду абонентом и сетевой станцией-концентратором (1200 Бод);

• скорректировать карту подключения абонентов к сетевым станциям, что позволило сократить время доставки сообщений между абонентами в 4 раза и снизить сетевой трафике 2 5 раза;

- необходимое количество модулей связи с абонентами (4) в каждой сетевой станции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показано, что автоматизация технологических производственных процессов предполагает создание и развитие распределенных систем управления, построенных по иерархическому принципу. Одним из способов объединения отдельных единиц технологического оборудования в интегрированную среду является использование локальных вычислительных сетей с концентраторами. Отсутствие достаточно простых, дешевых и универсальных аппаратно-программных сетевых средств, ориентированных на разнородное технологическое оборудование, многообразие предлагаемых управляющих систем и комплексов,многофункциональность,необходимость работы в реальном масштабе времени.сложность используемых аппаратно-программных средств, разнородность технологического оборудования привели к необходимости создания локальной вычислительной сети производственного назначения, ориентированной на использование в условиях современного отечественного производства,* что требует разработки методов анализа сложных сетевых структур как на этапе разработки, так и1 в процессе эксплуатации.

2. Многообразие методов аналитического, имитационного и экспериментального анализа локальных вычислительных сетей основано на многочисленных допущениях и ограничениях, выборе в качестве объекта исследования узкоспециализированных систем с особой архитектурой.

Отсутствие, в настоящее время, универсальных, простых, эффективных и достаточно точных методов исследования привело к необходимости разработки методики анализа основных характеристик локальных вычислительных сетей производственного назначения. Предлагаемый в настоящей работе подход, основан на комплексном использовании методов аналитического и имитационного моделирования и позволяет:

- предварительно оценить количественные и качественные показатели локальной вычислительной сети производственного назначения;

• выявить характер изменения основных сетевых характеристик, подле жащих анализу;

- проверить степень адекватности построенной имитационной модели и реального объекта исследования.

3. Выбраны наиболее существенные характеристики ЛВС, определяющие возможность использования предлагаемых аппаратно-программных сетевых средств для создания информационной передающей среды РСУТП. При этом в качестве основного критерия использовались количественные и качественные соответствия между требованиями используемого протокола связи и возможностями ЛВС производственного назначения. Показано, что особое значение Ь рамках современного автоматизированного производства

приобретает выбор состава, архитектуры и типов технических средств используемых при создании ЛВС. Поэтому в работе тщательному анализу подвергаются: архитектура распределенной системы и схема подключения абонентов к сетевым ресурсам, объем памяти, отводимой в каждой сетевой станции-концентраторе для создания лриемо-передающего буферного пула, оптимальная скорость передачи информации между абонентами и сетевыми станциями, а также длина информационного пакета.

4. Разработан метод оценки адекватности модели в которой применяется обобщенное аналитическое представление ЛВС с использованием методов теории вероятности и теории массового обслуживания. В качество меры адекватности служит нормированное отклонении DU характеристики Uo оригинала и Um модели:

OU - jUo • Um|/Uo.

Показано, что использование математического аппарата для оценки адекватности обладает следующими преимуществами: возможность более полного исследования системы, лучшая схема формализации, отсутствие технической и программной поддержки, низкая стоимость и короткие временные сроки проведения анализа.

5. Получены количественные и качественные оценки основных характеристик ЛВС и аппаратуры сопряжения абонентов с сетью, что позволило:

- выбрать оптимальное количество сетевых станций - концентраторов и ° схему подключения абонентов к станциям для удовлетворения требованиям используемого протокола связи и циклограмме технологического процесса;

- определить объем памяти (ОЗУ и ПЗУ) для каждой сетевой станции,

- оценить среднее время доставки информационных пакетов между сетевыми абонентами;

- оценить среднее время передачи информационных пакетов по моно-капьной сетевой структуре; .

- определить компоненты ЛВС наиболее сильно влияющие на характер протекающих процессов передачи информации;

• выбрать оптимальную длину передаваемого пакета для минимизации среднего времени доставки сетевых сообщений и обеспечение величины трафика, приемлемой для данного приложения;

- определить возможность использования данных аппаратно-программных сетевых средств и протокола связи SECS для РСУТП с задан ным диапазоном параметров цмклограммы технологического процесса механообрабатывающего производства.

6. Получены результаты моделирования для двух типов сетевого трафика: нормального (характерного для конкретного приложения в рамках РСУТП) и увеличенного в 10 раз. Это позволило оценить характероведения ЛВС для широкого диапазона номенклатуры изготовляемых изделий и различных значений параметров технологического цикла. За счет этого было получено более полное представление о характере процессов, протекающих в данной РСУТП, а также были определены возможные применения предлагаемой ЛВС в различных отраслях народного хозяйства.

7. Результаты данной диссертационной работы -были использованы при создании экспериментального автоматизированного участка механообработки и при разработке информационной передающей среды для гибкого автоматизированного производства в рамках цеховой структуры промышленного предприятия. Акты внед^ния и сумма полученного экономического эффекта приводятся в приложении к данной работе. Предлагаемая методика анализа ЛВС производственного назначения, а также пакет прикладных программ моделирования могут Сыть использованы для вновь создаваемых, или уже эксплуатируемых сложных сетевых структур и связанных с ними приложений в распределенных системах управления технологическим .и контрольно-испытательным оборудованием.

Основные положения и результату диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Хмелевский A.M..Ковалев А.Г. Локальная сеть производственного назначе-чения // Микропроцессорные средства локальной автоматики:

Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. -Гродно, 1989. - С.4-5.

2. Ковалев А.Г. Об одном методе моделирования локальной вычислительной сети производственного назначения // Микропроцессорные системы управления технологическими процессами в ГПС: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. совещания-семинара. - Одесса, 1990

- С. 48-49.

3. Хмелевский A.M., Камков A.A., Ковалев А.Г. Интеллектуальный контроллер локальной сети // Микропроцессорные средства и системы - 1988. - N 6.

4. Хмелевский A.M., Камков A.A., Ковалев А.Г. Интеллектуальный контроллер локальной сети // Mhi югроцессорные средства и системы - 1990. - N 5. -С. 70-72.

5. Хмелевский A.M., Ковалей А.Г. Локальная сеть прои:.родственного назнасения // Микропроцессорные средства и системы-1'.91. - N 1.

Подиомо к начата I3.I0.94r. Зак.139 Т«рДОО-ОбъЧм In.. МГЛсМ, Москва,;л.11лонерская ул.,12-

Щ