книги / Передача информации в распределенных информационно-управляющих системах

Различают надежность невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем и устройств.

Надежность первых характеризуются интенсивностью отказов, средним временем наработки на отказ, вероятностью безотказной работы.

Надежность восстанавливаемых систем и устройств оценивается коэффициентом готовности, количественно характеризующим долю времени, в течение которого система или служба находится в работоспособном состоянии, интенсивностью отказов и средними временами наработки на отказ и восстановления системы.

Еще одной характеристикой надежности функционирования сложных систем является отказоустойчивость (fault tolerance). Под отказоустойчивостью понимается способность системы сохранять работоспособность при отказе отдельных ее элементов. Достигается это за счет аппаратно-структурной избыточности системы либо функциональной (алгоритмической) избыточности, допускающей деградацию системы (снижение показателей качества, эффективности либо производительности системы при наличии отказов ее элементов).

Производительность, достоверность, надежность, отказоустойчивость системы характеризуют доступность системы и, следовательно, всех ее ресурсов (по требованию, по заявке пользователя).

Информационная безопасность (ИБ) характеризует способ-

ность информационной системы (ее программного, аппаратного и информационного обеспечения) противостоять преднамеренным (злонамеренным) действиям (помехам) противника (персонал, хакер, конкурент, пользователь).

Основой ИБ системы (предприятия) является политика ИБ – свод правил, регламентов, предписаний, структур, устройств и пр., реализация которых гарантирует обеспечение требуемого уровня ИБ.

Комплексная безопасность включает в себя, кроме обеспечения ИБ, еще иные меры защиты – организационные, юридиче-

101

ские, технические (защита внешнего периметра, экранирование внешних наводок либо излучений и др.).

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть. Обычно масштабируемое решение обладает многоуровневой иерархической структурой, которая позволяет добавлять элементы на каждом уровне иерархии без изменения главной идеи проекта (алгоритмов, ПО и АО других уровней сети).

Масштабируемая система должна обеспечивать возможность простого наращивания функциональных возможностей и размеров путем включения новых компонентов как в аппаратную, так

ипрограммную часть системы без модификации старых, опробованных программных и аппаратных модулей.

Примером хорошо масштабируемой сети (реализации концепции масштабируемости) является Интернет, многоуровневая модель (корреспондирующая с семиуровневой моделью ВОС/МОС)

итехнологии которого (Web-технологии (HTTP, HTML, поисковые системы), приложения, ТСР /IP, алгоритмы маршрутизации

ипр.) оказались способными поддерживать сеть в масштабах земного шара.

Технология ТСР/IP, на которой построен Интернет, также позволяет строить иерархические сети. Основной протокол Интернета (IP) основан на двухуровневой модели: нижний уровень составляют отдельные сети (чаще всего сети корпоративных пользователей), а верхний уровень – это составная сеть, объединяющая эти сети.

Стек ТСР/IP поддерживает также концепцию автономной системы (АС). В автономную систему входят все составные сети одного поставщика услуг, так что автономная система представляет собой более высокий уровень иерархии, чем отдельная сеть

102

корпоративного пользователя. Понятие открытости достаточно многогранно и не стандартизовано. Поэтому практически можно говорить только о степени открытости системы, указывая, что именно понимается под открытостью в каждом конкретном случае. Степень открытости можно оценить количеством реализованных признаков открытости.

Как правило, под открытостью системы понимают ее соответствие современным промышленным стандартам, которое обеспечивает возможность интеграции с другими открытыми системами. Однако понятие открытости нужно трактовать шире: оно должно подразумевать, что система не только удовлетворяет стандартам, но стандарт является общепризнанным, а в свободной продаже имеются аналогичные системы других производителей по конкурентоспособным ценам.

Таким образом, с учетом изложенного допустимо следующее толкование открытости системы: открытой называется модульная система, которая допускает замену любого модуля на аналогичный модуль другого производителя, имеющийся в свободной продаже (подразумевается реализация такого признака, как удовлетворение общепринятым промышленным стандартам) по конкурентоспособным ценам, а интеграция системы с другими системами (в том числе с пользователем) выполняется без преодоления чрезмерных проблем.

Истинно открытая система составляется на основе продуктов или устройств и систем от многих производителей оборудования. Это означает, что самые лучшие продукты от различных производителей можно использовать вместе в рамках одного и того же решения. Истинно открытая система обеспечивает большую степень гибкости, а это означает, что добавления, перемещения и изменения, которые происходят на практике по мере расширения бизнеса, могут быть реализованы без переработки всей системы. Истинно открытая система обеспечивает масштабируемость, то есть расширение системы без ее замены (таким образом, можно говорить о сохранении инвестиций).

103

Например, в международном масштабе конечные пользователи признают, в частности, технологию LONWORKS в качестве стандарта открытых систем, применяемого в многочисленных отраслях промышленности.

В отличие от открытых закрытые системы разрабатываются по внутренним стандартам отдельных предприятий. Части (модули) закрытых систем не могут быть заменены аналогичными изделиями других производителей, а заказчик, однажды применив закрытую систему, навсегда оказывается привязанным к ее разработчику.

Контрольные вопросы

1.Рассмотрите принципы организации сетей с коммутацией пакетов.

2.Семиуровневая модель OSI/ISO, ее назначение и краткая характеристика уровней.

3.Как организован дейтаграммный способ передачи данных?

4.Как организован способ передачи данных с установлением логического соединения?

5.Как организован способ передачи данных с установлением виртуального соединения?

6.Полевые технологии, их назначение и основы реализации.

7.Способы измерения характеристик в системах с КП.

104

Глава 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ СЕТИ

(РИУС) LONWORKS

РИУС на основе «полевой технологии» являются основой инновационных IT-технологий, востребованных всеми сферами экономики, обороноспособности и жизнеобеспечения населения, в частности, в сфере автоматизации промышленного производства, транспорта и жилищно-коммунального хозяйства.

Создание и внедрение указанных систем в инфраструктуру городов позволят эффективно решить задачи энергосбережения, экологической очистки воды, формирования комфортного климата в промышленных и жилых помещениях, водоснабжения и водоотведения (комплекс задач отопления, вентиляции, водоснабжения и канализации или канализования (ОВВК)) и другие задачи жизнеобеспечения населения.

Из всех систем с «полевой технологией» LonWorks является наиболее молодой и перспективной системой. При ее разработке учитывалось, что все основные ниши на рынке систем автоматизации были заняты и поэтому было решено создать систему, которая бы могла использоваться универсально. В итоге была создана система, которая отличается от остальных тем, что может применяться в 75–80 % всех приложений.

Технология LonWorks обязана своему появлению на свет американской компании ECHELON (Пало Альто, Калифорния), которая была основана в 1988 г. А. Марккулой (А.С. Markkula), одним из создателей известной компании Apple Computer. Среди основных акционеров компании ECHELON есть ряд очень из-

вестных компаний: Motorola Inc., Apple Computer, 3COM Corporation, U.S.Venture Partners, Quantum Fund (George Soros).

Технология LonWorks базируется на использовании специального интерфейсного кристалла, получившего название Neuron Chip. В 1990 г. компания ECHELON объявила о заключении договора с компаниями Toshiba и Motorola об исключительном праве этих компаний на производство кристалла Neuron.

105

Технология LonWorks – это концепция построения открытых коммуникационных сетей управления (LON – Local Operating Networks) как крупными (аэропорт, здание, цех), так и небольшими объектами (комплексы оборудования домашнего назначения, некотороеоборудованиесдатчикамииисполнительнымиустройствами).

Cети LON (технология LonWorks) стали стандартом для систем автоматизации зданий, в промышленном управлении (АСУ ТП) и ряде других областей. Таким образом, оптимальное применение технологии LonWorks – это сеть полевого уровня автоматизации зданий, особенностями которого являются большая протяженная линий связи и сравнительно небольшой объем трафика внутри сегмента. На рис. 4.1 представлен пример реализации LonWorks-сети для штаб-квартиры ФУГА.

Состав штаб-квартиры ФУГА:

управление ОВВК;

318 устройств LONWORKS:

–366 точек ввода/вывода;

–мониторинг свыше 1600 точек сбора данных;

устройства от многих производителей:

–Johnson и Honeywell;

–приводы с регулируемой скоростью компании ABB;

–компания McQuay Chillers.

LonWorks – это не просто распределенная система управления, а скорее система с распределенным интеллектом, где устройства могут самостоятельно обрабатывать события и имеют встроенное программное обеспечение.

Сети LON (Local Operating Networks) – это информационно-

управляющие сети или распределенные информационно-управля- ющие системы, т.е. системы с децентрализованным обменом информацией. Данными здесь являются показания, поступающие от различного типа датчиков (влажность, температура, давление

ипр.). В этом случае датчики, а также исполнительные устройства

иконтроллеры являются сетевыми устройствами.

106

Рис. 4.1. Пример реализации LonWorks-сети

Итак, основные достоинства и области применения техноло-

гии LONWORKS:

–автоматизация зданий и домов, транспорт, управление процессами;

–разнообразие в выборе изготовителей оборудования, сетевых сред, интеграторов, архитектур;

–зарекомендовавшая себя технология, открытый протокол, легкие в использовании средства разработки, быстрое проникновение на рынки.

4.1. Общая характеристика аппаратного и программного обеспечения сети LonWorks

Сеть LonWorks содержит интеллектуальные устройства, называемые узлами (рис. 4.2). Узлы соединены, что обеспечивает связь одного узла (узлов) с другим (другими), одной или несколь-

107

кими средами коммуникации. Коммуникация организуется посредством коммуникационного стека протоколов (КСП), так называемого LonTalk-протокола – специального коммуникационного протокола LonWorks сетей.

Главной аппаратной составляющей технологии LonWorks является кристалл Neuron Сhip. Программной основой сетевого взимодействия узлов LonWorks является открытый стандартизованный протокол LonTalk.

Рис. 4.2. Структура LonWorks-узла

По своей концепции LON-сети имеют ряд особенностей:

технология поддерживает применение различных сред передачи сигнала как проводных (медная витая пара, оптоволокно), так и радиочастотных, инфракрасных или передачу по питающей сети;

устройства в сети LonWorks равнозначны. Нет разделения на основные (Master) и подчиненные (Slave) устройства;

в технологии реализована событийно-ориентированная логика: в отличие от централизованных систем управления, где основной трафик сети генерируется опросом подчиненных устройств, в сетях LON основу трафика составляют пакеты, несущие информацию об изменениях параметров среды (события). Получение данных методом опроса считается неэффективным;

LonWorks-сети, построенные на витой паре (примерно 85 % всех каналов LonWorks), поддерживают различные топологии, включая свободную;

каждое устройство имеет встроенное программное обеспечение, программы выполняются по событию.

108

Объект «Узел» (Node Object) в LonWorks-узле поддерживает управление узлом в целом – запрос определенных режимов работы объектов в составе узла и отображение статуса объектов в узле.

Объекты LonMark могут быть неспециализированными (общего назначения). Функциональность подобных объектов используется другими объектами узла, например: запрос статуса (состояния) узла или одного из объектов в составе узла, ответ о статусе узла или объектов узла, приведение объектов в нормальное состояние и пр.

Также объекты LonMark могут быть специализированными, например температурный датчик, датчик давления и т.п. Специализированные объекты определяются через функциональные профили LonMark-объектов.

Для получения желаемой функциональности узла должна быть написана прикладная программа. Код приложения вместе с соответствующим аппаратным обеспечением придают yзлу требуемую функциональность. Прикладная программа пишется на Neuron С – языке программирования, основанном на ANSI С (стандарте С). Neuron С включает расширение для работы в реальном времени микрокода Neuron Chip (исполняемых микрокоманд (микропрограмм) приложения).

На протяжении этого этапа разработки также определяется интерфейс, который будет доступен другим узлам. Поэтому этот интерфейс должен быть разработан «совместимым». «Совместимый» узел может быть легко подключен к другим узлам без ка- ких-либо особенных требований.

«Совместимый» узел должен быть доступен через использование LonMark-объектов прикладного уровня. На рис. 4.3 показан интерфейс прикладного ypoвня LonWorks-узла к «совместимой» сети.

Дополнительно к «совместимому» интерфейсу, основанному на LONMARK-объектах, узел также может поддерживать «несовместимый» интерфейс. Это позволяет производителю и пользо-

109

вателю давать узлу специфические возможности, не предусмотренные стандартом в рамках первоначальной функциональности (профиля).

Рис. 4.3. Интерфейс уровня приложений узла LonWorks

Объект LonMark определяется набором сетевых переменных и конфигурационных параметров. Сетевые переменные и конфигурационные параметры (температура, давление, состояние, текстовые строки, и т.п.) являются данными прикладного уровня протокола LonTalk. Для взаимодействия между узлами вместо команд должны быть использованы данные. Протокол LonTalk реализует прикладной уровень, ориентированный на передачу данных.

110