Выч. системы исп-ся не только как самостоятельные машины, но и как серверы в выч. сетях. Опыт создания серверов на основе SMP и MPP структур показал, что они не обеспечивают хорошей адаптации к конкретным условиям функционирования, а также сложны и дороги в эксплуатации.

Одним из перспективных направлений здесь явл. кластеризация (создание кластерных структур), т.е технология, с помощью которой несколько серверов, сами являющиеся выч. системами, объединяться в единую систему более высокого ранга для повышения эф-ти функционирования системы в целом.

Цели построения кластеров:

1. Улучшение масштабируемости ( способность к наращиванию мощности, быстродействия).

2. Увеличение надежности и готовности системы в целом.

3. Эффективное перераспределение нагрузок между компьютерными кластерами.

4. Эффективное управление и контроль работы системы.

1. Считается, что все элементы кластера имеют аппаратурную, программную и информационную совместимость. Т.о, в сочетании с простым управлением, изменение оборудования в идеальном кластере должно обеспечивать соответствующие изменения значений основных характеристик, таких как производительность, надежность и т.д. Масштабируемость таких структур, как SMP и MPP, достаточно ограничена

2. В кластерах же, при включении в сеть доп. серверов, увеличивается надежность, пропускная способность сетей. Т.о, проблема масштабируемости решается намного проще. Каждый сервер кластера может работать автономно, но в любой момент имеет возможность переключиться на выполнение работ другого сервера в случае его отказа. Надежность данной системы оценивается коэффициентом готовности: Кг=Тр/Тр+Т0 , Тр-полезное время работы системы. Т0-время отказа и восстановления системы.

3. Оно легче всего осущ-ся , если все компьютеры-кластеры работают под единую ОС. Совокупные вычислительные мощности кластеров могут быть сравнимы с мощностями супер-ЭВМ и даже превышать при неизмеримо низкой стоимости.

4)Подразделяет работу с каждым узлом отдельно (т.е иметь возможность временного вывода компьютера – кластера из системы без нарушения работы всего кластера), причем пользователь этого не замечает, т.к. кластерное программное обеспечение, интегрированное в ОС с серверов, позволяет работать с узлами как с единым модулем ресурсов, внося необходимые изменения с помощью одной операции. Такая кластерная система называется SSI

IE — стандартизованный (IEEE 802.3 и 802.11) вариант Ethernet для применения в промышленности, разработан на основе офисной сети.

Особенности IE: Высокая скорость передачи(10Гбит/с), соотв. требованием жесткого реального времени при высоком быстродействии; - простота интеграции с интернет по протоколам (SNMP, FTP, HTPP, TCP/IP); - простота интеграции с офисными сетями; - наличие большого числа специалистов;

- возможность организации многомастерных сетей; - открытые решения; - возможность использования различных топологий; - наличие недорогих коммутаторов, решающих проблему недетерминированности Ethernet.

Сети Ethernet используют только на верхнем уровне АСУ.

Требования к сетям Ethernet:

- Работоспособность в диапазоне от 0 до + 60 С.

- Отсутствие вентиляторов кот-е яв-ся наиболее уязвимом узлом любого оборудования.

- Соответствие требованиям международного стандарта по электромагнитной совместимости: EN 500 81; EN 500 82.

- Устойчивость к вибрационным воздействиям.

- Компактность.

- Возможность быстрого монтажа на DIN рельс.

- Удобное подключение соединительных проводов и информативная диагностическая сигнализация.

- Электропитания источника со стандартным номиналом 19-30 В постоянного тока, с возможностью дублирования питающих линий.

Протоколы применяемые в Industrial Ethernet.

Первым протоколом в Industrial Ethernet был CSMA/CD.

Единственным минусом этого протокола - коллизии которые не позволяют обеспечивать предсказуемость времени доступа к сети. А так же имеют достаточно низкую эффективность (36 %).

Потому на смену этому протоколу приходит семейство протоколов CAN. Разрешение коллизий этим протоколом осуществляется по принципу по битового сравнения сетевых адресов конфликтующих устройств. Здесь станции, пытающиеся передать очередной нолик из своего адреса, видя что реально в канале передается 1-ца понимает что конфликтует и откладывает попытку занять канал, а станция передающая 1-цу спокойно продолжает передачу данных.

Коллизии возникают, но разрешаются предсказуемо и в предсказуемое время.

Дальнейшие развитие протоколов привело к созданию протоколов семейства LON. Здесь в отличии от CAN протоколов аргументами в споре за канал не сетевые адреса, а динамически изменяемые приоритетные уровни пакетов, что позволяет пакету несущему важную информацию и требующему немедленного ответа легче пробиться через поток низко приоритетных информационных обменов.

Данный стандарт весьма популярен в Европе т. к. разработан и активно внедряется фирмой Siemens, представляет собой сеть на базе общий шины с передачей маркера.

А в кач-ве передающий среды применяется экранированная витая пара. Profibus сущ-ет в трех основных модификациях: - Profibus-DP; - Profibus-FMS; - Profibus-PA.Cтандарт принят в 1996 г.

Сеть Profibus- промышленная шина для технологических процессов использует только первый и второй уровни модели OSI.Один из вариантов сети, Profibus FMS, использует также уровень 7 (прикладной). Имеется дополнительный пользовательский уровень. Profibus-FMS предназначен для построения промышленных сетей с несколькими активными станциями и включает в себя доп. типы пакетов.

На физическом уровне Profibus-FMS использует экранированную витую пару интерфейса RS 485 при скорости передач до 12 мбит/с с размерами сегмента сети до 32 устройств. . Количество устройств можно увеличить с помощью повторителей интерфейса. Особые требования установлены к сетевому кабелю. Он должен иметь волновое сопротивление 135-165 Ом при погонной емкости не более 35 пФ/м, площадь поперечного сечения проводников более 0,34 кв. мм. и погонное сопротивление не более 110 Ом/км. Кабель должен иметь одну или две витые пары с медным экраном в виде оплетки или фольги.С обеих сторон линии передачи подключаются согласующие резисторы, которые конструктивно установлены во все сетевые разъемы и подключаются с помощью микропереключателей. При скоростях передачи более 1,5 Мбит/с для согласования линии дополнительно используются плоские катушки индуктивности.

Канальный уровень Profi-Bus наз-ся FDLуровнем. Объект MAC на канальном уровне определяет процедуру передачи данных устройствами, включая управление правами на передачу данных через сеть. Протокол канального уровня обеспечивает выполнение требований: в процессе коммуникации между ведущими устройствами необходимо обеспечить выполнение каждым из них своей задачи, в течение заранее определенного интервала времени; взаимодействие ведущих устройств (контроллеров) с ведомыми должно происходить максимально быстро. Profi-Bus ис-ет логическую топологию кольца. Маркер выполняет роль орбитора, который предоставляет право доступа.Существует 2 метода обмена: ведущий-ведомый и маркер-маркер

Profibus имеет широковещательный режим работы, когда ведущее устройство посылает сообщение "всем", не ожидая уведомления о получении, и многоабонентский режим, когда ведущее устройство посылает одно и то же сообщение сразу нескольким участникам сети. В задачи объекта MAC активного устройства (получившего маркер) входит обнаружение наличия или отсутствия маркера сразу после начала работы сети, передача маркера следующему устройству в порядке возрастания адресов, удаление адресов вышедших из строя или выключенных устройств и добавление новых, восстановление потерянного маркера, устранение дубликатов маркеров, устранение дублирования сетевых адресов и обеспечение заданного периода обращения маркера по сети.

Данный стандарт весьма популярен в Европе т. к. разработан и активно внедряется фирмой Siemens, представляет собой сеть на базе общий шины с передачей маркера.

А в кач-ве передающий среды применяется экранированная витая пара. Profibus сущ-ет в трех основных модификациях: - Profibus-DP; - Profibus-FMS; - Profibus-PA.Cтандарт принят в 1996 г.Сеть Profibus- промышленная шина для технологических процессов использует только первый и второй уровни модели OSI. Profibus-DP представляет сеть распределенного сбора данных, управляемую одним ведущим узлом. Скорость 12 Мбит/сек. На физическом уровне Profibus-DP использует экранированную витую пару интерфейса RS 485 при скорости передач до 12 мбит/с с размерами сегмента сети до 32 устройств. . Количество устройств можно увеличить с помощью повторителей интерфейса. Особые требования установлены к сетевому кабелю. Он должен иметь волновое сопротивление 135-165 Ом при погонной емкости не более 35 пФ/м, площадь поперечного сечения проводников более 0,34 кв. мм. и погонное сопротивление не более 110 Ом/км. Кабель должен иметь одну или две витые пары с медным экраном в виде оплетки или фольги.С обеих сторон линии передачи подключаются согласующие резисторы, которые конструктивно установлены во все сетевые разъемы и подключаются с помощью микропереключателей. При скоростях передачи более 1,5 Мбит/с для согласования линии дополнительно используются плоские катушки индуктивности.

Profibus DP имеет логическую топологию кольца. Маркер выполняет роль арбитра, который предоставляет устройству право доступа. Каждому ведущему уст-ву выдается интервал времени, который устанавливается в настройках сети.

Есть 2 метода обмена: ведущий-ведомый и мастер-мастер.

Profibus имеет широковещательный режим работы, когда ведущее устройство посылает сообщение "всем", не ожидая уведомления о получении, и многоабонентский режим, когда ведущее устройство посылает одно и то же сообщение сразу нескольким участникам сети.

В задачи объекта MAC активного устройства (получившего маркер) входит обнаружение наличия или отсутствия маркера сразу после начала работы сети, передача маркера следующему устройству в порядке возрастания адресов, удаление адресов вышедших из строя или выключенных устройств и добавление новых, восстановление потерянного маркера, устранение дубликатов маркеров, устранение дублирования сетевых адресов и обеспечение заданного периода обращения маркера по сети.

Коммуникационный профиль DP

Основная функция состоит в эффективном обмене данными ПЛК или компьютера с датчиками и исполнительными устройствами.

2 Способа обмена данными:1)апериодический и 2)периодический.

Установка параметров, контроль режимов работы осущ-ся период. режимом.

Периодические обмены, включающие функции: а) считывание инфы, поступающей на входы ведомых уст-в, б)запись инфы на выходы ведомых уст-в, в)диагностика и инсталляция системы, г)устойчивость к внешним дестабилизирующим факторам.

К одной сети можно подсоединить до 128 устройств (но не более 32-х в одном сегменте).

В сети могут использоваться устройства трех типов: DPM1 - центральный контроллер, который циклически обменивается информацией с ведомыми устройствами с заранее определенным периодом; DPM2 - устройство, предназначенное для конфигурирования системы, наладки, обслуживания или диагностики; ведомое устройство - устройство, которое выполняет сбор информации или выдачу ее исполнительным устройствам.

Профиль DP позволяет создавать одномастерную и многомастерную сети. В одномастерной сети DPM1 может получать инфу со всех уст-в, подключенных в сеть, но изменять пар-ры можно только для тех, кот входят в его подсеть.

DPM1 имеет 3 режима работы: Stop - когда не происходит обмена данными; Clear - когда DPM1 может считывать данные, но не может записывать их и выходы всех устройств переводятся в безопасные состояния; Operate - обычное рабочее состояние.

При появлении ошибки (alarm) DPM1 переходит в состояние "Clear", если установлена фун-я самоконтроля. Если не подключена, контроллер продолжает работать в Operate. При конфигурировании системы пользователь назначает каждому ведущему свои ведомые устройства и очередность их опроса, а также указывает устройства, которые не надо опрашивать периодически.

Передача данных между мастером DPM1 и ведомыми делится на три фазы: параметризация, конфигурирование и передача данных.

Profibus DP имеет режим синхронизации вывода. Для этого посылается широковещательная управляющая команда синхронизации, при которой происходит смена состояний устройств вывода. Имеется команда "замораживание", при которой входы сохраняют свое текущее состояние, пока не поступит команда "размораживание".

Данный стандарт весьма популярен в Европе т. к. разработан и активно внедряется фирмой Siemens, представляет собой сеть на базе общий шины с передачей маркера.

А в кач-ве передающий среды применяется экранированная витая пара. Profibus сущ-ет в трех основных модификациях: - Profibus-DP; - Profibus-FMS; - Profibus-PA.Cтандарт принят в 1996 г.Сеть Profibus- промышленная шина для технологических процессов использует только первый и второй уровни модели OSI. Profibus-PA – это модификация строится на базе стандарта IEC-61158-2,который позволяет запитовать полевые устр-ва непосредственно ч/з сеть и не совместим с интерфейсом RS 485.Скорость передачи 32, 25 кбит/с . Позволяет применение этой сети в взрыва- пожара опасных зонах. В Profibus-PA можно использовать и экранированную и не экранированную витую пару. Длина сегмента 1,9 км и можно подключить до 32 устройств.На концах сегментов установливаются терминаторы с сопротивлением 100 Ом и емкостью 1 мкФ.Для передачи данных ис-ся NRZ кодирование, а пакет имеет длину 11 бит.

Логические потоки данных сети Profibus-PA делятся на три основных цикла:

Цикл ввода/вывода управляемый контроллером ведомого узла. В этом цикле происходит автоматически опрос модулей ввода установленных в УСО и строится таблица последних значений готовых к передачи в сеть, одновременно с этим происходит передача выходным модулем УСО новых значений полученных из сети. Длительность зависит от кол-ва установленных модулей.

Цикл сетевого обмена. Реализуется по инициативе ведущего узла. В этом цикле ведущий формирует пакеты содержащие данные для модулей вывода каждого из контроллеров и принимает от них пакетыв кот-ых передается информация от входных модулей. Пакеты оптимизированы на столько что на передачу данных отводится ровно столько мест сколько эти данные занимают. Так например этот цикл обмена по сети кот-я обслуживает 5000 дискретных и 1000 аналоговых сигналов может составлять менее 2 мсек.

Цикл управления внутри рабочий станции. Эти действия возлагаются на центральный процессор кот-й работает так называемым образом процесса, при этом процессору требуется считать из памяти информацию о входных каналах и осущ-вив над ним необходимые преобразования выдать управляющие воздействие занеся в определенные ячейки памяти новые данные

В 1994 г. появилось возможность совместной разработки открытого промышленного стандарта организациями World Fip и ISP. Обе организации слились и стали наз-ся Foundation Fieldbus. Foundation Fieldbus ис-ет все достоинства, появляющихся интеллектуально полевых уст-в и современных коммуникационных технологий, что обеспечивает: -уменьшение кол-ва проводов, путем обеспечения многоточечных соединений; - гибкость в выборе поставщиков, обеспечиваемое взаимозаменяемость уст-в; -уменьшение кол-ва контрольного оборудования из-за распределения фун-ций контроля на уровне приборов; -улучшенная надежность и целостность данных, обусловленная использованием цифровых коммуникаций.

Foundation Fieldbus охватывает 1,2,7,8 уровни модели OSI.

Уровень Н1 (физический) является нижним уровнем. Одобрен и детерминирован в соответствии со стандартами IEC 61158-2, который позволяет использовать сеть FF на взрывоопасных производствах с возможностью запитки датчиков непосредственно от канала связи. Скорость передачи информации на уровне H1 составляет 31,5 Кбит/с. Используется манчестерское двухфазное L-кодирование с четырьмя кодирующими уравнениями. При скорости передачи 31,5 Кбит/с поддерживается 2-32 устройств, которые не питаются от шины, 2-20 устройств, питающихся от шины, 2-6 устройств, питающихся от шины с внутренней защитой. Используется 4 типа кабеля: ЭВП 22AWG 0,7мм – 1900м, ЭВП 18AWG 1,1мм – 1200м, НВП 26AWG 0,4мм – 400м, МВП 16AWG 1,4мм – 400м.Шины FFобязательно на концах имеют согласующийся нагрузку,которая состоит из резистора сопротивления R=100 Ом, мощность 0,25кВт, и с конденсатором , пропускающая частоту 31,25 кГц.Цикл вопроса составляет 32мкс-2,2мс. Допускаются отводы от линии связи, длина которых и количество зависит от типа подключенных устройств.

Н2 или канальный. На этом уровне контроль доступа к шине выполняется через активный планировщик связи LAS.LAS управляет доступом к шине путем выдачи разрешения каждому устройству в соответствии с расписанием.

Сущ-ет 2 типа расписаний: запланир(периодические). и незапланированное(случайные).

Запланированные исп-ся для инф-и, кот. требует регулярного обновления от устройств, подключенных к шине. Полевое устройство публикует свою инф-ю в сеть, а остальные устр-ва могут считывать эти данные или игнорировать.

Незапланированные исп-ся в спец. Случаях., они отправляются во временные промежутки между циклическими сообщениями.

Прикладной уровень. Он состоит из 2 подуровни:

1. Подуровень доступа кFF, наз-ся FAS.

2. Подуровень спецификации сообщений FF,наз-ся FMS.

FASработает совместно с LAS и необходим для настройки расписания, а так же корректной работы служебных программ м/у LAS и устр-ми шины. Примеры служ.программ:цикл опроса клиент-сервер.FMS содержит словарь объектов яв-ся БД, доступ к которой производится с помощью кодового имени или индексного указателя.

Пользовательский уровень вкл.3 задачи:1)упр-ие сетью - обеспечивает доступ к др.уровням,;2)упр-ие системой- отвечает за назначение адресов уст-в;3)работу служб блока, функ-ий описания уст-в- обеспечивает предварительно программир-мые блок

HART основан на технологии «токовая петля» и изначально был предназначен для передачи аналоговых сигналов в диапазоне от 4 до 20 мА. Однако переход на цифровые системы управления потребовал модификации этого стандарта и в начале 90-х годов этот стандарт был дополнен в соответствии с моделью взаимодействия открытых систем (OSI) и стал открытым коммуникационным стандартом. HART протокол реализует уровни 1, 2 и 7 OSI модели. На 1-ом уровне (физический уровень) HART-протокол опирается на стандарт Bell 202. Второй уровень (канальный) формирует кадр данных длиной не более 25 байт в состав которого входит контрольная сумма для повышения надежности передачи. Седьмой уровень (прикладной) использует команды которые подразделяются на 3 основных класса:

- Универсальные команды. Это команды используемые и поддерживаемые всеми HART-приборами.

- Стандарт. команды. Испол-ся в большинстве HART-приборов.

- Специфические команды. К ним относятся команды связанные с настройкой или работой спец. приборов.

В большинстве случаев применяется соединение "точка-точка", то есть непосредственное соединение прибора низовой автоматики (преобразователя информации, датчика, исполнительного устройства и т.п.) и не более чем двух ведущих устройств. В качестве первичного ведущего устройства, как правило, используется устройство связи с объектом (УСО) или программируемый логический контроллер (ПЛК), а в качестве вторичного портативный HART-терминал или отладочный ПК с соответствующим модемом. При этом аналоговый токовый сигнал передается от ведомого прибора к соответствующему ведущему устройству. Цифровые сигналы могут приниматься или передаваться как от ведущего, так и от ведомого устройства. Так как цифровой сигнал наложен на аналоговый, процесс передачи аналогового сигнала происходит без прерывания.

Устройства можно подключить через HART-модем или HART-мультиплексор.

шинная топология.

- Максимальное количество подключаемых устройств: одна ведомая и два ведущих- Максимальная протяженность линии связи: 3км;

- Тип линии: экранированная витая пара.

- Скорость передачи: 1,2 Кбит/сек.

- Максимальная длина пакета данных: до 25 байт.

HART основан на технологии «токовая петля» и изначально был предназначен для передачи аналоговых сигналов в диапазоне от 4 до 20 мА. Однако переход на цифровые системы управления потребовал модификации этого стандарта и в начале 90-х годов этот стандарт был дополнен в соответствии с моделью взаимодействия открытых систем (OSI) и стал открытым коммуникационным стандартом. HART протокол реализует уровни 1, 2 и 7 OSI модели. На 1-ом уровне (физический уровень) HART-протокол опирается на стандарт Bell 202. Второй уровень (канальный) формирует кадр данных длиной не более 25 байт в состав которого входит контрольная сумма для повышения надежности передачи. Седьмой уровень (прикладной) использует команды которые подразделяются на 3 основных класса:

- Универсальные команды. Это команды используемые и поддерживаемые всеми HART-приборами.

- Стандарт. команды. Испол-ся в большинстве HART-приборов.

- Специфические команды. К ним относятся команды связанные с настройкой или работой спец. приборов.

Многоточечные соединения – это соединение нескольких датчиков в одну линию связи. Связь между хост-компьютером и датчиками осуществляется цифровым образом, при этом аналоговый выход датчика фиксируется. В случае протокола связи HART, до 15 датчиков можно подключить к одной витой паре проводов или к выделенным телефонным линиям .Возможно подключение 2 ведущих и 15 видомых устр-в. Топология шина. Макс.длина 100 м.Возможна передача только цифровых данных.Для передачи цифровых данных HART стандарт ис-ет американский телекоммуникационный стандарт Bell 202, при котором за логическую единицу принимается частота сигнала 1200 Гц, а за ноль принимается частота 2200 Гц. Для предотвращения недопустимого уровня искажения HART-сигнала максимальное ослабление HART-прибором не должно быть меньше 3 дБ, а нагрузка в общей цепи должна быть в пределах 230-1100 Ом.

Маршрутизатор необходим для выхода в интернет. ASN – шлюз.

WiMax ( Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16. Максимальная скорость — до 1 Гбит/сек на ячейку.

Общие принципы работы. Система WiMAX состоит из двух частей:

1)Базовая станция WiMAX, по принципу действия похожая на базовую станцию сотовой связи. Одна базовая станция может обеспечить зону обслуживания площади в 8 000 км².

2)Приемник WiMAX. Приемник и антенна могут размещаться в небольшой коробочке, на карточке интерфейса PCMCIA, либо их можно встроить в ноутбук аналогично тому, как это делают в настоящее время с устройствами стандарта WiFi.

Базовая станция WiMAX может подключаться напрямую к Интернету с помощью широкополосного проводного соединения (например, с помощью линии T3). Она может также обмениваться информацией с другой станцией с помощью радиорелейной линии связи прямой видимости. Благодаря возможности связи с соседней станцией (обмен информацией внутри сети) и способности создавать зону обслуживания площадью в 8 000 км², система WiMAX может обеспечить интернет-соединением сельские территории.

Следует отметить, что технология WiMAX может обеспечить два вида беспроводного доступа:

1) Связь за пределами прямой видимости, аналогично технологии WiFi, при которой связь с антенной на мачте поддерживает небольшая антенна, присоединенная к компьютеру. используется нижний диапазон частот – от 2 до 11 ГГц. Сигналы нижнего диапазона в меньшей степени ослабляются и экранируются физическими преградами, у них лучше выражены свойства дифракции, то есть способность огибать препятствия.

2) Связь в пределах прямой видимости, которая предусматривает установку параболической антенны, закрепленной на крыше или столбе и направленной непосредственно в сторону антенны WiMAX на мачте. Соединение в пределах прямой видимости обеспечивает большую мощность принимаемого сигнала и более стабильно, поэтому позволяет передавать больше данных с меньшим количеством ошибок. Используются более высокие частоты, до 66 ГГц. На высоких частотах меньше проявляется влияние помех и больше пропускная способность.