13. Локальные управляющие вычислительные сети (лувс)

Определим локальную вычислительную сеть как многомашинную систему, работающую в единой операционной среде, являющуюся расширением операционных систем ЭВМ – узлов локальной вычислительной сети. Если локальная вычислительная сеть используется для технической реализации систем управления, то такую сеть будем называть локальной управляющей вычислительной сетью.

Средства построения локальной управляющей вычислительной сети с магистральной структурой

Различают следующие компоненты локальной управляющей вычислительной сети: топологию сети, физическую среду передачи, метод доступа к физической среде и программное обеспечение сети.

Физическая среда передачи локальной управляющей вычислительной сети с магистральной структурой образована коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом, обеспечивающим скорость передачи данных до 10 Мбит/с. Большую скорость (150 м бит/с и более) может обеспечить оптоволоконный кабель, однако стоимость такого кабеля выше и от него сложнее осуществить отводы для подключения абонентов.

Для подключения узлов-абонентов используются приемопередатчики, представляющие собой узел сбора данных и управления вводом – выводом данных от подсистем в магистраль, и включают в себя адаптеры, интерфейсные схемы канала связи и сетевые интерфейсы. Функции сбора данных и управления реализуются модулями, связанными друг с другом через шину узла и управляемыми контроллером узла. Упрощенная структура локальной управляющей вычислительной сети с удаленными и неударенными абонентами (подсистемами) с топологией шины, иллюстрирующая основной состав физических средств приема – передачи данных, изображена на рис. 9.4.

Абоненты – подсистемы управления АСУ ТП – подключаются к общему каналу (магистрали) с помощью адаптеров связи (станций, блоков доступа). При незначительном удалении от общего канала связи (менее 100 м) абоненты 1, 2,…, m подключаются к магистрали через адаптеры канала связи А_кс1, А_ксm. При большем удалении абоненты m+1,…,n связываются с общим каналом через адаптеры канала связи A_{c m+1},…,A_{c n}, каналы передачи и адаптеры канала связи А_{кc m+1},…,A_{кc n}. Адаптеры канальной связи имеют буферную память достаточной емкости, не-обходимую для согласования различных скоростей передачи сигналов абонента-ми 1, 2,…, m, m+1,…, n со скоростью ввода сигналов в общий канал, которая одинакова в точках a-f интерфейса канала связи И_кс.

Рис. 9.4 Упрощенная структура локальной управляющей вычислительной сети с магистральной структурой

14. Технические средства и методы управления доступом к моноканалам лувс

Методы доступа к физической среде локальной управляющей вычислительной сети объединяют в два класса: случайный и детерминированный (централизованный и децентрализованный). Методы доступа зависят от выбранной топологии сети. В таблице 6.1 приведены топологии, классы и методы доступа к физической среде локальной управляющей вычислительной сети.

Класс метода доступа		Топология ЛУВС
		радиальная	шина	кольцо
Случайный		МДКН/ОК	МДКН/ОК	Заполнение регистра
Детерминированный	Централизованный	Коммутация физического или логического соединения	Селекторный опрос	Групповой опрос
	Децентрализованный	-	Явная (адресуемая) передача права	Неявная (не адресуемая) передача права

В магистральных локальных управляющих вычислительных сетях обычно применяется метод множественного доступа с контролем несущей и с обнаружением конфликта [в таблице 6.1 – МДКН/ОК (CSMA/CD), селекторный опрос и явная (адресуемая) передача права].

Каждая сеть должна поддерживать определенный механизм управления доступом к среде передачи данных. Этот механизм, называемый доступом к среде, реализуется на втором (канальном) уровне эталонной модели OSI. На практике различают несколько способов его реализации. В локальных сетях для управления доступом к среде передачи данных используется четыре различных подхода:

1) конкуренция за право доступа;

2) передача маркера (права);

3) доступ по приоритету;

4) коммутируемый доступ.

Доступ к среде на основе конкуренции

В локальной сети, устройства которой соревнуются за право на передачу данных, применяется метод доступа к среде на основе конкуренции.

Каждое сетевое устройство берет на себя все функции по организации процесса передачи своих данных. Каждый раз, когда устройство собирается передать какие-либо данные, оно должно определить, доступен ли кабель для передачи или уже используется другим устройством. Если кабель используется, необходимо подождать и через некоторое время предпринять следующую попытку. Все подключенные к сети устройства передают и принимают данные в одном и том же диапазоне частот. Среда передачи способна передавать только один сигнал в отдельный момент времени, и этот сигнал занимает весь диапазон. Технология монополосной передачи использует только один канал для транспортировки всех данных. Из этого утверждения можно сделать два важных вывода:

• Только одно устройство может передавать данные в отдельный момент времени.

• Устройство может либо передавать, либо получать данные, но не то и другое одновременно. Такой режим называется полудуплексным.

Метод доступа с передачей маркера

Используется передача маркеров. Передача маркера – это характерный признак локальных сетей кольцевой топологии. Маркер – это специальный кадр, который последовательно передается от устройства к устройству в кольце. Маркер распознается всеми устройствами как разрешение на доступ к среде передачи данных. Если маркер передается устройству, которое не нуждается в передаче, оно имеет право задерживать его в течение 10 миллисекунд. Если по истечении этого времени у устройства не появилась необходимость в передаче данных, оно освобождает маркер и передает его следующему устройству в кольце. Обойдя все кольцо, маркер возвращается к своему отправителю. Отправитель убеждается в успешной доставке содержания кадра, после чего, либо удерживает его в течение дозволенного времени и передает полномочия доступа к среде передачи другому устройству, либо использует его для транспортировки следующих данных.

Доступ к среде по приоритету

Предполагает карусельный метод разрешения конфликтов, в соответствии с которым центральный повторитель (концентратор) регулярно опрашивает подключенные к нему порты. Этот опрос выполняется в определенном порядке с целью обнаружения портов, содержащих запросы на передачу. После обнаружения такого запроса повторитель определяет его приоритет (высокий или нормальный). Эти приоритеты позволяют обслуживать критичные ко времени запросы перед обычными запросами.

Повторитель определяет следующую станцию в своей последовательности приоритетов и дает ей указание начать передачу данных. Когда это происходит, повторитель предупреждает другие станции о том, что они могут получить входящее сообщение.

Программное обеспечение локальной управляющей вычислительной сети обеспечивает взаимодействие между i-ым и j-ым узлами-абонентами сети или, иначе, взаимодействие между локальными подсистемами распределенной АСУ ТП путем передачи друг другу массивов данных. Эта задача решается с помощью специальных управляющих программ и правил (протоколов - правил взаимодействия одноименных уровней (слоев) программного обеспечения сети). В соответствии с рекомендацией Международной организации стандартов (ISO) программное обеспечение содержит семь уровней (рис. 9.5).

Рис. 9.5 Семиуровневое программное обеспечение

локальной вычислительной сети

Следует отметить, что архитектура программного обеспечения и топология локальных управляющих вычислительных сетей составляют то общее, что характеризует структуру и взаимодействие подсистем в распределенных АСУ ТП.