Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Информационные технологии на автомобильном транспорте

Сетевая архитектура АСК

Процесс передачи информации - это комплекс алгоритмических процедур, а также программных и аппаратных средств, обеспечивающих обмен данными между абонентами, с удовольствием конкретных требований по верности, скорости, экономичности и безопасности этого обмена. Обмен информацией в АСУ предприятия обеспечивается через локальную сеть с определенными внутренними и внешними связями и закономерностями их функционирования (стандартами). Локальная сеть (ПМ) - компьютерная сеть в пределах определенной здания или территории для ограниченного круга пользователей. Это определение не является однозначным, потому что есть сети, которые обеспечивают связь на несколько десятков километров, вместе с тем компьютеры, связанные кабелями определенного интерфейса или инфракрасным каналом, не относятся к локальным сетям. ПМ состоит из определенного количества абонентов (узлов, станций), которые активно участвуют в информационном обмене, абоненты сети, такие как сервер, рабочие станции, файловые серверы. Сервером называют узел сети, предоставляющий свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы, он обслуживает сеть. Полноценными абонентами сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, такие как коллективные принтеры, сканеры, плоттеры.

При сочетании локальных сетей с одинаковой операционной системой используют маршрутизатор. Для обмена данными между ПМ с разными ОС необходимые шлюзы. Сети могут быть одноранговые или с выделенным сервером. Для присоединения компьютера к сети нужен сетевой адаптер, который обеспечивает связь между физическим кабелем сети и операционной системой компьютера. Для реализации связи между компьютером и сетью используют определенные правила, которые называют протоколом [8. 29]. Протокол определяет алгоритм передачи сообщений, физический уровень сигналов, их последовательность, состав служебной информации в сообщениях.

Компьютерные сети отличаются своей архитектурой, под которой понимают составляющие и функциональные различия аппаратно-программной строения [25]. Составляющими элементами сетевой архитектуры являются:

- Вычислительная система, которая характеризуется типами применяемых процессорных элементов и узлов для выполнения различных этапов обработки данных, пропускной способностью вычислительных блоков, время реакции на входные данные, типам, размеру и организацией устройств памяти, примененным программным обеспечением, моделью обработки данных, алгоритмами обработки ;

- Коммуникации, характеризующихся особенностями потоков данных в системе, протоколами обмена данными, пропускной способностью передачи данных и время реакции, используемыми шинами, интерфейсами внутри системы, внешними интерфейсами, физической средой передачи информации - магистралью. Магистраль - одна из важных и стоимостных частей локальной сети , поскольку через нее проходит значительная часть трафика (объемов передаваемой в пределах сети) сети. Параметры магистрали влияют на все составляющие технического обеспечения;

- Дополнительные компоненты, которые включают в себя характеристики программного обеспечения, параметры конструктивов системы.

Отличительными признаками ПМ являются:

- Высокая скорость передачи информации и высокая пропускная способность сети;

- Высококачественные каналы связи;

- Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети;

- Определенное количество компьютеров в сети.

Определяющее значение для организации передачи информации в ПМ имеет линия связи - физическая среда между передаточными и приемными устройствами, по которому осуществляется передача сигналов. Это могут быть электропровода, коаксиальные кабели, СВЧ-волноводы, открытые или закрытые оптические, электромагнитные, акустические среды и т.д. Совокупность приемо передающих устройств и линии связи образуют каналы связи. Это означает, что с использованием одной линии связи может быть создано множество каналов связи.

Для обеспечения удаленного доступа в локальных сетях используют кабельные линии и радиоканалы. По надежности передачи, стоимости, объема сетевого трафика магистрали в сети могут использоваться:

- Невита пара - сигнал передается по имеющимся линиям связи, например, телефонного. Это самый дешевый вариант, но незащищенный от электромагнитного воздействия и может прослушиваться на расстоянии в несколько сантиметров без прямого контакта;

- Витая пара - два перевитых медных изолированных проводников, в которых присутствует незначительная защищенность от электромагнитного воздействия. Сигнал внешне слабый, но также легко прослушивается, поэтому такая магистраль используется там, где нет значительных электромагнитных излучений и характер информации не требует высокой конфиденциальности;

- Коаксиальный кабель - где центральная медная жила изолирована и заекранована и только "просушки" плетеной оболочки экрана позволяет войти в контакт для прослушивания. Такая магистраль значительно дороже, однако полностью защищена от промышленных электромагнитных воздействий и может использоваться в промышленных зданиях;

- Оптический кабель - состоит из многих стекловолоконных жил, по которым информация передается в виде оптического сигнала. По оптокабелю может одновременно передаваться значительный объем информации, которая совсем нечувствительна к электромагнитным воздействиям. Для передачи информации от оптокабеля к компьютеру необходимо преобразование оптического сигнала в электрический, что значительно повышает стоимость такой сети. Для прослушивания передачи через

оптокабель необходимо специальное сложное оборудование и подключение требует разъединения кабеля можно контролировать. Такие магистрали в локальных сетях используют при необходимости передачи большого трафика и надежной защиты информации.

Беспроводные каналы связи - радиосвязь (в том числе Bluetooth), инфракрасный оптический - не дают защиты от прослушивания, поэтому для конфиденциальной информации используют защиту ее шифрованием. Только радиосвязь позволяет передавать информацию через беспроводные каналы на значительные расстояния.

Выбор конкретной технологии магистрали ПМ определяется объемом трафика, протоколами локального уровня, стоимостью, требованиями по защите информации [23, 30]. В рамках локальной сети могут одновременно использоваться различные каналы передачи.

В рамках иерархии автоматизированных систем управления предприятий, использующих локальные сети, семейства существующих локальных сетей распределяют по уровням использования.

Сети 1-го уровня ориентированы на высокоинтеллектуальные прикладные задачи: передачи изображения, языка со значительными объемами и скоростями передачи (High-Speed LAN) [30]. В сети АСК ТЛ они могут использоваться как базовые. Такие сети имеют высокую стоимость за использование оптоволоконных линий с широкой полосой передач.

Сети 2-го уровня также достаточно скоростные (до 50 Мбит / с), с радиусом передачи до 2,5 км, но дешевле за счет использования коаксиального кабеля.

Сети 3-го уровня относятся к дешевым за счет использования однополосных технологий с использованием экранированных линий, витых пар и недорогих коаксиальных кабелей. Скорость передачи сетей лежит в диапазоне 9,6-2,5 Мбит / с. Расстояние передачи также до 2,5 км.

Локальные сети также отличаются топологией, методом и способом передачи сигналов, способами питания и защиты передач. Пригодность сети для конкретной задачи во многом зависит от выбора топологии сети. Топология - это теоретическая конструкция, передает форму и структуру (конфигурацию) ПМ. Топология может описываться как с физической, так и с логической точки зрения. Физически топология характеризуется стилями объединения главных компонентов системы, количеством и положением устройств обработки, конструктивному исполнению, использованием встроенных средств настройки, самотестирования, аварийного восстановления. Логическая топология описывает возможные соединения между парами конечных точек ПМ, способные взаимодействовать.

Наиболее распространена в локальных компьютерных сетях шинная топология, ориентированная на компьютерную шинную структуру. Существует несколько способов объединения компьютеров сети с шинной топологией, среди которых наиболее распространены топологии звезда (star), общая шина (bus), кольцо (ring) (рис. 3.5). Каждая топология сети налагает ряд условий протоколы соединения, а иногда на тип кабеля и способ его прокладки. Различные типы кабелей сочетаются с различными типами сетевых плат. Характер связей компьютеров с кабелем определяет степень отказоустойчивости сети, метод управления обменом информацией, поэтому иногда эти свойства называют топологией управления обменом, информационной топологию.

Распространены топологии компьютерных сетей

Рисунок 3.5 - Часто топологии компьютерных сетей

В топологии кольцо данные передаются от компьютера к компьютеру как бы по эстафете, на шине - все компьютеры на одном кабеле, а в звезде каждый компьютер включен отдельным кабелем к объединяющему устройству - концентратору (hab). В рамках большого здания, территории топология имеет смешанную структуру, сочетая различные виды (star ring). Локальные сети различной топологии могут быть объединены в единую сеть с общей шиной. Шинные сети распределяют по методам:

- Мультиплексирование - с частотным и временным разделением. Переход на оптический кабель в сети позволяет передавать с частотным распределением одновременно большое количество сигналов;

- Передачи - синхронные (двусторонние) и асинхронные (односторонние поочередно)

- Доступа к шине - произвольный или управляемый по определенному алгоритму;

- Управление шиной - централизованное или децентрализованное;

- Способа передачи - шины параллельные и последовательные.

Параллельные шины обеспечивают одновременную багатобитову передачу информации, однако требуют многоканальной магистрали. Наиболее широко используются параллельные шины во внутренней структуре компьютеризированных рабочих мест - между узлами системного блока, между системным блоком и монитором, в контроллерах открытых модульных систем управления, например, на диагностическом стенде, где передача и обработка информации по 16-32 биты наиболее простая и быстрая. Распространены параллельные 32-разрядные информационные и 24-или 32-разрядные адресные линии. При мультиплексной работе адреса и данные могут передаваться по одним линиям. Среди параллельных шинных топологий распространены VMEbus, EISA и другие, в которых операции передачи и доступа к среде передачи распределены по отдельным линиям. Недостатком параллельных шин является низкая расстояние передачи информации.

Последовательные шины используют для организации локальной сети между компьютерами, где необходимы сетевые мосты достигают длины иногда до 2 км. При таких расстояниях последовательные шины более дешевые и достаточно эффективны, данные передаются асинхронно цепями бит. Это самая большая группа шин, по которой передаются как аналоговые, так и цифровые данные. По мере частичной передачи вычислительных функций в полевых функций происходит процесс их интеллектуализации, что, в свою очередь, приводит к приоритетному развитию цифровых промышленных сетей.

Для задач промышленного управления внедряются промышленно ориентированные сети кольцевой топологии типа CAN-сетей или последовательные типа Modbus Pius. Такие сети также используют в микропроцессорных системах современных транспортных средств. На сегодня различными производителями созданы сотни типов цифровых промышленных сетей (ЦПМ), ориентированных под отдельные задачи или устройства. их технические и ценовые характеристики настолько разные, что сделать выбор для конкретной задачи непросто [25].

Направленность обмена данными определяет выбор между симплексным, дуплексной или полудуплексным режимами.

Для доступа компьютера к сети используют несколько методов обмена данными. На практике широко используются два метода предоставления шины пользователю по фиксированному расписанию и по запросу. В первом случае шина последовательно предоставляется каждому узлу сети на максимально возможном отрезке времени, независимо от того, нужна ли ему шина на данный момент или нет (сети с передачей маркера). При использовании второго метода шина предоставляется одному из тех узлов, которые требуют доступа на основе анализа всех приоритетов (Ethernet CSMA / CD). Для получения шины при одновременном запросе нескольких узлов может понадобиться несколько повторных запросов. В некоторых сетях, например CAN, для разрешения конфликта используется метод поразрядного сравнения 13 бит стандартного формата запроса или 33 бит расширенного формата.

Также существуют режимы обмена данными, которые выбираются в зависимости от конкретных условий. Режим "Ведущий - ведомый (ведомый)". При таком режиме один из узлов ЦПМ является ведущим, который последовательно опрашивает все подчиненные узлы. В зависимости от содержания команды подчинен узел или выполняет поданную команду, или передает (возвращает) текущие данные с подключенным конечного устройства. Так работает большинство сетей PROFDBUS.

Режим "клиент-сервер". Такой режим похож на предыдущий, является сервер и несколько клиентов, но вместе с тем функции клиента и сервера могут размещаться на одном узле, как, например, реализовано в сети Foundation Fieldbus.

Режим "Подписка". В таком режиме узел, которому регулярно нужна любая информация, "подписывается" на ее получение с другой узла и получает ее регулярные россыпь без дополнительных запросов. При таком режиме возможно циклическое розсиллання через некоторый промежуток времени или только при изменении информации. Такой режим также реализовано в сети CAN и Foundation Fieldbus [29].

Передача данных по магистрали регламентируется определенными правилами - сетевыми протоколами. Протоколы определяют формат, способ синхронизации, порядок передачи, обработки ошибок и др. Передача информации между компьютерами разбивается на несколько шагов, где каждый шаг выполняется по определенным правилам с помощью специальных устройств - концентраторов. Интенсивность потоков данных в разных сегментах сети разная, поэтому оптимальным является выбор скорости при передаче в зависимости от интенсивности потока. Согласование скоростей работы каналов между сегментами сети обеспечивают коммутаторы или маршрутизаторы, обрабатывающие трафик с буферизацией пакетов.

При выборе стандарта для построения пространственно-распределенной сети систем заказчик должен проанализировать и сформировать технические требования к сети с учетом следующих параметров:

- Пространственные размеры сети и расстояние передачи информации;

- Рациональная топология сети и длина сообщений;

- Обеспечение гарантированного времени срока доставки сообщения;

- Достоверность и надежность передачи информации;

- Простота использования и возможности по наращиванию сети стандартизированными решениями и унифицированным оборудованием;

- Наличие в выбранном стандарте передачи можно быть большего количества уровней с принятой модели открытых сетей;

- Простое (дешевое) физическая среда передачи, способ питания компонентов и оптимальное соотношение возможности / цена;

- Средства защиты информации.

ПМ имеет и ряд существенных недостатков, на которые следует обращать внимание. Прежде всего это значительные материальные затраты на сетевое оборудование, прокладка магистральных кабелей. Также необходима работа квалифицированного специалиста (администратора сети) будет заниматься контролем работы сети, ее модернизацией, управлением доступом к ресурсам, защитой информации, устранением неисправностей. Сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, что связано с прокладкой кабелей. ПМ также представляет собой среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому защиты нужно уделять как можно больше внимания.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее