Исследование методов повышения надежности управляющих локальных сетей

• Автор: Афанасьев, Станислав Станиславович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 188 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. УПРАВЛЯЮЩИЕ ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ
1 Л. Классификация сетей
1.2. Сравнительный анализ топологий локальных сетей
1.3. Надежность УЛС и применяемые методы ее обеспечения
1.4. Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ УЛС
2.1. Системный подход к проектированию высоконадежной УЛС
2.2. Анализ существующего математического аппарата для моделирования и анализа работы УЛС
2.3. Применение аппарата сетей Петри для моделирования УЛС
2.4. Обзор существующего программного обеспечения для симуляции Сетей Петри
2.5. Выводы
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ВЫСОКОНАДЕЖНОЙ УЛС
3.1. Возможные неисправности в реальных УЛС и вероятность их возникновения
3.2. Построение структуры УЛС с потенциально высокими показателями надежности
3.3. Схемотехника базовых Т-образных элементов
3.4. Схемотехника ключевых элементов для сетей с произвольной топологией
3.5. Анализ работы сетей, построенных на ключевых элемент ах
3.6. Обнаружение неисправностей в сегментах высоконадежной УЛС
3.7. Выводы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ УЛС НА ОСНОВЕ СЕТЕЙ ПЕТРИ
4.1. Описание эмулятора СП
4.2. Модели компонентов УЛС
4.3. Исследование линейной модели УЛС
4.4. Модели компонентов УЛС с произвольной топологией
4.5. Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ УЛС, ПОСТРОЕННОЙ НА ОСНОВЕ КЛЮЧЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
5.1. Исследование УЛС с помощью эмулятора СП
5.2. Анализ задачи по экспериментальному исследованию УЛС
5.3. Анализ возможностей по исследованию сетей при применении микросхем программируемой логики
5.4. Описание макета высоконадежной УЛС
5.5. Описание принципиальной схемы макета высоконадежной сети
5.6. Исследование макета высоконадежной сети
5.7. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОПУБЛИКОВАННЫЕ СТАТЬИ (ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, ЗАЯВКИ НА АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА)
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ КЛЮЧЕВОГО ЭЛЕМЕНТА И МАКЕТА УЛС
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ КЛЮЧЕВОГО ЭЛЕМЕНТА И УЛС ВНУТРИ МИКРОСХЕМЫ ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. КРАТКИЙ ОБЗОР КУРСА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ" С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭМУЛЯТОРА СП
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ОПИСАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОГРАММЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ОПИСАНИЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ.

Введение.
Настоящее время характеризуется бурным развитием информационно-управляющих систем для самых разнообразных применений от планетарных систем управления ПВО и ПРО, всемирных банковских платежных систем с использованием магнитных кредитных карточек и т.п. до систем интеллектуальных датчиков образующих локальную сеть для решения задач первичной обработки и передачи информации на следующий уровень иерархии. В таких системах в зависимости от назначения могут преобладать качества характерные для связных систем или для систем управления, либо их весовые соотношения могут изменяться в зависимости от комплекса внешних факторов.
Управляющая локальная сеть (УЛС) - это мультипрограммная, асинхронная, распределенная система сбора, первичной обработки и передачи информации. УЛС нашли широкое применение при построении систем самого различного назначения, весьма разнообразной конфигурации и использующих различные протоколы обмена информацией. При этом общим для всех систем является наличие высоких требований к показателям надежности. Для таких сложных систем, состоящих из многочисленных контроллеров, взаимодействующих друг с другом, решающих одновременно как общие для всей сети задачи, так и частные для каждого отдельного контроллера, весьма сложным является обеспечение устойчивости сети к нарушениям в линиях связи. При этом предполагается, что возможны нарушения в линиях связи типа “короткое замыкание” или “обрыв”.
Сегодня наиболее часто используются три топологии локальных сетей: «звезда», «кольцо» и «шина» и ни одна из этих топологий не обеспечивает устойчивости сети к отказу линии связи. В сети типа «звезда» отказ линии связи приводит к выпадению одного из абонентов сети. Сеть типа «шина» при обрыве линии или при «коротком замыкании» вообще перестает функционировать. Нарушение линии связи в сети типа «кольцо» приводит к тому, что не все абоненты сети могут связаться друг с другом. В принципе существует еще несколько типов топологий, например «цепочка» (разомкнутое «кольцо») или «дерево» (соединение многих «звезд»), но все они не получили широкого распространения. Некоторые типы сетей обеспечивают устойчивость к одному отказу, например такие как кольцо с возможностью передачи в обратную сторону или двойное кольцо РББ1, но практически нигде не встречается устойчивость к множественным отказам линий связи.

заданий, процессов к ресурсам и др.).
2) показатели эффективности выражаются через основные показатели СМО - через время нахождения заявки в системе, через среднюю производительность устройства обработки, среднюю длину очередей, среднее время ожидания заявок в очереди. Основные элементы СМО показаны на Рис. 2.2.1. Заявки поступают на обслуживающее устройство. Если в момент поступления заявки обслуживающее устройство занято, то заявка либо занимает очередь к нему, где ожидает начала обслуживания (СМО с ожиданием), либо теряется (СМО с потерями). Выбор заявки на обслуживание в какой-то момент времени производится в соответствии с некоторым правилом, которое называется дисциплиной обслуживания. Далее выполняется обслуживание заявки, после чего заявка покидает систему. Выходящий поток обслуженных заявок может оказаться весьма важным в тех случаях, когда он является входящим для другой СМО.
Рис. 2.2.1 Структура системы массового обслуживания
Модели структур УЛС в виде СМО в простейшем случае рассматривают следующим образом: имеются два устройства, работающие, асинхронно, последовательно обслуживая заявки, и буферное запоминающее устройство конечной емкости, согласующее работу этих устройств. Первое из устройств работает в режиме генератора заявок, второе обслуживает заявки, поступающие с выхода первого устройства через накопитель (буферное ЗУ). Возможны две дисциплины работы системы, обусловленные появлением заявки на выходе первого устройства, когда накопитель полностью заполнен заявками:
1. Первое устройство (узел) прекращает генерировать заявки и хранит уже обслуженную им (сгенерированную) заявку до тех пор, пока не освободится место в накопителе, т.е. пока второй узел не примет из ЗУ к обслуживанию очередную заявку. Это система с блокировкой, она рассматривается как двухфазная СМО с накопителем конечной емкости и потоком заявок с интенсивностью их поступления, равной бесконечности.
2. Заявка, обслуженная первым узлом, теряется, а сам первый узел сразу же начинает обслуживать следующую заявку. Такая дисциплина приводит к СМО с одним обслужи-
Укоіїящие
заявки