BC/NW
2016 № 2 (29):9.1
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
В СЕТИ АСУ ЗДАНИЯ
Янкин А. Д.
Развитие
и удешевление средств микропроцессорной техники привело к ее повсеместному
распространению и внедрению с целью повышения надежности, безопасности и
эффективности труда людей, занятых как в офисах, так и на производстве.
Современная
охранная система немыслима без разнообразных датчиков, фиксирующих активность в
помещении, система пожаротушения работоспособная за счет датчиков
задымленности, гальванические ванны на производстве нуждаются в постоянном
отслеживании и корректировке плотности тока для получения качественного
покрытия.
Системы,
разворачиваемые в зданиях с целью обеспечения безопасности и повышения уровня
комфорта, получили название Автоматизированных Систем Управления зданиями
(АСУ). Это комплекс, состоящий из датчиков, микроконтроллеров и ПЭВМ,
соединенных между собой сетью и обеспечивающих автоматизированный контроль над
зданием.
При
проектировании АСУ здания важно учитывать конфигурацию и возможности сети, так
как именно от нее зависит передача потока данных и управляющих сигналов между
устройствами. Для предварительной оценки возможностей проектируемой сети удобно
использовать модель, что обуславливает актуальность проекта.
Для
моделирования сети в курсовом проекте используется гибкий и универсальный метод
контуров, автором которого является доктор наук, профессор Абросимов Леонид
Иванович.
Анализ задания и постановка задачи
Согласно
техническому заданию необходимо разработать программу, выполняющую
моделирование функционирования сети АСУ здания и отображающую максимальную
возможную интенсивность заявок при заданной конфигурации.
Сеть АСУ здания
построена по топологии «Общая шина» , в которой вычислительные устройства
подключены к общей передающей среде. (рис. 1) Устройства разделены на Master – те, кто
опрашивает, и на Slave – те, кого опрашивают. Сеть работает в
полудуплексном режиме, что означает, что в любой момент времени в сети может
вещать только одно устройство.
Рис.1.
Топология моделируемой сети
Требуется
разработать алгоритм и его программную реализацию, который выполнил бы оценку
максимальной интенсивности транзакций в сети при задаваемых оператором скорости
передачи, интенсивностях обслуживания в узлах и количестве узлов в сети.
Итого
задано:
·
N однотипных подчиненных устройств
и одно хост-устройство;
·
топология
сети – общая шина;
·
время
обслуживания в подчиненных устройствах, в хост-устройстве;
·
скорость
передачи в канале связи;
·
N контуров потоков заявок, где q = 1..Q;
·
количество сообщений
в каждом контуре;
Разработка алгоритма
В
основе проекта лежит метод контуров, который позволяет представить каждый узел,
коммутационное устройство и канал связи как одноканальную систему массового
обслуживания.
Сеть типа «общая
шина» представима в виде множества контуров, которые проходят через общий канал
связи, который в свою очередь можно представить в виде устройства,
моделируемого одноканальной СМО. Итого, получаем схему, приведенную на рис.2
Рис.2.
Представление сети в виде множества систем массового обслуживания
Временная
диаграмма выдачи и обслуживания заявок в данной сети приведена на рис.3
Рис.3 Временная
диаграмма выдачи и обслуживания заявок в моделируемой сети
Каждый контур
проходит через Хост –устройство, канал связи и одно из подчиненных устройств.
Таким образом, количество контуров равно количеству подчиненных устройств. Для
каждого контура мы можем записать нелинейное уравнение баланса вида:
Здесь:
Поскольку все
подчиненные устройства имеют одинаковые характеристики, а хост устройство и
канал связи во всех контурах одни и те же, то мы можем просуммировать все
уравнения баланса и получить одно, которое нужно решить для нахождения
интенсивности опроса. Получаем уравнение вида:
Результатом
вычислений будет являться , соответствующая рассматриваемой
системе. Аналитическое решение данного уравнения – достаточно легко получаемо
ввиду вырожденности нелинейного уравнения и отсутствия вероятностной
составляющей.
Схема алгоритма
представлена на рис.4
Рис.4. Схема алгоритма вычисления
интенсивности заявок в моделируемой системе
Разработка программной
реализации алгоритма
Программная
реализация алгоритма написана на языке С++ в интегрированной среде разработки Embarcadero RAD Studio 2010. Данный
программный продукт позволяет существенно упростить создание оконных приложений
и сконцентрироваться на решении поставленной задачи.
Программа
реализована в соответствии с парадигмами объектно-ориентированного
программирования, что повышает читаемость исходного текста и повышает его
сопровождаемость.
Результаты тестирования
Протестируем
работу разработанной программы.
Попробуем промоделировать
сеть со следующими характеристиками и выяснить ее производительность:
Количество
подчиненных устройств: 12;
Время
обслуживания на одном подчиненном устройстве: 250 мс
Время
обслуживания на хост-устройстве: 50 мс
Скорость
передачи данных: 9600 бод
Также
примем размер одной транзакции, перемещающейся по сети, равным 1200 бит.
Интерфейс
приложения с заданием начальных характеристик приведен на Рис.5
Рис.5.
Ввод исходных данных. Интерфейс приложения
Изображение
в верхнем левом углу служит напоминанием о топологии сети, с которым работает
приложение.
После
ввода исходных данных, пользователь может нажать кнопку «Моделировать» и тогда
рассчитанный результат будет отображен в окне справа, а может нажать кнопку
сброса, что приведет к установке стандартных значений в поля характеристик и
очистке окна с историей расчетов.
На
рис. 6 показана выдача программы после моделирования сети с вышеуказанными
характеристиками
Рис.6.
Результаты моделирования. Интерфейс приложения
Заключение
В
результате выполнения разработки был получен и программно реализован алгоритм,
оценивающий производительность сети АСУ здания, с топологией «общая шина» на
основе универсального гибкого метода контуров. Данный алгоритм и программа
могут использоваться при проектировании и построении сети АСУ здания
Литература
1. Прата С. Язык
программирования С++. Лекции и упражнения, 6-е изд.: Пер. с англ. – М. : ООО
«И. Д. Вильямс», 2012. – 1248 с. : ил. – Парал. тит. англ.
2. Абросимов Л.
И. Базисные методы проектирования и анализа сетей ЭВМ: учебное пособие / Л. И.
Абросимов. – М.: Университетская книга, 2015. – 248с.
3. WEB – ресурс: http://network-journal.mpei.ac.ru/