Ответы на экзаменационны вопросы по сса


НазваниеОтветы на экзаменационны вопросы по сса
страница8/10
Дата публикации16.03.2013
Размер0.96 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Информатика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
^

5.1.3. Централизованная система автоматизации с применением промышленной сети и распределенных УСО





Краткое описание структуры

Характерной отличительной чертой систем автоматизации с такой структурой является применение распределенных УСО (устройств связи с объектом), которые устанавливаются в непосредственной близости от объекта управления и выполняют функции ввода-вывода.

В данной структуре построения систем автоматизации все сигналы с датчиков и на исполнительные механизмы поступают через распределенные УСО, которые в свою очередь общаются по сети с узлом управления. Функции обработки этих сигналов и управления несет на себе узел управления, который может быть представлен одной рабочей станцией или программируемым контроллером. Помимо вышеупомянутых функций на управляющий узел также должны возлагаться функции визуализации (отображения) параметров хода технологического процесса, архивации, документирования и др.

Такая конфигурация управляющей системы по принципу работы почти ничем не отличается от централизованной системы с локальными УСО. Один и тот же процессор здесь также отвечает и за управление, и за интерфейс с оператором.

Данная структура является идеальным решением для систем сбора и отображения данных. Построение систем автоматизации, имеющих большое количество контуров управления на базе такой структуры является нежелательным из-за непостоянства времени циклоопроса и растущим количеством возможных коллизий в сети.

Плюсы:

  1. возможность работы с большим по сравнению с централизованной системой и локальными УСО количеством каналов ввода-вывода.

Преимущество, которое появляется с применением распределенных УСО - это освобождение процессора от задач ввода-вывода (обслуживание прерываний, необходимость работы с драйверами устройств и т.п.)

  1. возможность максимально приблизить УСО к собственно объекту контроля, за счет этого становится возможным практически безболезненно увеличивать количество каналов ввода-вывода.

  2. низкая удельная стоимость монтажа.

Применение распределенных УСО позволяет исключить затраты, которые бы потребовались на монтаж системы с локальными УСО. При этом уменьшается вероятность ошибки при монтаже.

  1. возможность работы с удаленными объектами.

Минусы:

  1. плохие временные характеристики системы (время циклоопроса, время реакции и т.п.)

  2. повышенная вероятность аварий и отказов
^

5.1.4. Распределенная система АСУ на базе промышленных сетей, удаленных контроллеров и локальных УСО


Распределённые структуры базируются на двух видах децентрализации:

  1. функционально-целевой, т.е. разделение сложного объекта или процесса на меньшие части по функциональному признаку, например: установки сепарации, установки обезвоживания, установки нагрева и т.д.

  2. т
    ехнологической децентрализации, т.е. использование территориального или пространственного разделения процесса на отдельные подпроцессы или подобъекты, например: насосные агрегаты, резервуарные парки, очистные сооружения и т.п.



ЛСТ – локальные технологические станции.

ЦУС – центральное устройство связи и сопряжения.

ОпС – операторная станция.

Краткое описание структуры

Данная структура является наиболее популярной на данный момент. Все функциональные возможности системы четко разделены на два уровня. Первый уровень представлен контроллерами и локальными УСО, работающими на шине контроллера. Второй уровень - пульт оператора - может быть представлен рабочей станцией или промышленным компьютером.

С точки зрения сетевой топологии рабочая станция является ведущей в сети, а контроллеры - ведомыми. Все устройства ввода-вывода в данном случае являются локальными. Контроллеры, с одной стороны, выполняют ввод-вывод из локальных устройств, производят необходимые расчеты, осуществляют управление исполнительными устройствами, а с другой - публикую все необходимые данные в сети. Ведущему (пульту оператора) остается собрать данные с контроллеров, передать им необходимые управляющие воздействия и организовать взаимодействие с оператором и архивом.

Обмен данными с объектом управления обеспечивается посредством локальных УСО (устройств связи с объектом), установленных на локальной шине контроллера. Применение локальных УСО обеспечивает управление объектом с лучшими временными характеристиками, т.е. работу контура управления в реальном времени.

Уровень контроллеров в такой системе выполняет следующие функции:

  • сбор сигналов от датчиков, установленных на объектах управления

  • обработка сигналов и приведение диапазона измерения к инженерным единицам

  • формирование управляющих сигналов на исполнительные механизмы объекта управления

  • реализация в реальном времени алгоритмов управления объектом

  • передача и прием данных из сети

На верхнем уровне системы - пульте оператора – реализуются следующие функции:

  • формирование сетевых запросов к контроллерам нижнего уровня

  • задание всех необходимых входных параметров для алгоритмов и контуров регулирования нижнего уровня, определяющих цели управления

  • получение от контроллеров оперативной информации о ходе технологического процесса

  • реализация пользовательского интерфейса в удобной для оператора форме

  • ведение архивов и отчета тревог

  • подготовка и печать отчетов о ходе технологического процесса за заданный промежуток времени

  • публикация данных в Intranet, Internet

Основные признаки распределенной сети:

    1. наличие интеллектуальных устройств с применением микропроцессорной техники;

    2. наличие цифровой связи между компонентами системы с помощью промышленных сетей;

    3. приближение вычислительных средств к объекту автоматизации и, как следствие, повышение надежности и эффективности;

    4. независимость контуров контроля и управления от системы отображения на ЭВМ на верхнем уровне (SCADA).

С внедрением микропроцессорных систем автоматизации с распределенной структурой связаны следующие преимущества:

1) Повышение надежности работы технологического оборудования

2) Возможность изменения алгоритмов работы автоматики при изменении состава оборудования за счет программирования

3) Расширенные диагностические функции, как технологического оборудования, так и самих компонентов системы

4) Качественно новый уровень работы оперативного персонала с предоставлением оператору большЕй информации об объекте и протекании процесса.

  1. Промышленные сети. Классификация уровней промышленных сетей. Основные требования, предъявляемые к промышленным сетям.

Fieldbus - это основополагающий термин, определяющий некоторую цифровую сеть, призванную заменить широко использовавшуюся ранее централизованную аналоговую 4-20 мА-технологию.

Промышленная сеть — это физическая среда передачи данных и набор стандартных протоколов обмена данными, позволяющих связать воедино оборудование различ­ных производителей, а также обеспечить взаимодействие нижнего и верхнего уров­ней системы управления предприятием.

Промышленные сети обеспечивают обмен между персональными компьютерами со SCADA-системами, контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами.

Основные требования, предъявляемые к промышленной сети:

  1. Предсказуемость времени доставки информации (детерменированность). Обеспечение требований реального времени.

  2. Высокая производительность.

  3. Аппаратная и логическая помехоустойчивость для работы в промышленной среде в условиях электромагнитных помех.

  4. Доступность и простота организации физического канала передачи данных (использование недорогих физических сред – витой пары).

  5. Минимальная стоимость устройств аппаратурной реализации (микросхем), особенно на уровне контроллеров и датчиков.

  6. Максимально широкий сервис для приложений верхнего уровня.

  7. Возможность резервирования сети и сетевых устройств.

  8. Управляемость и самовосстановление в случае возникновения нештатных ситуаций.

Промышленные сети (fieldbuses) применяются на уровне устройств, обслуживающих реальный процесс производства и переработки материалов. Выход в системы представления (визуализации) данных, коммерческие и административные системы организуется, как правило, через стандартные офисные сети типа Ethernet через протокол TCP/IP.

Такая сеть является цифровой, двунаправленной, многоточечной, последовательной коммуникационной сетью, используемой для связи изолированных друг от друга (по функциям) таких устройств, как контроллеры, датчики, силовые привода и т. п. Каждое field-устройство обладает самостоятельным вычислительным ресурсом, позволяющим относить его к разряду интеллектуальных (smart fieldbus device). Каждое такое устройство способно самостоятельно выполнять ряд функций по самодиагностике, контролю и обслуживанию функций двунаправленной связи. Доступ к нему возможен не только со стороны инженерной станции, но и стороны аналогичных ему устройств.

С
етевая структура, представляющая в общем виде место существующих классов сетей на всех уровнях промышленного предприятия, показана на рис. 1.

Связь различных АРМ оперативного персонала между собой, с контроллерами верхнего уровня, а также с вышестоящим уровнем осуществляется посредством информационных сетей.

Устройства верхнего уровня (компьютеры, концентраторы) на своем уровне обмениваются большими объемами информации. Эта информация защищена механизмами подтверждений и повторов на уровне протоколов взаимодействия. Пересылаемый массив данных может быть доступен не только центральному устройству, но и другим узлам сети этого уровня. Это означает, что сеть является равноправной (одноранговой), т. е. определяется моделью взаимодействия peer-to-peer (равный с равным). Время доставки информации не является доминирующим требованием к этой сети (речь идет о жестком реальном времени).

Сети, обеспечивающие информационный обмен на этом уровне, называют информационными сетями. Наиболее ярким представителем сетей этого уровня является Ethernet с протоколом TCP/IP.

Универсальная промышленная сеть должна решать следующие прикладные задачи:

  • автоматизация на уровне управления технологическими процессами (уровень производства) среднее время опроса датчиков до 100мс, длина линий связи до 1500м, с возможностью работы устройств во взрывоопасных средах.

  • автоматизация на уровне периферийного оборудования - высокая скорость передачи, короткое время реакции на события, длина линий связи до 300 метров.



ПС можно разделить на два уровня:

- управляющие промышленные сети, решающие задачи сбора и обработки данных на уровне промышленных контроллеров, управления технологическим процессом. Являются связующим звеном между локальными контроллерами и контроллерами верхнего уровня, а часто и пультами.

- полевые сети или шины, задачи которых сводятся к опросу датчиков и управлению работой разнообразных исполнительных устройств. Эти шины должны удовлетворять двум требованиям. Во-первых, необходимо передавать данные в соответствии с жестким временным регламентом. Во-вторых, объем данных должен быть минимальным, чтобы обеспечить работоспособность сети в критические по нагрузкам моменты. Сеть уровня датчиков обеспечивает непосредственный интерфейс между реальным технологическим процессом и промышленными контроллерами.

Передаваемую на нижних уровнях информацию можно разделить на два основных типа: данные о процессе и параметрические данные. Оба типа данных принципиально различны и предъявляют к коммуникационной системе разные требования.

Данные о процессе (изменение состояния кранов, переключателей, управляющих сигналов и т. п.) не являются сложными и, как правило, определяются несколькими информационными битами. Объем такой информации имеет четкую тенденцию к сокращению. Совсем недавно эти данные для одного простого устройства занимали 8-16 бит. Но уже сейчас развитие технологии привело к тому, что с простейших датчиков (дискретного типа) приходит всего 1-2 бита информации.

Данные о процессе имеют явно выраженный циклический характер. Более того, для реализации задач автоматического управления необходимо, чтобы опрос каналов и выдача команд на управление проводились через регламентируемые интервалы времени. Это так называемое требование детерминированности коммуникационной системы. Благодаря небольшому объему передаваемых данных системы промышленной связи способны действительно удовлетворять временным требованиям со стороны реальных процессов.

Параметрические данные необходимы как для отображения текущего состояния сетевых устройств (интеллектуальных), так и их перепрограммирования. В противоположность данным о процессе параметрическая информация не имеет циклического характера. Доступ к ней реализуется по запросу, в ациклическом режиме. Передача параметрических данных требует и реализует методы специальной защиты, а также механизмов подтверждений. Комплексный параметрический блок для интеллектуальных устройств занимает от нескольких десятков байт до нескольких сотен килобайт. В сравнении с быстро меняющимися данными временные требования для передачи параметров можно считать некритичными. В зависимости от типа устройств и протяженности сети требования по времени простираются от нескольких сотен миллисекунд до нескольких минут.

  1. Физические среды передачи данных.

Для организации промышленных сетей применяются следующие типы кабелей:

□ витая пара;

□ коаксиальные кабели;

□ волоконно-оптические кабели.

Основные конструкции кабелей схематично показаны на рис. 8.16.



Витой парой называется скрученная пара проводов. Этот вид среды передачи данных очень популярен и составляет основу большого количества как внутрен­них, так и внешних кабелей. Кабель может состоять из нескольких скрученных пар (внешние кабели иногда содержат до нескольких десятков таких пар).

Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полез­ные сигналы, передаваемые по кабелю.

Кабели на основе витой пары являются симметричными, то есть они состоят из двух одинаковых в конструктивном отношении проводников. Симметричный ка­бель на основе витой пары может быть как экранированным, так и неэкранированным.

Нужно отличать электрическую изоляцию проводящих жил, которая имеется в любом кабеле, от электромагнитной изоляции. Первая состоит из непрово­дящего диэлектрического слоя — бумаги или полимера, например поливинилхлорида или полистирола. Во втором случае помимо электрической изоляции проводящие жилы помешаются также внутрь электромагнитного экрана, в каче­стве которого чаще всего применяется проводящая медная оплетка.

^ Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внеш­них помех, а также меньше излучает электромагнитные колебания вовне, что, в свою очередь, защищает пользователей сетей от вредного для здоровья излу­чения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его про­кладку.

^ Коаксиальный кабель состоит из несимметричных нар проводников. Каждая пара представляет собой внутреннюю медную жилу и соосную с ней внешнюю жилу, которая может быть полой медной трубой или оплеткой, отделенной от внутренней жилы диэлектрической изоляцией. Внешняя жила играет двоякую роль — по ней передаются информационные сигналы и она является экраном, защищающим внутреннюю жилу от внешних электромагнитных полей. Сущест­вует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения: для локальных компьютерных сетей, для глобальных телекоммуникационных сетей, для кабельного телевидения и т. п.

^ Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стек­лянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются свето­вые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает переда­чу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показате­лем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выхолят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.

  1. Модель OSI.

Модель OSI определяет, во-первых, уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, во-вторых, стандартные названия уровней, в-третьих, функции, которые должен выполнять каждый уровень. Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов.

^ 1. Физический уровень (physical layer) имеет дело с передачей потока битов по физическим каналам связи, таким как коаксиальный кабель, витая пара, оптово­локонный кабель или цифровой территориальный канал.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация RS-232 и RS-485.

Физический уровень не вникает в смысл информации, которую он передает. Для него эта информация представляет однородный поток битов, которые нужно доставить без искажений и в соответствии с заданной тактовой частотой (интер­валом между соседними битами).

^ 2. Канальный уровень формирует основную единицу передаваемых данных – пакет и отвечает за дисциплину доступа устройства к каналу связи (Medium Access Control) и установление логического соединения (Logical Link Control).

Канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра между любыми узлами сети. При этом предполагается, что сеть имеет типо­вую топологию, например общую шину, кольцо, звезду. В более сложных топологиях канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра только между двумя соседними узлами, соединенными индивидуальной лини­ей связи.

Одной из функций канального уровня является поддержание интерфейсов с ни­жележащим физическим уровнем и вышележащим сетевым уровнем. Сетевой уро­вень направляет канальному уровню пакет для передачи в сеть или принимает от него пакет, полученный из сети. Физический уровень используется каналь­ным уровнем как инструмент, который принимает и передает в сеть последовательности битов.

Сете­вой уровень отправителя передает канальному уровню пакет, а также указание, какому узлу его передать. Для решения этой задачи канальный уровень создает кадр, который имеет поле данных и заголовок. Канальный уровень помещает (инкапсулирует) пакет в поле данных кадра и заполняет соответствующей слу­жебной информацией заголовок кадра. Важнейшей информацией заголовка кад­ра является адрес назначения, на основании которого коммутаторы сети будут продвигать пакет.

Одной из задач канального уровня является обнаружение и коррекция ошибок. Для этого канальный уровень фиксирует границы кадра, помещая специальную последовательность битов в его начало и конец, а затем добавляет к кадру кон­трольную сумму, которая называется также контрольной последовательностью кадра (Frame Check Sequence - FCS). Контрольная сумма вычисляется по неко­торому алгоритму как функция от всех байтов кадра. По значению FCS узел на­значения сможет определить, были или нет искажены данные кадра в процессе передачи по сети.

Однако прежде, чем переправить кадр физическому уровню для непосредствен­ной передачи данных в сеть, канальному уровню может потребоваться решить еще одну важную задачу. Если в сети используется разделяемая среда, то прежде чем физический уровень начнет передавать данные, канальный уровень должен проверить доступность среды. Функции проверки доступности разделяемой среды иногда выделяют в отдельный подуровень управления доступом к среде (Media Access Control - MAC).

Если разделяемая среда освободилась (когда она не используется, то такая про­верка, конечно, пропускается), кадр передается средствами физического уровня в сеть, проходит по каналу связи и поступает в виде последовательности битов в распоряжение физического уровня узла назначения. Этот уровень о свою оче­редь передает полученные биты «наверх» канальному уровню своего узла. По­следний группирует биты в кадры, снова вычисляет контрольную сумму полу­ченных данных и сравнивает результат с контрольной суммой, переданной в кадре. Если они совпадают, кадр считается правильным. Если же контрольные суммы не совпадают, фиксируется ошибка. В функции канального уровня входит не только обнаружение ошибок, но и исправление их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Однако эта функция не является обязательной и в неко­торых реализациях канального уровня она отсутствует, например в Ethernet, Token Ring, FDDI и Frame Relay.

^ 3. Сетевой уровень (network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. Сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку пакета по оптимальному маршруту.

^ 4. Транспортный уровень (transport layer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека — прикладному, представления и сеансовому — передачу дан­ных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов транспортного сервиса от низшего класса 0 до высшего класса 4. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, воз­можностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплекси­рования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное — способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Транспортный уровень разбирается с содержимым пакетов, формирует ответы на запросы или организует запросы, необходимые для уровня сессий.

^ 5. Сеансовый уровень (session layer) обеспечивает управление взаимодействием сто­рон: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, и пре­доставляет средства синхронизации сеанса. Эти средства позволяют в ходе длин­ных передач сохранять информацию о состоянии этих передач и виде контрольных точек, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контроль­ной точке, а не начинать все с начала. На практике немногие приложения ис­пользуют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоко­лов. Функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

^ 6. Уровень представления (presentation layer), как явствует из его названия, обес­печивает представление передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. Уровень представления занимается преобразованием форматов данных, если это необходимо.

^ 7. Прикладной уровень (application layer) - это в действительности просто набор разнообразных функций с определенными интерфейсами, доступными программе пользователя.

На практике большинство промышленных сетей ограничивается только тремя из них, а именно физическим, канальным и прикладным. Наиболее «продвинутые» сети решают основную часть задач аппаратно, оставляя программную прослойку только на седьмом уровне. Дешевые сети (например ModBus) зачастую используют на физическом уровне RS-232 или RS-485, а все остальные задачи, начиная с канального уровня, решают программным путем.

  1. Топологии промышленных сетей.

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети, а ребрам — физические или информационные связи между вершинами. Узлами сети могут выступать персональные компьютеры со SCADA-системами, контроллеры, интеллектуальные датчики и исполнительными устройствами.

Существующие топологии отличаются друг от друга по трем основным критериям: режим доступа к сети; средства контроля передачи и вос­становления данных: возможность изменения числа узлов сети.

Основными се­тевыми топологиями являются звезда, кольцо и шина.

Известны также древо­видная/иерархическaя (tree hierarchical) топология, ячеистая (mesh) и смешанная (mixed) топология.

^ Звезда (радиальная)



При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Каждое устройство имеет свою собственную среду соединения (выделенный именному ему канал связи). Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети.

А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

  1. Радиальная структура обеспечивает максимальную скорость обмена информацией.

  2. Никто другой не может влиять на среду передачи конкретного узла.

  3. Надежность всей системы зависит от надежности ЦУС. При выходе его из строя система распадается на децентрализованную.

  4. Необходимо значительное количество кабеля.

  5. Дополнительное устройство может быть вклю­чено в сеть только в том случае, если организован порт для его подсоединения к центральному узлу.

Коммутация каналов и пакетов с рисунками.

Кольцо



При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. В кольце не существует определенного централизованного контроля. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Каждый узел выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть, что требует применения специальных схем защиты и дублирования (рисунок).

Отказ в работе хотя бы одного узла приводит к нарушению работы кольца, а, следовательно, и к остановке всех передач. Чтобы этого избежать, необходимо включать в сеть автоматические переключатели, которые берут на себя инициативу, если данное устройство вышло из режима нормальной работы. Суще­ствует также структура "двойное кольцо", в котором одна ветвь является рабочей, другая – резервной.

Основной принцип передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получим подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.

На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

Основными недостатками топологии являются высокая стоимость организации канала связи, нерациональное (в большинстве случаев) использование сетевого трафика.

Шина

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все узлы сети. В шинной структуре все устройства подсоединены к обшей среде передачи данных, или шине.



Данные в виде электрических сигналов передаются всем узлам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один узел может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним узлом, ее производительность зависит от количества узлов, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше узлов, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством узлов в ней нельзя.

Узлы только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

^ Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети – от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

Терминатор

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному — неподключенному — концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

^ Характеристики (плюсы и минусы)

В отличие от "кольца" адресат получает свой информационный пакет без посредников. Процесс подключе­ния дополнительных узлов к шине не требует аппаратных доработок со стороны уже работающих узлов сети. как это имеет место в случае топологии "звезда". Однако шинная топология требует жесткой регламентации доступа к среде передачи. Дан­ная структура также носит название "общая шина" и "магистраль". Существуют магистральные структуры разомкнутая и типа "петля".

Не боится отключения или подключения устройств во время работы. Хорошо подходит для сильно распределенных объектов. Имеет ряд «генетических» недостатков, а именно: присутствие в каждой точке сети общего трафика, опасность потери связи при одиночном обрыве канала связи или фатальном выходе из строя одного узла.

Значительно меньшие затраты на кабельную продукцию.

Таблица 4.2 Сравнительные характеристики основных топологий

Сравнительные характеристики

ЗВЕЗДА

КОЛЬЦО

ШИНА

Режим доступа

Доступ и управление через центрaльный узел

Децентрализованное управление. Доступ от узла к узлу

Возможен централизованный и децентрализованный доступ

Надежность

Сбой центрального узла сбой всей системы

Разрыв линии связи приводит к сбою всей сети

Ошибка одного узла не приводит к сбою всей сети

Расширяемость

Ограничено числом физических портов на центральном узле

Возможно расширение числа узлов, но время ответа снижается

Возможно расширение числа узлов, но время ответа снижается



  1. Методы организации доступа к промышленным сетям.

Говоря языком OSI, это второй, канальный, уровень модели.

Одна из возможных сред передачи данных в сети – отрезок (сегмент) кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных под­ключаются узлы. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены в узлах появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей сре­ды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети.

^ Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими узлами. Управление доступом к сети – это установление последовательности, в которой узлы получают доступ к среде передачи данных.

^ Метод доступа – это набор правил, позволяющий пользователям работать с ло­кальной сетью, не мешая друг другу.

Для топологий звезда и кольцо методы доступа определяются самой структурой сети. Для топологии шина существуют множество различных методов доступа, которые могут быть: централизованный и децентрали­зованный.

^ 1) централизованный

Метод MASTER-SLAVE находит свое применение в промышленных сетях как на контроллерном уровне (field level), так и на уровне датчиков и исполнительных механизмов (sensor/actuator level). Право инициировать циклы чтения/записи на шине имеет только MASTER-узел. Он адресует каждого пассивного участника (SLAVE-узел), обеспечивает их данными и запрашивает у них данные. Для того, чтобы увеличить пропускную способность шины, команды прото­кола должны быть как можно проще.

В случае централизованного контроля за доступом к шине выделяется узел с пра­вами Мастера. Он назначает и отслеживает порядок и время доступа к шине для всех других участников. Если на Мастере произошла авария, то и циклы обмена по шине останавливаются.

^ 2) децентрализованный

Здесь права Мастера назначаются группе устройств сети. Во всем мире приняты и широко используются две модели децентрализован­ного доступа:

^ 2.1) случайный доступ

Модель CSMA/CD. Наиболее известным механизмом управления локальной сетью шинной конфигурации является ме­тод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect). Наиболее широко известная реализация этого метода – спецификация Ethernet.

Метод CSMA/CD получил широкое распространение и наиболее эффективен в условиях относительно низкой общей загрузки канала (менее 30%).

Этот метод основан на контроле наличия электрических колебаний (несущей) в линии передачи данных и устранении конфликтов, возникающих в случае по­пыток одновременного начала передачи двумя или более станциями, путем по­вторения попыток захвата линии через случайный отрезок времени.

Все узлы равноправны по доступу к сети. Если линия пе­редачи данных свободна, то в ней отсутствуют электрические колебания, что легко распознается любой станцией, желающей начать передачу. Такая станция захватывает линию. Любая другая станция, желающая начать передачу в не­который момент времени t, если обнаруживает электрические колебания в линии, то откладывает передачу до момента t + td, где td – задержка.

Конфликтом называют ситуацию, при которой две или более станции «од­новременно» пытаются захватить линию. Понятие «одновременность событий» в связи с конечностью скорости распространения сигналов по линии конкретизируется как отстояние событий во времени не более чем на величину 2d, называемую окном столкновений, где dвремя прохождения сигналов по линии между конфликтующими станциями. Если какие-либо станции начали передачу в окне столкновений, то по сети распространяются искаженные дан­ные. Это искажение и используют для обнаружения конфликта либо сравнением в передатчике данных, передаваемых в линию (неискаженных) и получаемых из нее (искаженных), либо по появлению постоянной составляющей напряже­ния в линии, что обусловлено искажением используемого для представления данных манчестерского кода. Обнаружив конфликт, станция должна оповестить об этом партнера по конфликту, послав дополнительный сигнал затора, после чего станции должны отложить попытки выхода в линию на время td. Очевидно, что значения t, должны быть различными для станций, участвующих в столк­новении (конфликте), поэтому td – случайная величина.

При работе сети каждая станция анализирует адресную часть передавае­мых по сети кадров с целью обнаружения и приема кадров, предназначенных для нее.

^ 2.2) детерминированный

Среди детерминированных методов преобладают маркерные методы до­ступа. Маркерный метод – это метод доступа к среде передачи данных в ЛВС, основанный на передаче полномочий передающей станции с помощью специ­ального информационного объекта, называемого маркером. Под полномочием понимается право инициировать определенные действия, динамически предо­ставляемые объекту, например станции данных в информационной сети.

^ Модель с передачей маркера (Token Passing Model, стандарт IEEE 802.4). Право на доступ к шине передается в цикле от устройства к устройству. Порядок передачи зависит от прикладной задачи и определяется на стадии планирования системы. Этот метод предлагает каждому участнику сети "справедливое" разделе­ние шинных ресурсов в соответствии с их запросами. Принцип передачи маркера используется в системах, где реакция на события, возникающие в распределенной системе, должна проявляться за определенное время.

  1. Протоколы полевого уровня (Modbus, HART, ASi). Принципы действия и параметры. Особенности протоколов.


1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconЗемельное право вопросы и ответы Издание третье, переработанное и добавленное Москва
Земельное право: Вопросы и ответы. 3-е изд., перераб и доп. М.: Юриспруденция, 2001.— 128 с. (Серия «Подготовка к экзамену»)
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconОбломова» иподготовить ответы на вопросы: а Почему эпизод «Сон Обломова»...
Прочитать первую часть романа «Обломов» кроме эпизода «Сон Обломова» и подготовить ответы на вопросы
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconВеденин Н. Н. Экологическое право: Вопросы и ответы
В26 Веденин Н. Н. Экологическое право: Вопросы и ответы. — М.: Новый Юрист, 1998. — 112 с. (Серия «Подготовка к экзамену»)
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconВы часто говорите о воспитании молодежи. В связи с этим вопросы: какой факультет выбрал Ваш сын
Эти и многие другие интересные для меня вопросы задавали участники Интернет-конференции, которую мы провели вчера 5 января 2013 года...
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconОтпечатано с готовых файлов в Раменской типографии. Вопросы и ответы
Часто ли ты попадаешь во всякие нежелательные ситуации? Делаете ли прививки? Много ли автостопщиков гибнет? Случается ли нарушать...
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconДопрос по "Болотному дел": основные вопросы следователей и ответы на них 6 Июн, 2012 at 1: 07 pm
Оригинал взят у united blog в допрос по «болотному делу»: основные вопросы следователей и ответы на них
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconПриз ваше интервью в следующем номере журнала о кошках. Вопросы:...
Есть пять вопросов, на которые надо дать ответы, все ответы присылайте в личное сообщение Веронике
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconКлючи к реализации
Часто мы действуем «обычными», «привычными» способами и ищем ответы на вопросы «Чего я хочу?» снаружи. Мы забываем, что все ответы...
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconТесты-1 для контроля знаний
Необходимо ответить на следующие вопросы или указать правильные ответы. Правильными могут быть все ответы или часть их. Напишите...
Ответы на экзаменационны вопросы по сса iconТесты-2 для контроля знаний
Необходимо ответить на следующие вопросы или указать правильные ответы. Правильными могут быть все ответы или часть их. Напишите...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница