УДК 681.518:656.22.05
Разработка
программно-аппаратного комплекса, моделирующего оперативную технологическую
связь в распределенных телекоммуникционных системах.
Дергачев Валентин Валентинович,
Ростовский
Государственный Университет Путей Сообщения.
В настоящее время автоматизированные
системы оперативно-диспетчерского управления являются одним из наиболее
эффективных инструментов контроля и интенсификации производства, обнаружения и
устранения “узких мест” производственной цепочки, минимизации негативного
влияния человеческого фактора при подготовке и принятии управленческих решений.
Диспетчерское
управление находит свое применение в железнодорожной отрасли, авиационной,
атомной и других отраслях.
Современные
тенденции развития диспетчерского управления свидетельствуют о росте использования
высокоскоростной передачи цифровой информации, видео и аудио
связи.
Целью
разработки повышение эффективности системы оперативно-диспетчерского
управления на основе разработки более
совершенных методов организации и пакета прикладных программ комплексной
технологической аудио/видео связи.
Предлагаемый
вариант системы технологической аудио/видео связи может быть применен для оперативного
управления с целью проверки и испытаний изменений в алгоритме, как уже
существующей системы так и вновь создаваемой системы
технологической связи.
Функциональная
структура программного комплекса на примере организации тестовой модели автоматизированной
системы оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) приведена на рис. 1. В задачи
системы, помимо указанных на рис. 1. входит протоколирование переговоров, и
реализация естественных ограничений. (ограничение дальности радиосвязи, количество каналов связи и
т.д.).
Рис. 1.
Основные
особенности комплекса:
Ориентация
на работу в сети. Система обеспечивает работу в режиме "клиент-сервер"
в рамках ЛВС и через Internet. Включает специализированный протокол обмена
данными в рамках ЛВС для поддержки технологий
позволяющих экономить полосу пропускания.
Открытость.
Система обеспечивает возможность настройки системы на требования конкретного
пользователя. Здесь можно выделить три аспекта.
1.
Изменение режимов и параметров
функционирования программного обеспечения, входящего в состав ядра системы
2.
Возможность расширения системы с
использованием любых дополнительных модулей организующих алгоритм
функционирования связи. При необходимости имеется возможность написания дополнительного
модуля. Модуль может быть присоединен в систему для работы совместно с
существующим модулем или его заменой.
3.
Организация
внешнего управления процессом связи. Это достигается путем внесения изменений в
систему правил. Возможность изменения всех возможных параметров и
характеристик, которые можно измерить в процессе работы.
Для реализации
программного комплекса был разработан протокол обмена
данными с динамической конфигурацией.
Перед
протоколом обмена данными стоят следующие задачи:
1.
организация обмена управляющей информацией;
2.
в случае обнаружения нарушения топологии сети – реконфигурация системы, которая
заключается в имитации отказа доступа к текущему абоненту. Такая ситуация может
возникнуть при имитации отказа оборудования или при реальном выходе из строя
компонентов системы (обрыв связи между городами).
Для конфигурации системы используется
специальная продпрограмма, которая по выбору администратора системы выполняет
вызов процедур определённых им ранее для задания параметров требуемой модели связи.
Для реализации протокола требуются
процессы-сервисы: основной сервис расположен на сервере клиентов и вспомогательные
сервисы на тех узлах, на которых должно быть расположено абонентское оборудование.
Система технологической связи характеризуются небольшой длиной
сообщений и несущественным временем, которое требуется на их обработку. Пакеты,
которыми обмениваются сервер и вспомогательные процессы можно разделить на два
типа: простые и сложные. Простые пакеты имеют фиксированную длину, а сложные
переменную. Общий формат простых пакетов обмена данными следующий:
В простых пакетах все
поля имеют фиксированную длину. Фиксированная длина пакетов упрощает их
обработку. В отличии от простых пакетов сложные
пакеты, фиксированную длину имеют только в первых двух полях, общий формат
сложных пакетов следующий:
Простые пакеты
используются для выполнения таких задач, как отслеживание работоспособности
системы (keepalive), а также для индикации статуса запроса между модулями
системы. Кeepalive это метод определения
нормального функционирования модуля системы, суть его заключается в том что
через определённый интервал времени в определённый модуль посылается
контрольный пакет. После этого запрашивающая сторона ожидает ответ, если ответ
не правильный или ответ не приходит в течении
определённого времени (timeout), то это говорит о том
, что система работает не правильно.
Так
же для комплекса разработана подсистема контроля и
управления пользователями, которая осуществляет управление и контроль систем
расположенных на компьютерах конечных пользователей. Подсистема выполняет
запросы о состоянии таких компонент как: состояние драйверов подсистемы связи,
службы взаимодействия с сервером, и драйверов взаимодействия с IP сетью.
Эта подсистема имеет визуальный интерфейс и позволяет задавать новые или
изменять существующие правила на удалённом компьютере и иметь целостное
представление о состоянии систем на удалённых ПК. Имеется так же возможность
централизованно обновлять программное обеспечение на удалённых ПК и посылать
уведомления конкретному пользователю.
Разработан
модуль моделирующий АСОДУ на примере ж.д.т. для
обеспечения оперативной связью операторов тренажерного комплекса «Виртуальная
железная дорога» (поездные диспетчера, дежурные по станции, энергодиспетчер,
машинист поезда и т.д.)
Диспетчерская
поездная связь, предназначена для руководства движением поездов, ею оборудуются
все участки сети железных дорог. Эта связь находиться в исключительном
пользовании поездного диспетчера. В её провода включаются до 20 телефонных аппаратов
дежурных по станциям. Диспетчер имеет возможность вызывать каждую станцию в
отдельности, группу станций (групповой вызов) или все станции одновременно
(циркулярный вызов). Упрощенный алгоритм приведён на рис.2.
Рис.2.
Алгоритм работы модуля.
Система
была апробирована и хорошо себя зарекомендовала при проведении совместной
тренировки студентов РГУПС(Ростов-на-Дону) и СамГУПС
(Самара) на тренажерном комплексе «Виртуальная железная дорога».
Апробация состояла из следующий этапов:
1.
Установка
программного обеспечения на рабочие станции.
2.
Настройка
параметров ЛВС ВУЗов.
3.
Настройка
взаимодействия с АСОДУ «Виртуальная железная дорога».
4.
Тестирование.
В результате испытания
было установлено:
1.
потеря
пакетов аудио/видео данных составила менее 0.1%
2.
потеря пакетов управляющей информации не
зафиксирована
3.
задержка
передачи голосовых сообщений в пределах ЛВС не превышает 50 мс, при взаимодействии
между ВУЗами задержка не превышает 80 мс.
4.
разработанное
программное обеспечение при работе системы загружает процессор Intel
Pentium с частотой 433 МГц на 48%.
5.
система
стабильно работает совместно с сервисами, уже существующими в сети, и не
создаёт помех для их работы.
Литература.
1.
Алиев Р.Т., Король В.В. Анализ
эффективности передачи трафика реального времени в сети Fast Ethernet/Современные
технологии: Сборник научных статей / Под. ред. С.А. Козлова и В.О. Никифорова. СПб: СПб ГИТМО (ТУ),
2002, с.166-173.
2.
Гольдштейн
Б.С., Пинчук А.В., Суховицкий А.Л. IP-телефония. М.: Радио и
Связь, 2001.
3.
Король В.В. Алгоритмы передачи речи в реальном масштабе
времени в локальной вычислительной сети Fast Ethernet/В
кн.: Труды молодых ученых ИТМО. СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2001. С. 131–133
4.
Кулешов В. О дистанционном обучении студентов специальности."Радиотехника" в МЭИ. // Радиотехнические
тетради, 1994, № 6. – с. 65-66.
5.
Растригин Л.А. Вычислительные
машины, системы, сети... – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. – 224 с.
Поступила в
редакцию 30 января