Методика моделирования сервиса реализации профилей

on

В среде автоматизированной системы управления радиоэлектронными предприятиями (АСУ РП) могут применяться различные протоколы информационного обмена. На крупных предприятиях получили распространение протоколы взаимодействия открытых систем (ВОС). На большинстве предприятий применяются более простые протоколы TCP/IP. Они рассчитаны, как правило, на решение определенных задач, поэтому оптимизированы и более эффективны по сравнению с первыми. Но они не обладают стандартным набором элементов прикладного обслуживания или конструктивных блоков, позволяющих строить надежные распределенные системы управления. Поэтому актуальной является задача моделирования сервиса стека протокола TCP/IP с учетом теоретических достижений эталонной модели ВОС и описания процессов информационного обмена . Выбор уровня взаимодействия протоколов TCP/IP во многом зависит от выбора метода сетевого программирования. В настоящее время имеется 3 метода программирования: сокеты, RPC и TLI. Исходя из принципа использования на платформах UNIX и Windows, целесообразно выбрать метод программирования с привлечением сокетов, как соответствующий транспортному уровню ВОС и позволяющий разрабатывать распределенные системы. Для разрабатываемой модели сервиса построения распределенных сред АСУ наиболее целесообразна схема иерархического наследования функций сервиса от нижних уровней к верхним, хорошо описываемая аппаратом сетей Петри (рис. 1). Сеть Петри представляется в виде ориентированного графа с вершинами двух типов: позициями и переходами, где вершины разного типа соединяются дугами. В позиции сети помещаются метки, которые, перемещаясь, показывают динамику процесса. Размещение меток (фишек) в позициях называется маркировкой сети Петри . При задании сети всегда указывается ее начальная маркировка. Ее изменение происходит в результате выполнения переходов по причине внешних событий. Переход срабатывает, если во всех его входных позициях находятся метки и наступает событие. При срабатывании перехода из каждой его входной позиции удаляется фишка, а в каждую выходную позицию фишка вносится. При работе распределенной среды АСУ РП постоянно происходит информационный обмен между двумя узлами этой системы (рис. 2). Позиции-дублеры Р1 и Р4 моделируют подключение узлов к системе, позиции-дублеры Р2 и Р5 показывают взаимодействие между узлами через переходы t4 и t5, а позиции Р3 и Р6 обозначают отключение узлов от системы. Пользователями услуг прикладного уровня являются прикладные процессы, порожденные прикладными программами. Информационный обмен осуществляется посредством запросов и ответов. Прикладной уровень обрабатывает поступающие данные и готовит их для передачи прикладному процессу или нижнему уровню. Через стек уровней данные поступают к транспортному уровню, который представлен набором функций и услуг сокетов протоколов TCP/IP. Транспортный уровень отвечает за непосредственную передачу данных. Верхние уровни обеспечивают общий сервис функционирования распределенной АСУ на основе организованного транспортного соединения . Рисунок 1 — Схема сервиса разрабатываемой модели Риcунок 2 — Схема информационного обмена в среде АСУ РП При построении распределенных сред АСУ доминирующей является методология клиент-сервер. В этой архитектуре прикладные программы-клиенты запрашивают услуги из процесса-сервера. Клиент и сервер требуют стандартного набора соглашений перед началом работы — протокола, обязательного для выполнения всеми участниками обмена. Протокол может быть симметричным или асимметричным. В симметричном протоколе корреспонденты равноправны. В асимметричном — одна сторона главная, другая — подчиненная. Пример симметричного протокола — TELNET, используемый в сети Internet для эмуляции удаленного терминала. Пример асимметричного протокола — FTP. Независимо от вида протокола при обращении к сервису существуют «процесс-сервер» и «процесс-клиент». Процесс-сервер находится в режиме ожидания запросов на общеизвестном адресе. В этом режиме он неактивен. Получив запрос, процесс-сервер активизируется и обслуживает клиента . Распределенная среда АСУ РП содержит объекты, взаимодействующие между собой через установленные прикладные ассоциации. В зависимости от решаемых задач каждый объект может установить произвольное количество прикладных ассоциаций. Программа управления объектом строится на основе разрабатываемого сервиса. Взаимодействие объектов среды АСУ может быть промоделировано на основе аппарата сетей Петри (рис. 3). Рисунок 3 — Модель взаимодействия объектов среды АСУ Позиции имеют следующие назначения: • Р1 определяет получение команды инициализации (включения системы); • Р2 подготавливает переменные и структуры данных, необходимых для работы; • Р3 инициализирует порты чтения запросов на соединение, устанавливает прикладные ассоциации, необходимые для начала работы системы; • Р4 принимает на портах запросы на соединение и прикладные сообщения на установленных прикладных ассоциациях, осуществляет первичную обработку данных; • Р5 выполняет окончательную обработку данных и анализ текущего состояния ЛВС или АСУ в целом; • Р6 готовит к отправке сообщения адресатам среды АСУ по установленным прикладным ассоциациям или команды подключенному промышленному оборудованию; • Р7 передает готовые данные адресатам или команды оборудованию; • Р8 уничтожает переменные и структуры данных; • Р9 завершает работу программы, всех побочных процессов, закрывает все прикладные ассоциации. Схема взаимодействия отдельных частей объекта распределенной среды АСУ РП показана на рисунке 4. Рисунок 4 — Схема взаимодействия отдельных частей объекта распределенной среды АСУ РП Основными компонентами объекта являются: 1) Данные о состоянии объекта и управляемой им части распределенной среды. 2) Диспетчер сообщений, организующий прием данных от установленных прикладных ассоциаций, передачу их в соответствующие процедуры обработки и отправку их партнерам по сети. Для обеспечения сохранности поступающих и исходящих сообщений используются соответствующие стеки — накопители данных, работающие по принципу очереди (первым зашел — первым обслужен). 3) Процедуры обработки сообщений, каждая из которых соответствует определенному типу сообщения и имеет свой приоритет. 4) Список установленных объектом прикладных ассоциаций. 5) Основной цикл программы, в котором производится непосредственное управление диспетчером сообщений, преобразование данных, оценка состояния объекта и управляемой им части среды АСУ. На основе полученных данных принимаются решения о дальнейших действиях и вырабатываются сигналы управления. Выполнение основного цикла программы описывается с помощью сети Петри. Позиции сети имеют следующее назначение (рис. 5): Р1 — подготовка данных к новому циклу программы управления; Р2 — получение из стека исходящих сообщений очередного сообщения с наивысшим приоритетом; Р3 — передача подготовленного сообщения через соответствующую прикладную ассоциацию и удаление его из стека исходящих сообщений; Р4 — обработка состояния установленных прикладных ассоциаций; прием сообщений и передача их в стек входящих сообщений в соответствии с приоритетом; Р5 — выборка очередного сообщения с наивысшим приоритетом из стека входящих сообщений; Р6 — передача сообщения в соответствующую процедуру обработки и удаление его из стека; Р7 — оценка состояния объекта и части среды АСУ в целом; Р8 — принятие решений и рассылка необходимых сообщений партнерам по распределенной среде АСУ; организация новых прикладных ассоциаций. Рисунок 5 — Сеть Петри, отражающая алгоритм выполнения основного цикла программы управления объектом распределенной среды АСУ РП Переходы t имеют следующие условия срабатывания: • t1 — передача управления программе управления объектом; • t2 — в стеке исходящих сообщений есть очередь отправки; • t3 — из стека исходящих сообщений получено очередное сообщение; • t4 — стек исходящих сообщений пустой; • t5 — в стеке входящих сообщений есть хотя бы одно сообщение; • t6 — из стека входящих сообщений получено очередное сообщение с высшим приоритетом; • t7 — стек входящих сообщений пуст; • t8 — произведена оценка состояния объекта и среды в целом; • t9 — партнерам по распределенной среде АСУ разосланы сообщения в соответствии с принятыми решениями; произведены действия по организации новых прикладных ассоциаций. Таком образом, построение сервиса разработки распределенной среды АСУ РП осуществляется на основе методов сетевого программирования, на базе сокетов с учетом иерархичности наследования услуг от нижних уровней информационного обмена к верхним. Для моделирования сервиса используется аппарат иерархических сетей Петри, позволяющий рассматривать поведение объекта с учетом параллелизма сетевых процессов в архитектуре клиент-сервер. , , Сервис открытых информационно-вычислительных сетей. — М.: Радио и связь, 1990. — 235 с. Сетевая организация распределенных систем управления. // Метод. Рекомендации по ред. // Киев: Знание, 1990. — 23 с. , ., Сети коммутации пакетов. — М.: Радио и связь, 1986. — 408 с. Девис Д. Вычислительные сети и сетевые протоколы. // Пер. с англ.// М.: Мир,- 1982. — 563 с.