Студенту на замітку: Можливості розвитку комп’ютерних мереж у автоматизованих системах залізничного транспорту

РОЗДІЛ 1

Можливості використання технологій локальних мереж на сортувальній станції

1.1. Перспективні АСУ на сортувальній станції

Сортувальна станція (СС) значною мірою визначає пропускну здатність залізничного транспорту й ефективність його роботи. Авто­матизація сортувальної станції виконується на двох рівнях: органі­заційного управління й управління технологічним процесом [68]. На верхньому рівні раніше завдання вирішувалися за допомогою сис­теми АСУ СС, побудованої-наказі ЕС1010 (ЕС1011), СМ2 (2М); далі - за допомогою комплексної системи автоматизованих робочих місць (КСАРМ), потім - за допомогою комплексної системи електронного обміну даними (КС ЕОД). Зараз на сортувальних станціях України впроваджується єдина автоматизована система керування вантажни­ми перевезеннями Укрзалізниці (АСК ВП УЗ Є).

Для забезпечення високої якості роботи сортувальної станції ви­користовуються ЕОМ і на нижньому рівні. У 1989 р. на ст. Нижньо- дніпровськ-Вузол Придніпровської залізниці впроваджено інформа- ційно-керуючий комплекс сортувальної станції (ІКК СС), розробле­ний кафедрою ЕОМ і Галузевою науково-дослідною лабораторією автоматизації транспортних технологій ДІІТу. Система ІКК СС включає підсистеми: АСУ парку прибуття, АСУ району формування, АСУ парку відправлення. Ця система призначена для автоматизації збору й обробки інформації в парках, контролю виконання циклів і операцій технологічного процесу. Крім того, вона дозволяє здійс­нити автоматичне стеження за поїздами на всій території сорту­вальної станції та формувати у автоматичному режимі за допомогою автоматизованих робочих місць (АРМ) звітну документацію та повідомлення для АСУ верхнього рівня.

Найчастіше АСУ окремих технологічних процесів на сортувальній станції створювалися та впроваджувалися автономно. Однак техно­логічний процес на всій сортувальній станції повинен становити єдине ціле, тому на черговому етапі кафедрою ЕОМ ДПТ запропоно­вано принципи інтеграції АСУ, що знайшли відображення у ство­ренні уніфікованої АСУ для розформування складів на сортувальній станції (АСУ РС). До складу АСУ РС входять такі підсистеми: управління роботою в парку прибуття (АСУ ПП), управління швидкістю розпуску (АСУ РШ), управління маршрутами руху (АСУ МР), інтервальне регулювання (АСУ ІР), прицільне регулювання (АСУ ПР), управління роботою в районі формування (АСУ РФ), управління роботою в парку відправлення (АСУ ПВ).

Основними інтегруючими підсистемами в АСУ РС є комп'ютерні мережі. Крім того, для організації взаємодії підсистем уведено ме- режний (системний) сервер і локальні мережі АРМ, що забезпечують доступ різних користувачів до ресурсів вищих рівнів. При переробці вагонопотоків на сортувальній станції обробляються документи, які пов'язані з інформаційними потоками, що надходять з наземного об­ладнання, яке використовується в системах залізничної автоматики: світлофори, стрілочні переводи, датчики, рейкові ланцюги, регулято­ри швидкості та інші. Сьогодні перспективні АСУ повинні інте­груваться із системами залізничної автоматики, для цього потрібен середній рівень. Як приклад побудови локальної мережі розглянемо одну з перспективних підсистем - АСУ парку прибуття (ПП).

1.2. Дослідження мережі Ethernet АСУ парку прибуття

1.2.1. Постановка завдання

Розглянемо організацію середнього рівня на прикладі сортуваль­ної станції Нижньодніпровськ-Вузол. В АСУ парку прибуття (ПП) на сорту вальній станції Нижньодніпровськ-Вузол передбачається вико­ристання локальної мережі, призначеної для збору й передачі інфор­мації з наземного обладнання об'єкта автоматизації на нижньому рів­ні в АСУ верхнього рівня. Зроблено аналіз наземного обладнання: світлофорів, рейкових ланцюгів, стрілочних переводів. Перспектив­ним рішенням є система вагонної моделі. Ця система передбачає повний контроль кожного вагона, який перебуває на території парку прибуття. Як наземне обладнання для зняття даних розглядаються датчики, розташовані біля кожного стрілочного переводу. Причому передбачається впровадження двоканальних датчиків з обох боків кожної стрілки. Таке рішення дозволить виявити не тільки факт про­ходження вагона над датчиком, але й напрямок його руху. На об'єкті автоматизації доцільно виділити шість ділянок, інформація з яких бу­де оброблятися закріпленим за ним контролером відповідно до тери­торіальної ознаки. Отже, для прийому й обробки інформації, що над­ходить від наземного обладнання, будуть задіяні шість станцій локальної мережі. За станцію мережі надалі буде прийматися спеціалізований мікроконтролер, що має комунікаційні можливості. За топологію мережі взята загальна шина з методом доступу CSMA/CD (Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection).

1.2.2. Модифікована імітаційна модель локальної мереж

Розробка імітаційної моделі, яка описана в [38], виконувалася дво­ма етапами. На першому створена модифікована імітаційна модель локальної мережі при методі CSMA/CD (канальний рівень), на дру­гому етапі - розширена модифікована імітаційна модель мережі при CSMA/CD (канальний, мережний, транспортний рівні).

Особливості модифікованої моделі. В основу моделі покладена схема задання системного часу з фіксованим кроком, що дає можли­вість простежити стан будь-якої станції в будь-який момент часу з точністю до октетного інтервалу (крок моделі) і отримати повні ві­домості про станції мережі: черга у вигляді списку запитів і їх дов­жини; стан усіх внутрішніх лічильників; статус самої станції; графічне зображення часів обслуговування. Моделюється процес передачі кадру, який включає в себе два аспекти: компоновку даних і керування доступом до середовища, яке забезпечує відстрочку несучої, міжкадровий пропуск (технологічна пауза), виявлення конфлікту і його поширення по мережі, а також витримку в разі конфлікту й повторні передачі. Діаграма станів канального рівня станції мережі при методі CSMA/CD. На від­міну від неї, у модифікованому варіанті немає самостійного стану «Вікно конфлікту». Він став складовою частиною стану «Передача», що не суперечить самій схемі доступу: вікно конфлікту - це початко­вий етап передачі кадру будь-якій станції мережі.

У розробленій модифікованій моделі реалізована можливість передачі повідомлення необмеженої довжини (із розбивкою його на кадри): ціле число кадрів визначається цілочисловим діленням дов­жини повідомлення на максимальну довжину кадру. Якщо залишок (останній кадр) менше мінімальної довжини кадру, то вся довжина повідомлення вирівнюється до цілих кадрів плюс кадр із довжиною, рівною мінімальній довжині кадру. У іншому випадку зміни не вико- нуться. Така розбивка здійснюється в момент вилучення заявки з черги.

У цій моделі інакше здійснюється визначення колізій: відповідна процедура запускається по станціях мережі в кожному октетному інтервалі перед циклом. Оскільки передачу закінчує завідомо одна станція, то на цьому етапі колізій немає і не може бути. Закінчення передачі (зникнення несучої) розпізнається станціями в різні моменти часу завдяки кінцевій швидкості поширення сигналу. Відповідно, якщо у станції є необхідність передавати дані, вона починає переда­чу, відрахувавши міжкадровий пропуск. Природно, якщо станцій де­кілька, у найгіршому випадку вони почнуть передачу зі зсувом у часі, рівним часу поширення сигналу між двома крайніми (від­даленими) станціями мережі. Аналогічно й колізія буде розпізнана в найгіршому випадку за цей же час, тому й час передачі кадру по­винний бути більшим, ніж подвоєний час поширення сигналу між двома віддаленими точками. Звідси й обмеження на мінімальну дов­жину кадру (64 октетів).

У цій моделі опускається той факт, що зникнення несучої розпі­знається в різний час, тобто станції за наявності заявки й незайнятості каналу свідомо почнуть передачу в один октетний інтервал. Далі в реальній мережі колізія виявилася б максимально через час, що до­рівнює половині вікна конфлікту. В імітаційній моделі факт колізії виявляється через повний час вікна конфлікту, тобто немов час неузгодженого початку передачі переноситься до часу загального «старту». Слід зазначити, що в модифікованій моделі колізії визна­чаються з розрахунку на найгірший випадок.