книги / Проектирование и эксплуатация автоматизированных систем диспетчерского управления объектами критической инфраструктуры современного города

3.4.7.Клиент-серверная архитектура

судаленным управлением

Вэтой архитектуре (рис. 3.8) подключение операторской рабочей станции к сети осуществляется в режиме удаленного доступа через модем, а сама операторская станция включает в своем составе сетевой сервер, инструментарий для сетевого управления и АРМ, в то время как на локально подключаемом клиентском ПК инструментарий для сетевого управления работает параллельно.

Рис. 3.8. Клиент-серверная архитектура с удаленным управлением

Достоинства: сопровождение LNS серверного ПК может выполняться на вынесенном узле. Никаких локально подключаемых ПК не требуется. Система может быть сконфигурирована на выполнение автоматического дозвона и на выполнение автоматического ответа.

Недостатки: требуются дополнительное устройство для обеспечения сетевого интерфейса и программное обеспечение для ведения коммуникационного обмена в режиме удаленного доступа. Производительность ограничивается пропускной способностью телефонной линии.

3.4.8.Расширенная сетевая архитектура

Вэтой архитектуре (рис. 3.9) трафик между устройствами и сетевым инструментарием маршрутизируются через ЛВС или через ГВС.

Интернет-сервер iLon100 выполняет функции маршрутизации, которые позволяют устройствам, установленным в сети A, вести коммуникационный обмен данными с устройствами, которые установлены

всети B, используя для этого магистральный канал, передача по которому осуществляется по IP-протоколу.

51

вых компонентов. Вообще, деление стадии планирования на этапы выбора общей архитектуры и выбора сетевых компонентов достаточно условно, и четкой границы между этими этапами провести нельзя, так как на самом деле задача выбора сетевых компонентов отчасти уже должна решаться на этапе выбора общей архитектуры. Поскольку рекомендации Echelon явного критерия для решения этой проблемы не дают, то представляется удобным разделить задачу выбора сетевых компонентов на две условно-независимые подзадачи: выбор сетевых компонентов, формирующих сетевую топологию, и выбор сетевых компонентов, реализующих выполнение прикладной задачи, и решать эти подзадачи отдельно. К первой группе устройств, условно называемых активными сетевыми компонентами, будет относиться различное сетевое LON-оборудо- вание (повторители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы), функционирующее в промышленных сетях LONWorks; ко второй группе (пассивным сетевым компонентам) – все остальное LON-оборудование, реализующее собственно решение задач управления: датчики, исполнительные механизмы, модули ввода/вывода и пр. Подобное деление обусловлено особенностями реализации физического, канального и сетевого уровней протокола LONTalk – протокола промышленных сетей LONWorks.

Поскольку протокол LONTalk поддерживает множество типов передающих сред, то выбор сетевых компонентов должен учитывать тип среды канала связи, к которому будет подключен. Каналы, построенные на основе разных передающих сред, могут сильно отличаться по характеристикам, в том числе и по количеству устройств, которые можно подключить к одному сегменту сети, так называемому «каналу». Выбор типа передающей среды основывается на анализе метрик каналов, позволяющих оценивать возможности подключения и производительность среды, на которой он построен:

–пропускная способность рабочей полосы частот;

–поддержка той или иной топологии;

–максимальная длина сегмента;

–максимальное количество устройств в одном сегменте: большинство типов каналов имеют ограничения по числу устройств, которых они могут поддерживать;

–максимальное число пакетов в секунду: наиболее распростра-

ненной оценкой для типов каналов является использование данных об их пропускной способности (число пакетов в секунду). Этой цифре всегда следует уделять самое пристальное внимание, так как ее конкретное

53

значение подвержено воздействию многих факторов, и она может изменяться в широком диапазоне значений;

–тип кабеля;

–закрытая или разделяемая среда:

♦использование закрытой среды означает, что коммуникационная среда не разделяется другими сторонами. Например, кусок кабеля «витая пара» является закрытой средой;

♦разделение типов сред происходит совместно с другими функциями. Например, линия электропередачи и радиочастотные каналы являются разделяемыми средами. Для этих типов необходим особый подход, так как никогда невозможно предсказать заранее, какого места достигнут передаваемые по ним пакеты;

– требования к терминаторам: для многих каналов требуется явная схема установки терминаторов. Это снижает отражение пакетов и снимает другие проблемы, которые могут приводить к ошибкам с доставкой пакетов;

– имеющийся в распоряжении инструментарий для проведения тестов и проверок

Существуют специальные сводные таблицы, которые помогают примерно оценить, для какого канала (предполагается, что примерная топология будущей сети (т.е. примерная схема каналов и нагрузка на них) к этому моменту уже определена) какой тип передающей среды может подойти, хотя на практике реальные характеристики каналов связи могут сильно отличаться от заявленных.

3.6. ВЫБОР ФИЗИЧЕСКОЙ ТОПОЛОГИИ

Физическая топология сети определяет размещение и группирование устройств на объекте управления. Физическая топология описывает типы передающих сред, на основе которых будут формироваться каналы связи, и схему прокладку каналов и размещения LON-устройств на объекте. Сложность заключается в том, что вопросы выборы типа передающей среды невозможно решить, не решив предварительно вопрос о размещении LON-устройств (активных и пассивных сетевых компонентов, см. п. 3.2.3) на объекте, поскольку тип передающей среды в значительной степени ограничивает число устройств, которые можно подключить к каналу. В то же время выбор LON-устройств (или узлов) за-

54

висит от того, какой тип приемопередатчика необходимо использовать, а это зависит от типа передающей среды канала. Таким образом, задачи выбора сетевых компонентов, типов передающих сред для формирования каналов и физической топологии сети надо решать совместно, и поэтому выделение «выбора сетевых компонентов» в отдельный этап планирования сети, как это сделано в рекомендациях Echelon (см. рис. 3.1), представляется не совсем обоснованным.

Возвращаясь к выбору физической топологии, стоит заметить, что типы каналов и приемопередатчиков определяют требования и ограничения, которые присущи каждой топологии прокладки проводки.

3.6.1. Топология шины

Топология шины (рис. 3.10) представляет собой физическую прокладку коммуникационного канала, в составе которой имеются четко определяемые начало и конец.

Рис. 3.10. Шинная топология

На канале в топологии шины терминаторы должны быть установлены в его начале и в его конце.

Достоинства: простота схемы соединения устройств. Недостатки: трудности при расширении сети за счет увеличения

количества устройств, необходимость установки терминаторов сигнала на обоих концах кабеля. Ограничения для длины провода, соединяющего шину и LON-узел.

3.6.2. Свободная топология

Свободная топология (рис. 3.11) представляет собой гибкую проводную структуру, используемую при прокладке коммуникационного канала, которая включает такие схемы, как кольцо, звезда, шина и их комбинацию. Терминатор должен быть установлен на каждом сегменте (наиболее предпочтительным местом установки является место поблизости от маршрутизатора).

55

Достоинства: обеспечивается сокращение трафика, не являющегося необходимым, путем изолирования трафика отдельных подсистем.

Недостатки: могут иметься ограничения по длине проводки магистрального канала.

3.7. ВЫБОР ЛОГИЧЕСКОЙ ТОПОЛОГИИ

Логическая топология представляет собой логическое группирование и структурирование сетевого проекта. При выборе логической топологии необходимо произвести идентификацию и группирование отдельных подобластей сети, которые называются подсистемами.

Если судить строго, то выбор логической топологии сети напрямую влияет не на физические характеристики самой ИУС (набор сетевого оборудования, тип кабелей, физическая топология), а на логическую структуру сетевого проекта, который разрабатывается на стадии реализации в специальном инструментарии для инсталляции сети (см. п. 2.5.2). На стадии планирования, как это видно из описания этого процесса, представленного в предыдущих пунктах, никакое специализированное LON-программное обеспечение не нужно. Тем не менее задача выбора логической топологии относится к этапу планирования, поскольку логическая топология может косвенно зависеть от топологии физической.

Подобласти сети, называемые подсистемами, являются логическим группированием устройств и/или функциональных блоков, которые выполняют общую функцию по управлению или присутствуют в общем физическом местоположении. Формат адресации пакетов на сетевом уровне протокола LONTalk поддерживает групповую адресацию и позволяет устройствам сети принадлежать нескольким подсистемам, сгруппированным по разным признакам.

Несмотря на то, что несколько подсистем могут разделять один и тот же канал, подсистему обычно стараются выбирать так, чтобы она действовала в масштабах одного единственного канала и подключалась к сети через маршрутизатор, выделенный этой подсистеме.

Обычно подсистема, разработанная, например в LONMaker, имеет ограниченный и четко определенный интерфейс, а большинство соответствующих операций выполняется на уровне, который является локальным по отношению к самой подсистеме. Таким образом, об-

57

щий проект сети выглядит как совокупность различных подсистем, каждая из которых выполняет определенную функции. На диаграмме LONMaker подсистема представляет собой страницу на чертеже проекта сети (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Модель подсистемы освещения, представленная в LONMaker

Создание сетевого проекта из нескольких подсистем особенно удобно для больших и сложных систем, однако проектировать подсистемы надо так, чтобы разбираться в них можно было просто и легко, а также рекомендуется включать описание подсистем в документацию.

58

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ГЛАВЕ 3

Для самопроверки степени усвоения материала данной главы постарайтесь ответить на следующие контрольные вопросы:

1.НазовитеосновныетопологиисетевойинфраструктурыLONWorks.

2.Как осуществляется выбор сетевых компонентов на этапе планирования LONWorks?

3.Поясните принципы, употребляемые при выборе инструментальной архитектуры сети согласно рекомендациям Echelon.

4.Поясните функции терминатора в физической инфраструктуре LONWorks. В каких случаях его применение оправданно?

5.В каких случаях целесообразно использование свободной топологии сети LONWorks?

59

Глава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАРИЯ ECHELON LONMAKER НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕТИ АСДУ ОКИ НА БАЗЕ LONWORKS

Реализация сети – вторая стадия жизненного цикла ИУС, построенной на основе технологии LONWorks (см. рис. 3.1). Реализация сети происходит в три этапа: инсталляция физической сети, программирование сети и ввод сети в эксплуатацию.

Под инсталляцией физической сети понимают монтаж оборудования и системы коммуникации ИУС на объекте автоматизации. На этом этапе реализуется физическая топология сети, разработанная на стадии планирования.

На втором этапе реализации программируется сеть. Стремление компании Echelon сделать процесс проектирования fieldbus-систем простым и быстрым определило концепцию разработки сети LONWorks. В отличие от традиционных методов проектирования, в которых для создания программного обеспечения узлов ИУС применялись различные инструментальные средства, языки и технологии программирования, а сам процесс написания программ был чрезвычайно долгим и сложным, написание программ для узлов сети LONWorks является довольно простым делом. Для создания всего прикладного ПО в ИУС, построенной на основе технологии LONWorks, в большинстве случаев достаточно одной среды разработки, называемой инструментарием для инсталляции сети.

Инструментарий для инсталляции сети является основной средой, в которой ведется разработка LON-сети. В этом среде разработчик создает сетевой проект, определяет нужный набор функциональных блоков, назначает связи между сетевыми переменными и вводит сеть в эксплуатацию. В качестве инструмента для инсталляции сети чаще всего используется программный пакет LONMaker Integration Tool как наиболее удобный и хорошо документированный.

Сам термин «программирование сети» появился благодаря тому, что вместо создания прикладных программ для каждого контроллера сети, реализующих общий алгоритм управления, в сетях LONWorks достаточно создать одну программу, реализующую алгоритм работы сети,

60