СПОСОБ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В СИСТЕМЕ ТЕЛЕМЕХАНИКИ
METHOD OF INFORMATION EXCHANGE IN TELEMECHANICS SYSTEM

Изобретение относится к способам формирования информационных сообщений в системах телемеханики, использующих магистральные каналы связи и реализующих функции телеуправления, телесигнализации, телеизмерения, диагностики и тестирования пунктов управления и контролируемых пунктов объектов железнодорожного транспорта, промышленности, энергетики.
Известен способ формирования информационных сообщений по протоколу канального уровня HDLC (high level data link control) по стандарту ISO 13239 [1]. В соответствии со стандартом информационное сообщение обрамляется признаками его начала и окончания - байтами «открывающего» и «закрывающего» «флага» со структурой 01111110, между «флагами» размещаются поля кодов адреса, управления, информации и защитной контрольной последовательности кода, охватывающего данные компонентов, размещенных между флагами. Появление ложного кода «флага» в информационном сообщении исключается благодаря вставке в передаваемое сообщение сигнала «0» после передачи пяти подряд сигналов «1», причем в приемнике при контроле принимаемого информационного сообщения сигнал «0», зафиксированный после пяти подряд сигналов «1», удаляется. Сигнал «1» в старшем разряде первого байта кода поля адреса является признаком использования двухбайтного адреса, а сигнал «0» в указанном разряде является признаком однобайтной структуры адреса. Тип сообщения определяется структурой кода поля управления. Поле информации включает данные, тип которых указан в поле управления.
Паузы между передачей информационных сообщений заполняются «флагами», причем первый байт, отличающийся от «флага», является признаком начала передачи сообщения, а первый байт «флага» после передачи байтов, отличающихся от «флага», является признаком завершения передачи информационного сообщения.
Введение «флагов» в качестве признаков начала и окончания информационного сообщения позволяет исключить необходимость указания длины сообщения и обеспечивает синхронность работы пунктов обмена информацией.
Недостатком известного способа является передача «флагов» также для заполнения пауз между передачами информационных сообщений, что исключает возможность использования одного полудуплексного канала связи для информационного обмена между пунктом управления (ПУ) и контролируемым пунктом (КП). Кроме того, при использовании известного способа для проведения информационных обменов ПУ с несколькими КП скорость передачи данных должна устанавливаться одинаковой для всех КП независимо от их удаления от ПУ и соответствовать предельно возможной скорости передачи данных от наиболее удаленного КП. Указанные недостатки снижают информационные возможности и оперативность системы телемеханики.
Наиболее близким к предложенному является способ формирования информационных сообщений по патенту РФ №2236706, в котором передаваемое сообщение содержит следующие компоненты: число байт информации, признак идентификации линии, адреса получателя и отправителя информации, код вида информационной посылки, информационное поле, время генерации посылки и контрольный код [2].
Известный способ-прототип позволяет проводить информационные обмены пункта управления с рядом контролируемых пунктов благодаря наличию в посылке адресов пунктов отправителя и получателя. Недостатком способа является отсутствие составляющих, позволяющих синхронизировать работу удаленных пунктов в паузах между передачами информационных сообщений и, как следствие, невозможность использования в системе телемеханики магистральных каналов связи.
Задачей изобретения является способ формирования информационных сообщений, обеспечивающий использование одного полудуплексного магистрального канала связи для обмена информационными сообщениями между ПУ и рядом КП, с каждым из которых информационный обмен проводится на скорости, максимально возможной для каждого КП и соответственно, повышение оперативности информационных обменов в системах телемеханики.
15
12
5
Это достигается тем, что любое информационное сообщение по стандарту ISO 13239 для систем телемеханики, использующих для соединения пункта управления с контролируемыми пунктами магистральный канал связи, в которых любое информационное сообщение обрамляется признаками его начала и окончания - байтами «открывающего» и «закрывающего» «флага» со структурой 01111110, между «флагами» размещаются поля кодов адреса, управления и информации, составляющие передаваемый полином, и защитная контрольная последовательность кода, которая соответствует остатку от деления передаваемого полинома на образующий полином со структурой 2+2+2+1, для исключения появления ложного кода «флага» в передаваемое сообщение вставляется сигнал «0» после передачи пяти подряд сигналов «1», причем вставленный сигнал «0» удаляется приемником, сигнал «1» в старшем разряде первого байта кода адреса является признаком использования двухбайтного адреса, а сигнал «0» в указанном разряде является признаком однобайтной структуры адреса, предваряется передачей синхронизирующего байта «меандра» из чередующихся сигналов «1» и «0», пункт управления периодически передает в канал связи сообщение - централизованный опрос готовности к передаче информации всех контролируемых пунктов, причем указанное сообщение передается на минимальной частоте, равной частоте передачи данных от контролируемого пункта, наиболее удаленного от пункта управления, в адресное поле сообщения централизованного опроса вводится код, отличающийся от кодов адресации любого контролируемого пункта, а информационное поле разделяется на равные участки, число которых равно числу контролируемых пунктов, каждый из которых на соответствующем участке передает признак готовности или неготовности к передаче информации в виде пар сигналов «10» или «01», причем число пар сигналов на каждом участке соответствует целочисленному отношению частот передачи данных от наиболее удаленного и данного контролируемого пункта; после анализа данных, полученных при проведении цикла централизованного опроса контролируемых пунктов, пункт управления передает на контролируемый пункт, передавший признак готовности к передаче информации, сообщение - команду вызова информации, причем частота передачи команды вызова информации соответствует данным, полученным ранее от вызванного контролируемого пункта, а в ответ на команду вызова контролируемый пункт на допустимой для него частоте передает сообщение, в соответствующие поля которого вводится адрес пункта-источника, вид данных, информация и контрольная последовательность кода; число последовательных сообщений - команд вызова информации и ответных сообщений от контролируемых пунктов соответствует числу контролируемых пунктов, от которых на этапе централизованного опроса был передан признак готовности к передаче информации.
На фиг.1 показана схема многоуровневой системы телемеханики, в которой контролируемые пункты КП-1…КП-П подключены к магистральному каналу связи с общим для них ПУ. В системах телемеханики для железных дорог протяженность магистрального канала связи может достигать 150-200 км, а величины сопротивления, индуктивности и емкости участков канала связи от ПУ до разных КП могут отличаться в десятки раз. Указанные параметры участков канала связи определяют и возможную скорость передачи данных разными КП.
На фиг.2 и фиг.3 показаны временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ формирования информационных сообщений. Информационные обмены разделяются на этап централизованного опроса ПУ готовности к передаче данных каждого КП и один или несколько этапов информационного обмена ПУ с КП, от которых поступил признак готовности к передаче информации.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является замена «флагов», которые в ISO 13239 полностью заполняют паузы между передачей информационных сообщений, на однобайтные «меандры» («M»), состоящие из чередующихся сигналов «1» и «0» и предваряющие передачу сообщений от ПУ и КП. Благодаря наличию в «меандре» максимального числа переходов от «1» к «0» и от «0» к «1» за относительно малый промежуток времени обеспечивается синхронизация работы устройств ПУ и КП. При замене непрерывно передаваемых «флагов» короткими «меандрами» образуются паузы, которые используются для передачи по одному полудуплексному каналу связи информационных сообщений от КП. В результате информационные возможности системы телемеханики увеличиваются.
В предложенном способе, в соответствии с ISO 13239, любое сообщение от ПУ и КП обрамляется «открывающим» и «закрывающим» «флагами».
Следующий за «открывающим флагом» код адреса КП (АКП) по ISO 13239 может быть однобайтным или двухбайтным. Двухбайтный АКП используется, если в систему телемеханики включается более 127 КП. Признаком использования двухбайтной адресации является сигнал «1» в старшем разряде первого байта адреса. Для централизованного опроса в качестве адреса ПУ используется код, не используемый для указания адреса какого-либо КП. В приведенном на рис.2 примере для централизованного опроса используется код поля адреса, состоящий из сигналов «1».
Вид передаваемых или запрашиваемых данных определяется кодом поля управления («У»).
За полем управления следует информационное поле. В предлагаемом способе информационное поле этапа централизованного опроса КП (рис.2) разделяется на «n» равных частей для «n» КП. Номер КП соответствует номеру выделенной части информационного поля. Так как все КП синхронизированы передаваемыми от ПУ «меандрами», каждый КП определяет временной отрезок «своей» части и в его пределах передает признак наличия (или отсутствия) данных для передачи в ПУ.
15
12
5
Все компоненты сообщения между «флагами», как и в ISO 13239, образуют передаваемый полином, который защищается от искажений двухбайтной контрольной последовательностью кода (КПК). КПК соответствует остатку от деления передаваемого полинома на образующий полином, который, как и в ISO 13239, равен коду 2+2+2+1.
Сообщение - централизованный опрос КП формируется ПУ и передается в канал связи на минимальной скорости, соответствующей скорости передачи данных от наиболее удаленного КП. Это обеспечивает нормальный прием команды централизованного опроса всеми КП независимо от их удаления от ПУ. Отличительной особенностью предлагаемого способа является передача на выделенной для каждого КП части информационного поля признака наличия (отсутствия) данных для передачи на скорости, соответствующей возможностям этого КП. Этап централизованного опроса завершается (в соответствии с ISO 13239) передачей КПК и «закрывающего флага», после чего возобновляется передача от ПУ синхронизирующей комбинации -10101010 («меандра»). ПУ анализирует принятые в информационном поле кодовые комбинации от всех КП; по виду комбинации сигналов на всех участках определяется как допустимая скорость информационного обмена с каждым КП, так и наличие (отсутствие) данных для передачи.
При поступлении признаков отсутствия данных для передачи от всех КП ПУ может повторно провести этап централизованного опроса КП или принудительно запросить какие-либо данные от выбранного КП.
При наличии данных от КП ПУ проводит один или несколько этапов информационного обмена с КП, передавшими соответствующий признак на этапе централизованного опроса. Если признак наличия информации принят от нескольких КП, ПУ проводит поочередные этапы информационного обмена с этими КП, причем порядок обмена определяется установленным приоритетом КП.
Для примера на фиг.2 показано, что каждому КП выделяется два разряда (бита), причем для повышения помехоустойчивости данные от КП (признак наличия или отсутствия данных для передачи в ПУ) передаются корреляционным кодом. Код «10» соответствует готовности КП к передаче информации, а код «01» - отсутствию данных для передачи. Код «00» является признаком неисправности или отсутствия соответствующего КП. Если для КП предельно возможная скорость соответствует скорости передачи от ПУ сообщения централизованного опроса КП, комбинация «10» или «01» на соответствующем участке информационного поля передается один раз (на фиг.2 такая комбинация передается КП(n-1) и КПп). Для КП13, КП14 и КП15 (в приведенном примере) допустимая скорость передачи вдвое выше минимальной, поэтому для КП такого типа в двух разрядах кода комбинация сигналов «10» или «01 »повторяется дважды, т.е. в канал связи передаются сигналы «1010» или «0101». Для КП1 (в приведенном на фиг.2 примере) допустимая скорость передачи в четыре раза выше минимальной, поэтому для такого типа КП кодовая комбинация повторяется четыре раза, т.е. в канал связи передаются сигналы «10101010» или «01010101». Без изменения сути предлагаемого способа длина участков для передачи от КП признаков наличия или отсутствия информации и допустимой скорости передачи данных может быть иной.
В приведенном примере признаками наличия данных для передачи в ПУ являются сигналы «10», полученные от КП(n-1), сигналы «1010», полученные от КП15, и сигналы «10101010», полученные от КП1, а признаками отсутствия данных для передачи в ПУ-сигналы «01», полученные от КПп, сигналы «0101», полученные от КП13 и КП14.
На фиг.3 показан пример проведения информационного обмена с КП15, от которого на этапе централизованного опроса поступил признак наличия информации для передачи в ПУ. Скорость передачи данных определяется по виду кода, полученного от КП15 на этапе централизованного опроса. В приведенном примере скорость информационного обмена вдвое выше минимальной. Как показано на фиг.3, после передачи синхронизирующего «меандра» и «открывающего флага» ПУ передает коды АКП-15 (00001111) и код поля управления. В приведенном примере для кода - команды вызова данных от КП используется комбинация сигналов 1110. Передача сообщения от ПУ завершается кодами КПК и «закрывающего флага». В ответ от выбранного КП (КП15 в приведенном примере) на скорости, определенной в цикле централизованного опроса КП, передается АКП (в приведенном примере код - 00001111), код поля У, соответствующий виду передаваемой информации (код 1010 - в приведенном примере) и данные (код - 101111110011011х… в приведенном примере). В соответствии с ISO 13239 в код поля данных после пяти подряд переданных сигналов «1» введен дополнительный бит «0» (bit stuffinq) для предотвращения образования «ложного флага». Аналогичный бит «0» вставлен между двумя разрядами кода поля У, так как на участке передачи кодов АКП и У зафиксировано пять подряд сигналов «1». Вставленные биты «0» выделены на фиг.3 пунктиром.
Передача сообщения завершается кодами КПК и «закрывающего флага.
Аналогично проводятся информационные обмены ПУ с другими КП, причем скорость проведения каждого информационного обмена соответствует максимально возможной для КП, с которым проводится обмен данными. Аналогичные сообщения формируются пунктом управления для передачи команд телеуправления объектами контролируемых пунктов.
Рассмотрим эффективность использования предложенного способа формирования информационных сообщений для следующего варианта системы телемеханики:
- общее число КП в системе телемеханики равно 40,
- для 31…40 КП скорость передачи данных равна F,
- для 21…30 КП скорость передачи данных равна 2F,
- для 11…20 КП скорость передачи данных равна 4F,
- для 1…10 КП скорость передачи данных равна 8F,
- каждый КП передает информационное сообщение длиной в 20 байт (160 бит).
В расчете длина «меандров», предшествующих передаче каждого информационного сообщения, а также bit stuffinq не учитываются в связи с незначительным влиянием на общее время передачи.
ОБЩ
Длина этапов централизованного опроса КП и информационного обмена КП с ПУ определяется по временной диаграмме рис.2 и 3. Для рассматриваемого примера длина этапов равна, соответственно, 128 и 256 бит. При использовании для передачи данных одинаковой для всех КП скорости F время сбора информации от всех КП (Т) окажется равным:
ИНД
а при передаче данных на указанных в примере индивидуальных скоростях для каждой группы КП время сбора информации (Т) составит:
ОБЩ
ИНД
Видно, что время сбора информации при использовании предложенного способа более чем в два раза уменьшается, т.е. вдвое увеличивается оперативность системы телемеханики. Очевидно, что при увеличении числа КП, которые могут проводить информационные обмены на более высокой скорости, эффективность предложенного способа увеличивается. Так, например, при числе КП, проводящих информационные обмены с ПУ на скорости F, равном 10, а на скорости 8F, равном 30, соотношение Т и Т окажется большим 3.
Показано, что предложенный способ позволяет проводить информационные обмены ПУ с рядом КП по одному полудуплексному магистральному каналу связи и использовать для передачи данных от каждого КП максимально возможную для него скорость. Это обеспечивает повышение информативности и оперативности многоуровневой системы телемеханики.
Источники информации
1. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник / С.А. Аничкин, С.А. Белов, А.В. Берштейн и др.; Под. ред. И.А. Мизина, А.П. Кулешова. - М.: Радио и связь, 1990. - 504 с.: ил.
2. Патент РФ на изобретение №2236706, 2004 г. - прототип.