ИИС «КУМИР-ТеплоКом» как система массового обслуживания

Ещё одним проблемным моментом является то, что

сеть бытового электропитания служит общей средой

передачи данных, то есть в один момент времени передачу могут осуществлять сразу несколько устройств, В такой ситуации для разрешения конфликтов столкновения трафика необходим регулирующий механизм - протокол доступа к среде. В качестве такого протокола был выбран хорошо известный Ethernet, который в технологии Powerline был расширен путем добавления дополнительных полей приоритета. Такая модификация вызвана необходимостью передачи данных в режиме, близком к реальному времени, когда величина задержки является критичным параметром. Пакеты, содержащие такие данные помечаются как "timing critical", т. е. имеют самый высокий приоритет при обработке и доступе к среде передачи. Кроме того, в протоколе уровня приложений должна быть реализована технология тегирования (tagging), позволяющая в самом пакете данных содержать описание содержащихся в нем данных.

Целью разработки нашей системы было получение

простого инструмента для гибкого построения надежных

систем дистанционного контроля и управления электрическими нагрузками, освещением, теплом, сигнализацией, вентиляцией, кондиционированием, водоснабжением, приводами ворот и жалюзи в квартире или комплексе зданий, который должен быть доступен персоналу среднего технического уровня.

Учитывая все изложенные выше факторы, можно сделать вывод о целесообразности создания системы контроля и управления инфраструктурой жилых и офисных сооружений с использованием модифицированной технологии PLC в качестве протокола физического уровня, общепринятых протоколов Ethernet, TCP/IP и оригинального протокола уровня приложений с использованием тэгирования. При этом целесообразно применение частично децентрализованной сети.

Статья принята к публикации 21.05.07

Р.А.Белоусов

ИИС « КУМ И р-Тепло Ко м » как система массового обслуживания__

При разработке информационно-измерительных систем теплоучета, как правило, ставится задача обеспечения обмена информацией с неким максимальным количеством тепловычислителей. Оно обычно находится в районе 100-200 единиц. Нет необходимости теоретически обосновывать работу с таким количеством устройств, т.к. при столь небольших нагрузках не встает вопрос о максимальной загрузке сервера, о производительности сетевого интерфейса, об устойчивости приложения в условиях экстремальной нагрузки. Однако при разработке масштабной информационно-измерительной системы, способной обслуживать несколько тысяч единиц, необходимо знать, как влияет внутренняя структура системы, ее аппаратные ресурсы на максимальное количество тепловычислителей в сети и скорость обслуживания. Это позволит оптимально планировать задания в системе, построить схему резервирования, обеспечить защиту от перегрузок,

Фактически необходимо определить скорость обслуживания заявок в системе и вероятность отказа в обслуживании. Величина вероятности отказа в обслуживании является как раз тем порогом производительности, относительно которого считается максимальное количество тепловычислителей в сети. Стоит также отметить, что нет необходимости рассчитывать вероятность ошибок в канале связи. И вот почему. Во-первых, канал связи

цифровой, и его интерфейсы уже учитывают ошибки и располагают разнообразными средствами коррекции ошибок. Во-вторых, работу канала связи регулирует подсистема сотового оператора, о настройке которой нам ничего не известно и которая может меняться оператором связи по мере необходимости. В-третьих, из статистических данных вероятность корректного завершения сессии составляет не менее 90%, и эта величина зависит, в том числе, от уровня входного сигнала на модеме. Поэтому в дальнейшем мы принимаем эту величину как наиболее худшие условия при расчетах.

Расчеты мы предлагаем основывать на теории телетрафика [1], полагая, что информационно-измерительную систему теплоучета масштаба города можно считать системой массового обслуживания (СМО).

Согласно теории телетрафика все СМО можно разделить по определенному набору параметров на группы. Наиболее известная классификация - это классификация Кендалла-Башарина, основанная на пяти символах. Первичная классификация Кендалла была основана на трех символах, но ввиду необходимости описания моделей сложных телекоммуникационных систем она была дополнена еще двумя символами.

Простейшей (для исследования) моделью считается однолинейная СМО с пуассоновским входящим потоком

заявок, длительность обслуживания которых подчиняется экспоненциальному закону. Такая СМО в классификации Кендалла-Башарина обозначается следующим образом:

М / М/\/со//0°.

Символ "М" в первой позиции классификации Кендалла определяет вид функции распределения длительности интервалов между моментами поступления соседних заявок - A(t):

A(t) = \-e~*.

Величина Я - интенсивность входящего потока заявок. Она измеряется числом заявок, поступающих в единицу времени.

Символ "М" во второй позиции классификации Кендалла определяет вид функции распределения длительности обслуживания заявок - B(t):

B(t) = 1-е-".

Величина ju - интенсивность обслуживания заявок, Она измеряется числом заявок, которое СМО обслуживает в единицу времени.

Символ "1" в третьей позиции классификации Кендалла определяет численность обслуживающих приборов. Если точное число неизвестно, на этом месте ставят "V". Под обслуживающим прибором в данном случае понимается цепь, обрабатывающая заявку, независимо от других заявок. Очевидно, что рассматривая приложение, обрабатывающее заявки в многозадачной операционной системе (ОС), можно предположить, что этот символ будет использоваться для обозначения числа нитей в приложении. Можно, конечно, представить «приборы» как объекты внутри одной нити, но тогда невозможно балансировать нагрузку в многопроцессорных машинах.

В четвертой позиции указывается число мест для ожидания. Цифра "О" указывает на дисциплину обслуживания с потерями, символ "со" говорит о неограниченной емкости буферного накопителя на входе СМО.

В пятой позиции ставится символ, определяющий дисциплину обслуживания, что позволяет, например, отразить различные варианты выбора заявок из очереди

на обработку. /0° - означает очередь без приоритетов.

Данная модель приведена для краткого описания классификации и для описания ИИС «КУМИр-ТеплоКом» [2] как СМО не подходит. Поэтому нам потребуется другая модель. Обозначим ее так:

D/G/V/oo/dl

На рисунке справа также приведем структурную схему программного обеспечения.

В первой позиции "D" обозначает детерминированный поток входных заявок. Детерминированный, т.к. наша СМО обслуживает на основе предварительно установленного расписания, и время поступления каждой заявки можно точно определить. Расписание как раз и предполагает детерминированность.

Символ "G" во второй позиции предполагает некую функцию распределения длительности обслуживаемых заявок. Длительность обслуживания заявки в общем случае является случайной величиной

G(t) = f(t,p0,t3), зависящей от вероятности

ошибок в канале связи [р0) и базового времени обслуживания заявки (ГД зависящем от характера поставленной задачи в заявке, от типа используемого драйвера, Предполагается экспериментально установить характер зависимости G(î), проанализировав журнал обработки заявок в работающей системе за достаточно большой промежуток времени.

Третья позиция предполагает некоторое заранее известное число нитей (потоков) "V" для обработки всех заявок. Это число определяется двумя факторами: пропускной способностью внешнего канала связи сервера и предельным числом нитей, исходящим из количества свободных системных ресурсов. Первый фактор - однозначно известная величина, второй определяется по результатам StressTest-а, т.е. испытания системы с помощью эмуляторов пиковой нагрузки. StressTesî позволяет выявить максимальное число одновременных сессий и определить факторы, влияющие на это число. В итоге, решающим оказывается только один из факторов, имеющий наибольшую значимость в конкретной ситуации: либо канал, либо система. При определении "V", исходя из пропускной способности канала сервера, считаем, что полоса, требуемая для обмена данными с одним тепловычислителем, составляет 8006ит/с. Эта величина была определена экспериментально усреднением по 150 одновременным соединением.

Четвертая позиция классификации "оо" предполагает отсутствие жестких ограничений на длину очереди заявок. Однако в случае аварийных состояний типа «сгорел модем» заявки удаляются из очереди как просроченные через временной интервал в несколько суток.

Из теории цепей Маркова известно, что количество устройств должно быть больше, чем загрузка системы, иначе с течением времени очередь к устройствам, вероятнее всего, будет стремиться к бесконечности. Поэтому при работе системы существует очевидное огра-

ничение, определяющее максимальную емкость СМО: интенсивность потока входящих заявок не должна превышать интенсивность обработки этих заявок; хотя с другой стороны это вовсе не означает, что время между подачей заявок должно быть больше максимального времени обработки заявки, Мы имеем СМО с ожиданием, поэтому заявки, не принятые к обработке, сразу же будут поставлены в очередь и обработаны позднее. Отказ в установке связи также не влечет потери заявки, т.к. это просто понижает на время ее приоритет в очереди и дает возможность без простоя обрабатывать другие заявки.

Пятая позиция в классификации обозначает очередь с приоритетами. Очередь заявок организована по принципу FIFO (First-in-First-out) с упорядочением по приоритету. В случае неудачного завершения заявки ее приоритет понижается, однако попытка повторного обслуживания может быть предпринята не ранее чем через 3 часа, даже несмотря на приоритет. Это связано с тем, что сбои связи носят устойчивый характер и могут длиться до нескольких часов.

Таким образом, перед нами стоит задача анализа предложенной модели СМО и решения следующей задачи:

- по известным величинам интенсивности обслуживания ¡л, числу нитей V и допустимой вероятности

потерь заявок 7Г0 найти допустимую величину интенсивности входящего потока вызовов X.

Данная задача успешно решена А.К. Эрлангом для пуассоновского входящего потока заявок [3]. Нам необходимо будет найти решение для детерминированного потока заявок.

Кроме того, необходимо будет определить время ожидания обслуживания т.к. в системе с ожиданием определяет интенсивность постановки заданий в очередь, Далее нужно установить, при каком Я tw —» оо . При этом условии очевидно, что мы получим

порог устойчивости системы и как результат - максимальную емкость СМО.

Библиографический список

1. Корнышев Ю.Н., Пшеничников АД Харкевич А.Д.. Теория телетрафика, - М.: Радио и Связь, 1996.

2. Белоусов P.A., Фискин Е.М. Информационно-измерительная система «КУМИр ТеплоКом» - новое решение для масштабных систем автоматизации учета тепла в ЖКХ II Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири». - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006.

3. Крылов В.В., Самохвалова С.С.. Теория телетрафика и ее приложения. - СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2005.

Статья принята к публикации 21.05.07

И.А.Асламов

Универсальный программируемый модуль для сбора, обработки и хранения информации с локально-распределенных систем на базе 1-уу1ге шины

Создание локально-распределенных систем на базе l-Wire-шины является на сегодня наиболее оптимальным решением для большинства практических задач автоматизации. В настоящее время Dallas Semiconductor поставляет широкую номенклатуру компонентов различных функциональных назначений для реализации самых разнообразных сетевых приложений. Поэтому имеется большое число конкретных примеров использования 1-Wire-интерфейса для целей автоматизации в самых различных областях, и все больше разработчиков проявляют интерес к этой технологии, Основными достоинствами 1-Wire технологии являются: простая структура линии связи, легкое изменение конфигурации сети, несложный протокол, значительная протяженность линий связи, достаточная для большинства приложений скорость обмена данными, малое потребление компонентов, уникальные

адреса устройств, малые затраты как на компоненты, так и на организацию самой сети. Учитывая все преимущества, можно считать применение l-wire-шины наиболее рациональным и эффективным при решении задач автоматизации во многих областях деятельности.

Задача сбора, обработки и хранения информации с распределенной сети 1-wire датчиков была решена на базе микроконтроллера PIC18F2525. Устройство содержит два независимых порта 1-wire, Количество поддерживаемых датчиков ограничивается только емкостью линии. Для привязки данных по времени устройство содержит часы реального времени DS3102 с альтернативным источником питания. Запись данных ведется на сменный накопитель: flash карту памяти типа SD/MMC с объемом от 16 до 4096 Мбайт. Для облегчения работы и обеспечения совместимости с ПК реализована файло-