Повышение уровня сервиса для разработчиков распределенных систем управления в сетях с протоколами ТСР/IP тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Турченко, Владислав Николаевич

• Турченко, Владислав Николаевич
• кандидат технических наук
• 1996

Оглавление диссертации кандидат технических наук Турченко, Владислав Николаевич

Введение.

Глава 1.Анализ мирового опыта построения распределенных систем управления производством.

1.1 Типичные компоненты распределенных систем управления.

1.2 Анализ мирового опыта создания стандартов открытых коммуникационных систем автоматизации предприятия на примере проектов MAP и ТОР.

1.2.1 Конструктивные блоки MAP/TOP.

1.3 Эталонная модель ВСЮ - основа построения открытых информационно-управляющих систем.

1.3.1 Структура уровней ВОС.

1.3.2 Принципы реализации сервиса модели ВОС.

1.3.3 Сервис транспортного уровня.

1.3.3.1 Транспортный сервис с соединением.

1.3.4 Сервис сессионного уровня.

1.3.4.1 Новые понятия, введенные в сессионном сервисе.

1.3.5 Общий прикладной сервис.

1.3.5.1 Базовое ядро общих прикладных услуг.

1.3.5.2 Специфический прикладной сервис.

1.4 Соотношение стандартов MAP, ТОР и эталонной модели ВОС.

1.5 Выводы.

Глава 2.Анализ сетевых программных средств TCP/IP в UNIX и Windows. Постановка задачи.

2.1 Введение в TCP/IP.

2.2 Общее описание набора протоколов TCP/IP.

2.2.1 Формирование дейтаграмм на уровне TCP.

2.2.2 Работа с данными на уровне UDP.

2.2.3 Работа с данными на уровне IP.

2.2.4 Прохождение дейтаграмм через уровень Ethernet. 2.3 Обзор Прикладного Уровня TCP/IP.

2.4 Обзор методов сетевого программирования TCP/IP.

2.5 Сравнение TCP/IP с Моделью Сетевой Архитектуры МОС ВОС

2.6 Постановка задачи исследования.

2.7 Выводы.

Глава 3.Моделирование сервиса эталонной модели ВОС над транспортным уровнем TCP/IP и построение на его основе экспериментальной распределенной системы управления.

3.1 Определение уровня взаимодействия набора протоколов TCP/IP и верхних уровней ВОС.

3.2 Разработка схемы сервиса моделируемых уровней.

3.3 Моделирование общего сервиса разработки распределенных систем управления.

3.4 Разработка специфического интерфейса транспортного уровня.

3.5 Разработка принципов обслуживания на сессионном и представительском уровнях.

3.6 Моделирование базового ядра прикладных услуг.

3.7 Моделирование группы услуг прогнозирования изменения передаваемых данных.

3.8 Разработка схемы диспетчеризации сообщений распределенной системы управления.

3.9 Разработка модели применения сервиса построения распределенной системы управления.

3.10 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение уровня сервиса для разработчиков распределенных систем управления в сетях с протоколами ТСР/IP»

Одним из наиболее приоритетных направлений научно — технического прогресса являются работы по созданию и внедрению в мелкосерийном и серийном машиностроительном производстве разнообразных средств комплексной автоматизации, в том числе распределенных систем управления производством (РСУ). В состав этих систем признано необходимым включать системы автоматизированного проектирования машин, технологических процессов, а также автоматизированные системы (АС) планирования, технической подготовки и управления производством.

При решении проблем комплексной автоматизации машиностроения важнейшее значение имеют вопросы унификации программных и технических средств обработки данных, организации единой коммуникационной сети, связывающей робототехнические устройства, станки с ЧПУ, контрольно — измерительные и управляющие приборы.

Сети ЭВМ имеют большие потенциальные возможности для обмена информацией. Тем не менее, использование оборудования различных поставщиков, различных подходов к форматированию данных, проектированию систем связи и стандартам порождает сложные проблемы. Следовательно, существует реальная необходимость в стандартах по обмену информацией между различными вычислительными системами многих производителей вычислительной техники.

Исторически для достижения совместимости разработчики распределенных систем применяли частные сетевые системы одного производителя или ограниченной группы производителей. В основном, интеграция компьютерных систем различных производителей требует разработки заказного аппаратного и программного обеспечения, что неблагоприятно сказывается на стоимости и эффективности разрабатываемой системы. Эта ситуация чаще ведет разработчиков к выбору систем, отвечающих требованиям совместимости с существующими системами, чем к выбору наиболее рациональных решений прикладных задач. В свою очередь, это приводит к развитию автономных участков, которые не слишком подходят для взаимослияния в интегрированное целое.

В последние годы наметились большие успехи в коммуникационной технологии, обеспечивающей связь между машинами различных производителей. Эти успехи основываются на философии открытой архитектуры. Такая открытая архитектура определена в эталонной модели ВОС/МОС (взаимодействие открытых систем международной организации по стандартизации).

Архитектура открытых систем (АОС) использует принятые стандартные протоколы для реализации связи между компьютерами. Работу по определению этих стандартных протоколов для эталонной модели ВОС возглавляет МОС. Эти протоколы имеют общее название — протоколы АОС. Цель ВОС — построение основы для организации всемирной сети передачи данных. Стандартизация информационных коммуникаций означает для разработчиков распределенных систем получение возможности выбирать компьютерные устройства и связанные с ними ресурсы, наиболее подходящие к их требованиям.

С другой стороны, имеются другие концепции развития коммуникационных систем. Имеется в виду, в частности, набор протоколов Управления Перспективных Исследований Министерства Обороны США, известный как набор протоколов TCP/IP. В силу исторических причин, а именно бурного развития Internet в последние годы, TCP/IP получил чрезвычайно широкое распространение в мире. Именно поэтому существует объективная потребность в построении распределенных систем управления на основе сетей с этими протоколами.

Нет сомнений в том, что архитектура ВОС более богата и сложна чем архитектура набора протоколов TCP/IP. Сервис ВОС предоставляет максимум возможностей для разработки надежных управляющих систем, так как он построен с учетом многолетнего опыта применения сетевых технологий для автоматизации промышленных предприятий. В данной работе решается задача построения сервиса для разработчиков распределенных систем управления, работающих в сетях с протоколами TCP/IP. Создаваемый сервис должен вобрать в себя богатство возможностей модели ВОС, а также простоту и открытость протоколов TCP/IP. Для этого необходимо провести анализ обеих архитектур, определить место TCP/IP в семиуровневой модели ВОС, и разработать методику построения прикладного сервиса над средствами поддержки протоколов TCP/IP.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Турченко, Владислав Николаевич

4.5 Выводы.

1. Для программной реализации сервиса построения распределенных систем управления выбран язык С(С+ +), так как этот язык является основным средством разработки прикладных программ для UNIX и Windows и именно на нем реализован интерфейс библиотек сокетов и транспортного уровня TLI.

2. При построении сервиса разработки распределенных систем управления целесообразно использовать средства иерархического упорядочивания данных, доступных с применением языка С + +.

3. Разработана структура классов, соответствующая иерархии уровней ВОС, со схемой наследования свойств и функций от низшего класса к высшему.

4. Разработчик распределенной системы управления использует высший класс CAppLayer в качестве родителя собственного класса, являющегося по сути программой управления объектом распределенной системы.

5. Каждый класс —уровень ВОС использует условно одноуровневый с ним класс соединения, который помещает в область своих локальных данных. Наивысший по иерархии класс соединения является прикладной ассоциацией с соответствующими параметрами.

6. Возможно проведение разработки каждого класса сервиса отдельными группами работников, что ускорит процесс разработки и повысит надежность системы в целом.

7. Разработаны специализированные классы сообщений, позволяющие производить межуровневый обмен сообщениями по принципам ВОС.

8. На прикладном уровне организуются очереди входящих и выходящих сообщений и средства их диспетчеризации.

Заключение

1. Протоколы ВОС — МОС являются первым опытом так 11 II тч называемой опережающей стандартизации . В настоящее время распределенные системы управления строятся на базе именно этих протоколов.

2. Протоколы автоматизации предприятия, известные как проект MAP/TOP, построены на использовании открытой архитектуры ВОС. В них сосредоточен мировой опыт автоматизации крупных предприятий.

3. Основной доступной разработчику частью сервиса построения РСУ является, согласно модели ВОС, прикладной уровень. Именно на построении прикладного сервиса необходимо сосредоточить основное внимание при разработке сервиса.

4. Прикладной уровень комбинирует стандарные услуги нижних уровней для создания собственного сервиса. Разработчик распределенной системы должен иметь возможность разрабатывать собственные блоки прикладных услуг, опираясь на уже существующий сервис доступных для него уровней (прикладного и представительского).

5. Необходимость построения распределенных систем управления производством на базе протоколов TCP/IP обусловлена чрезвычайно широким распространением данного набора протоколов в мире благодаря глобальной сети Internet. Данный набор протоколов, в отличие от протоколов ВОС —МОС, развивался по принципу постепенной стандартизации, то есть наиболее удачные решения в процессе практического использования признавались стандартами.

6. Сервис протоколов TCP/IP для построения распределенных систем управления логически соответствует транспортному и прикладному уровням ВОС. Данное обстоятельство затрудняет

141 процесс построения распределенных систем, поскольку разработчику необходимо самостоятельно строить недостающий сервис, универсальность которого зависит от его квалификации.

7. Существующий сервис построения систем с использованием протоколов TCP/IP не соответствует идеологии ВОС, что затрудняет использование мирового опыта построения распределенных систем управления.

8. Схема иерархического наследования услуг от нижних уровней модели к верхним, примененная при разработке модели сервиса, соответствует концепции ВОС и может быть применена для разработки распределенных систем как на основе протоколов TCP/IP, так и протоколов ВОС.

9. В результате проведенного моделирования определены принципы и необходимые структуры данных для функционирования представительского и сессионного сервиса разработки РСУ.

10. Основной проблемой распределенных систем в настоящее время является постоянное увеличение сетевого трафика. Для решения данной задачи разработана новая группа прикладных услуг, построенная на принципах, заложенных в модели ВОС. Данная группа позволяет прогнозировать изменение данных и передавать их только в том случае, если прогноз не совпадает с истинным значением на недопустимую величину.

11. Процессы, происходящие в распределенной системе, являются параллельными. Для корректного поведения объектов системы разработана схема диспетчеризации сообщений, циркулирующих в ней, действующая по принципу очереди приоритетов. Данная схема позволяет организовать ассинхронную работу объекта распределенной системы, что повышает ее надежность.

12. Разработана схема функционирования объекта внутри распределенной системы, используещей моделируемый сервис.

13. При построении сервиса разработки распределенных систем управления используется средства иерархического упорядочивания данных, доступных с применением объектно — ориентированной технологии языка С + +.

14. В работе разработана структура классов, соответствующая иерархии уровней ВОС, со схемой наследования свойств и функций от низшего класса к высшему.

15. Программная реализация модели сервиса выполнена в объеме, допускающем его практическое применение в различных прикладных залачах. Соответствие сервиса идеологии ВОС позволяет развивать и расширять его практически неограниченно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Турченко, Владислав Николаевич, 1996 год

1. Якубайтис Э.А. Информационно — вычислительные сети. — М.: Финансы и статистика, 1984.— 232 с.

2. Якубайтис Э.А. Локальные информационно — вычислительные сети. — Рига: Зинатне, 1985.— 284 с.

3. Зайцев С.С. Транспортировка данных в сетях ЭВМ. — М.: Радио и связь, 1985.— 126 с.

4. Самойленко С.И. Сети ЭВМ. м.: Наука, 1986.- 113 с.

5. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. — М.: Радио и связь, 1986.— 408 с.

6. Прангишвили И.В., Подлазов B.C., Стецюра Г.Г. Локальные микропроцессорные вычислительные сети. — М.: Наука, 1984.— 176 с.

7. Девис Д. Вычислительные сети и сетевые протоколы: Перевод с английского. М.: Мир, 1982,— 563 с.

8. ISO/IS 7498. Information processing Systems. Open System Interconnection. Basic Reference Model.

9. ISO/IS 8509. Information processing Systems. Open System Interconnection. Basic Reference Model.lO.ISO/IS 7498/A001. Addendum to ISO 7498. Covering Connectionless. Mode Transmission.

10. ISO/IS 8886. Information Processing. Data Communications. Data Link Service Definition for Open System Interconnection.

11. ISO/DIS 8348. Information Processing Systems. Data Communications. Network service Definition.

12. ISO/DIS 8648. Information Processing Systems. Data Communications. Internal Organization of the Network.

13. CCITT. VII —th Plenary Assembly. Document N7. Recommendation X.25. Interfase Between Data Terminal Equimpment (DTE) and Data

14. Circuit Terminaiting Equipment (DCE) for Terminals Operating in Packet Mode en Public Data Network Recommendation X.25. Orange Book. Geneva" 1980. 129 p.

15. CCITT. VIII —th Plenary Assembly. Document N58. Recommendation X.25. Malaga— Torremolinos. Recommendation X.25. Red book. — Ganeva~ 1984,- 180 p.

16. ГОСТ 26556 —85. Элементы процедур передачи информации и форматы пакетов в сетях передачи данных с коммутацией пакетов, ориентированных на виртуальные соединения.

17. ISO/IS 8878. Information Processing Systems. Data Communications. Use of X.25 to Provide the OSI Connection — Mode Network Service.

18. ISO/DIS 8208. Information Processing Systems. Data Communications. X.25 Packet Level Protocol for Data Terminal Equipment.

19. ISO/DIS 8348/DADI. Information Processing Systems. Data Communications. Network Service Definition. Addendum I Connectionless Mode Transmission.

20. ISO/DIS 8473. Information Processing Systems. Data Communications. Protocol for Providing the Connectionless Mode Network Service.21 .ISO/DIS 8473/DADI. Information Processing Systems. Data

21. Communications. Protocol for Providing the Connectionless Mode Network Service. Addedum I. Provision of the underlying Service Assumed by ISO 8473.

22. ISO/IS 8072/ADDENDUMI. Information Processing Systems. Open Systems Interconnection. Transport Service Definition. Connectionless Mode Transmission.

23. ISO/DIS 8602. Information Processing Systems. Open Systems Interconnection. Protocol for Providing Connectionless Mode Transport Service.

24. ISO/IS 8073. Information Processing Systems. Open Systems Interconnection. Connection Oriented Transport Protocol specificacion.

25. ISO/IS 8073/pDAD 2.2. Information Processing Systems. Open Systems Interconnection. Connection Oriented Transport Protocol specificacion. Class Four Operation Over Connectionless Network Service.

26. ISO/IS 8073/AD I. Information Processing Systems. Open Systems Interconnection. Connection Oriented Transport Protocol specificacion. Network Connection Managment Subprotocol.

27. ISO/IS 8881. Information Processing Systems. Data Communications. Use of the X.25 Packet Level Protocol in Beal Area Network.

28. ISO/IS 8326. Information Processing Systems. Open Systems1.terconnection. Basic Connection Oriented Session Service Definition.

29. ISO/IS 8327. Information Processing Systems. Open Systems Interconnection. Basic Connection Oriented Session Protocol Specification.

30. ISO/IS 8822. IPS. OSI. Connection Oriented Presentation Service Definition.

31. ISO/IS 8823. IPS. OSI. Connection Oriented Presentation Protocol Definition.

32. ISO/IS 8824. IPS. OSI. Specification of Basic Encoding Rules for Abstract Syntax Notation One (ASN. 1).

33. ISO 7498/ADD3. IPS. OSI. Definition of Application Common Service Elements.

34. ISO/IS 8650/1. IPS. OSI. Specification of Protocol for application Common Service Elements. Part 1: Basic Kernel Sibset.

35. ISO/IS 8649/3. IPS. OSI. Definition of Application Common Service Element. Part 3: Commitmen, Concurency and Recovery.

36. ISO/IS 8650/3. IPS. OSI. Specification of protocols for Application Common Service Elements. Part 3: Commitment, Concurrency and Recovery.

37. The ARPANET Telnet Protocol: it's Purpose, Principles Implementation and Impact on Last Operating System Desing / J. Davidson, W. Hathaway, J. Postel et al.// Proc. of 5 —th Data Communication Symposium. —1977.

38. Barber D.L.A. The Role Nature of a virtual Terminal // Computer Communication Review. —1976. —7 (3). — 5 p.

39. IFIP WS 6.1. Proposal for a Standart Virtual Terminal Protocol. INWG Protocol Note 91, 1978.

40. ISO/IS 9040. IPS. OSI. Virtual Terminal Service Basic Class.

41. ISO/IS 9041. IPS. OSI. Virtual Terminal Protocol Basic Class.

42. ISO/IS 8831. IPS. OSI. Job Transfer and Manipulation concepts and Services.

43. ISO/IS 8832. IPS.OSI.Specification of the Basic Class Protocol for Job Transfer and Manipulation.

44. ARPRNET RFC 407 Bressler R., Guida R., Mc Kenzie A. Remote job Entry Protocol. -1972.

45. Neiquis N. File Transfer Protocol. -RFC 542, 1973.

46. Якубайтис Э.А. Комплекс сетевых стандартов MAP/TOP / САИ//Автоматика и вычислительная техника. — 1988. — №2.— С.3 — 7.

47. Зайцев С. С. Формальное описание протокольных стандартов и их реализаций // Автоматика и телемеханика, №5. — 1988. — С. 143-151.

48. Зайцев С. С., Мурадян Н.А. ВЕРСИЯ — система верификации сетевых протоколов// Проблемы информационных систем. — М.: МЦНТИ. 1983. - С. 150-155.

49. Сетевое программное обеспечение МВК "Эльбрус" / Ю.И.Григорьев, С.С.Зайцев, М.И.Кравцунов, И.В.Тарасенко // Пятая Всесоюзная конференция "Вычислительные сети коммутации пакетов". — Рига, 1987.— Т.1. —С.249 —253.

50. Ю.М.Горностаев, В.И.Дрожжинов. Сетевая интеграция автоматизированного машиностроительного рпоизводства на базе протоколов связи MAP/TOP. М.: МЦТИ.- 1988. -123 с.

51. Зайцев С.С., Кравцунов М.И., Ротанов С.В. Сервис открытых информационно — вычислительных сетей. — М.: Радио и связь. — 1990. -235 с.

52. Сетевая .организация распределенных систем управления.

53. Методические рекомендации под ред. Жаровского С.Н. — Киев: Общество "Знание" УССР,- 1990. 23 с.Ч