МОСТОВОЙ Я.А.

Методические указания

к лабораторным работам 1-12

по курсу «Локальные Вычислительные Сети управления Сложными Техническими Системами»

Моделирование работы ЛВС у СТС и алгоритмов управления сетью при наличии неисправностей.

Версия 5

Цель работы:

Изучить логику работы сети по ГОСТ Р 52070 – 2003 ( MIL STD 1553 B), получившей широкое распространение при управлении СТС. Разработать алгоритм защиты сети по MILSTD 1553B, размещаемый в ПО контроллера, обеспечивающий автоматическое без участия оператора обнаружение нештатных ситуаций и восстановление работоспособности сети при:

а) отсутствии ответного слова от ОУ,

б) «генерации» помехи – непрерывной передачи отказавшего ОУ, блокирующей работу сети с топологией «шина»,

в) занятости абонента,

г) ситуации «сбоя» ОУ.

Запрограммировать разработанные алгоритмы, проверить их работоспособность путем проведения имитационного моделирование ЛВС с имитацией рассмотренных неисправностей узлов ЛВС.

Общие требования

1.Данные отказы и сбои могут проявляться в любом из ОУ или абонентов сети.

2.Алгоритм защиты от генерации должен обнаруживать и отключать ( блокировать) «генератор помехи». Все действия должны происходить в автоматическом режиме без участия оператора.

3.Должен быть также составлен алгоритм “Тест”, проверяющий работоспособность сети перед началом или в процессе ее работы.

4.Работоспособность алгоритмов должна быть проверена на математической модели работы сети, которая также должна быть разработана и представлена. Разработанные алгоритмы должны исполняться в процессе моделирования сети с имитацией неисправностей и с подсчетом времени работы

5.Модель должна позволять генерировать сообщения на любое заданное оконечное устройство и имитировать отказы и сбои любого из них или любого из абонентов сети. Эти отказы и сбои задаются в специальной «Таблице состояний узлов сети».

Модель должна также имитировать нормальный обмен контроллера и ОУ.

6.Модель должна имитировать текущее время .

7.Модель должна имитировать получение сообщений и ответных слов.

8.Модель и алгоритмы защиты должны пройти отладку.

9.Модель сети должна отображать процесс прохождения сообщений мультимедийно.

Алгоритмы управления передачей сообщений по сети

1.Алгоритмы управления работой сети в нештатных ситуациях (прикладного уровня - исполняются из ЦВМ контроллера сети):

а) «тест» (команда «дай ответное слово» трем или всем абонентам),

б) обнаружение «генерации»(нет ответных слов от всех опрошенных абонентов на данной ЛПИ),

в) обнаружение «генерящего ОУ» и его блокировки,

г) управления передачей при отсутствии ответного слова,

д) управления передачей при получении в ответном слове «абонент занят».

2. Алгоритм моделирования прохождения сообщений в сети. Число ОУ в сети задается любым из диапазона 1-31.Состояние ОУ задается любым из таблицы состояний для каждой из дублированных ЛПИ А или В.

3. Алгоритм моделирования текущего времени.

t:=t + длительность операции + пауза между сообщениями.

4. Алгоритм мультимедийного представления результатов с обозначением результатов работы каждого из ОУ сети и проверки соответствия полученных результатов таблице неисправностей

5. Алгоритм вывода пошаговой информации о работе сети – «лога». Выводится каждая команда контроллера и реакция на неё соответствующего ОУ в соответствии с алгоритмами 1 а),б), в), г),д).

Состав и сроки проведения лабораторных работ

1.Работа N1-2.

Провести анализ предметной области. Разработать и представить укрупненные блок-схемы алгоритмов обнаружения нештатных ситуаций и управления в сети при наличии неисправностей ОУ. Срок-2 неделя

2.Работа n3-4

Разработать интерфейс пользователя, структурную схему алгоритма моделирования прохождения сообщений сети. Подготовить перечень функций ведущей программы. Подготовить временную диаграмму моделирования работы ЛВС. Подготовить программу- модель ЛВС. Срок -4 неделя

3. Работа n5-7.

Подготовить программу моделирования времени, программы управления в нештатных ситуациях представить и согласовать интерфейс пользователя. Разработать мультимедийное представления интерфейса. Отладить ведущую программу в комплексе с интерфейсом. Срок - 7неделя

4. Работа n8-12

Отладить ведущую программу в комплексе с программами управления в нештатных ситуациях. Провести моделирование. Подготовить результаты и представить индивидуальные отчеты. Подготовить отчеты по подгруппам.Срок – 12 неделя

Итоговый отчет должен содержать:

а) Интерфейс задания состояний в лабораторной работе 4 и Контрольная таблица заданных состояний для каждого члена подгруппы.

б) Отчет – листинг о проведенных обменах с представлением «лога».

в) Таблица контрольных обменов для каждого члена подгруппы и результаты обменов ,отображенные в интерфейсе лабораторной работы 4.

г) Листинг программы, с отображением разработанного фрагмента

Таблица команд контроллера.

Тип сообщения	№ ОУ	Тип команды	Примечание
«Дай ОС»	. . .	Короткая	20+12+20=52мксек
«Дай данные»		Короткая или длинная	20+12+32x20=672 мксек длинная
Команда разблокировать		Короткая	20+12+20 = 52мксек
Команда заблокировать		Короткая	20+12+20 = 52 мксек
Команда «На данные»		Короткая или Длинная	672 мксек – длинная 52 мксек - короткая

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Описание предметной области.

В настоящее время управляющая локальная вычислительная сеть является системообразующим элементом СТС. Рассмотрим типовую схему системы управления с ЦВМ в качестве устройства управления.

Три понятия: объект управления, цель управления и управляющее воздействие связаны между собой одним определением.

Объектом управления называется материальный объект или система объектов, который подвергается управляющему воздействию для достижения поставленной цели управления.

Исполнительные органы

(ИО)

Объект

Управления (ОУ)

Чувствительные элементы

(ЧЭ)

Управляющая

ЦВМ

Современная реализация этой схемы содержит периферийные встроенные ЦВМ, объединенные в локальную вычислительную сеть.

ИО

Объект

управления

ЧЭ

Управляющая ЦВМ системы

ЛПИ ЛВС имеет шинную топологию. Доступ абонентов на ЛПИ– последовательный централизованный.

Рассматриваемая локальная сеть состоит из N приборов, оснащенных встроенными компьютерами, имеющих оконечные устройства (ОУ), связанные с контроллером (К) линией передачи информации (ЛПИ). Передача информации в сети идет последовательными кодовыми посылками. Длина одного слова сообщения – 20 бит. Максимальное количество слов в сообщении - 33 слова (1 командное и 32 информационных). Минимальная длина сообщения – 1 командное слово.

На ЛПИ активный только контроллер (он встроен в ведущую ЦВМ сети), так как только он может передавать на ОУ сообщения (данные и команды) или запрашивать данные с ОУ. ОУ без команды К в линию информацию не передает, запросов не посылает и в этом смысле являются пассивными (подчиненными).

Передача сообщений от «К» к «ОУ» идет по адресу ОУ. За каждым ОУ стоит встроенный в прибор компьютер, который будем называть «абонент». Однако ,при желании ОУ может попросить разрешения на передачу сообщения – «поднять руку». Если К это увидит, то в его воле разрешить эту передачу или нет. Просмотр контроллером наличия запросов на передачу от ОУ необходимо специально организовать

Контроллер, ОУ и ЛПИ для надежности исходно дублированы - состоят из двух полукомплектов – полукомплект А и полукомплект В. В этом отличие данной ЛВС от других ,где дублирование можно организовать ,но исходно его в протоколе сети нет. Благодаря этому, в данной ЛВС можно построить эффективную защиту от атаки на доступность за счет использования специальных команд К.

Передача сообщений от контроллера идет с информационной обратной связью (ИОС), т.е. получив команду или данные, ОУ посылает контроллеру «ответное слово», имеющее смысл «квитанции о получении» сообщения. Если за заданное время 4-12 мкс после завершения передачи сообщения ответное слово в К не пришло, то это означает, что сообщение не передано. В этом случае, уже на системном уровне необходимо принять решение, что делать дальше. В стандарте протокола эти действия не описаны.

Например, контроллер повторяет передачу. После того как контроллер два раза подряд повторил передачу и не получил ответного слова, он может переходить на передачу сообщения в данное ОУ по резервной линии. Если передача шла по А, то он переходит на В, если передача шла по В, то он переходит на А. Такую логику можно заложить в ПО ЦВМ контроллера. Возможна и другая логика действий при сбоях и отказах, приводящих к неполучению ответного слова в К, - вызов программы «аварийной защиты», либо игнорирования ситуации отсутствия обмена с одним из ОУ и продолжение работы с другими ОУ. Все зависит от особенностей системы, которая образует сеть. Логика защиты программируется в ЦВМ контроллера на прикладном уровне.

Упомянутый механизм выдачи ОУ сообщений в К по собственной инициативе заключается в том ,что ответное слово кодируется ОУ и содержит информацию о состоянии ОУ, абонента и т.п. Бит номер 11 ответного слова называется «запрос на сообщение» .Получив этот бит значением 1, контроллер понимает, что ОУ «хочет» передать сообщение и принимает решение когда получить эту информацию – выдать в ОУ команду «дай информацию».

Проблема состоит в том ,что «желание» ОУ видно контроллеру только при получении им ответного слова. Поэтому забота контроллера - получать с необходимым периодом ответные слова от ОУ. В протоколе сети существует специальная команда назовем ее «дай ответное слово», выдавая которую в соответствии с логикой ПО, контроллер может, получив ответное слово прочитать бит «запроса ОУ на сообщение».

Если ОУ не получил от абонента информацию и не готов её передать в контроллер в ответ на команду «дай информацию», то он в ответ на команду К в ответном слове ОУ сообщит признак «абонент занят» и информацию не передает. Реакция К на эту ситуацию в стандарте не зафиксирована и ее надо организовывать на программном уровне К. Например, по этому признаку контроллером выполняется та же логика с повторением обменов по А и по В.

Но в случае однократного не прохождения обмена по биту «Абонент занят», аварийная защита К обычно не вызывается. Признак «Абонент занят» штатно снимается ОУ через 5 мс по мере подготовки информации абонентом.

Кроме ИОС в сети имеются другие средства защиты, например, бит четности в каждом слове сообщения, аппаратный контроль формы импульса в ОУ и К и т.п. Однако, применительно к нашей задаче их моделирование нас не интересует и мы в дальнейшем их не рассматриваем.

Передача сообщений (команд и данных) может идти от «К» по ЛПИ А или по ЛПИ В, в том случае, когда соответствующие ЛПИ и полукомплекты ОУ исправны. Передача сообщений начинается всегда с попытки его выдачи по ЛПИ А (по умолчанию).

Самое неприятное в данной шинной организации сети, что «ОУi» могут «загенерить» (перейти в режим «Г») – передавать в канал ЛПИj***, по которому идет работа, непрерывный сигнал в течение времени ≥ 800* мксек. Эта ситуация аварийная для сети в целом, так как при этом полезные сообщения от «К» ни к одному из «ОУ» в канале А или В, в котором имеется генерация не будут проходить, так же как и «К» не будет получать ответных слов от ОУ.

Для борьбы с такой ситуацией предусмотрен механизм блокировки и разблокировки ОУi. Она возможна при передаче из К по линии свободной от генерации (А при генерации в В, либо в В при генерации в А) специальных команд на ОУi «разблокировать» или «заблокировать» передатчик в ОУi другого канала в нашем случае В или А, где есть генерация. Но для этого надо определить, где на ЛПИ А или ЛПИ В имеется генерация и найти генерящий ОУ.

В стандарте предусмотрена аппаратная защита от генерации «таймером непрерывной передачи» в каждом ОУ и К.Однако , как показывает практика, не все отечественные производители аппаратуры ОУ выполняют этот пункт. Поэтому программная защита здесь не лишня.

Примечания:

*) 700 мксек – максимально возможная длина штатного сообщения (с ответным словом).

**) Устройства интерфейса – контроллер или ОУ.

***)j = А, В; i ≤ 32