В. А. Кузин-1, Ю. И. Атаманчук-1, Н. В. Кравчук-1, А. П. Шибанов-2, В. А. Шибанов-2 где
1- Федеральное государственное унитарное предприятие ОКБ "Спектр", г. Рязань
2 - Рязанская государственная радиотехническая академия
На базе локальной сети реализован автоматизированный комплекс обработки телеметрической информации (ТМИ). Параллельно функционирующие клиентские компьютеры испытателей подключаются к серверу обработки на основе технологии сокетов. Предложены математические методы и графовые модели для определения времени выполнения типовых заданий на обработку ТМИ. Разработана имитационная модель для анализа производительности системы обработки ТМИ.
Введение.
Большинство новых современных объектов представляют собой сложные технические комплексы (СТК) агрегатов, механизмов, приборов, средств автоматики, связи и т. д. Постоянное развитие технических средств приводит к увеличению объемов измерительной информации, получаемой в процессе испытаний. Создание практически любого крупного СТК связана с разработкой телеметрической системы, которая учитывает все особенности данного СТК: назначение, режимы работы, область и среду применения и т. д. В настоящее время прогресс в области программирования, развитие микропроцессорной техники, активное внедрение сетевых технологий, а также появившееся научно-методическое обеспечение проектирования телеметрических систем создали реальную базу для повышения качества проектных работ, унификации средств телеизмерений и создания средств обработки ТМИ нового поколения. Использование средств автоматизированного проектирования позволяет оптимизировать структуру системы обработки ТМИ, оценить производительность и возможности ее масштабирования при увеличении объема и сложности решаемых задач.
Описание автоматизированного комплекса обработки ТМИ. В данной статье рассматриваются вопросы разработки программного обеспечения, предназначенного для использования в автоматизированных комплексах обработки телеметрии (АКОТ) типа "Лагуна", "Экспресс-анализ", КСС ТМИ (комплекс средств сбора ТМИ). Структура типовой АКОТ приведена на рис. 1.
Поток телеметрической информации от приемно-регистрирующей станции (ПРС) поступает на адаптер АКОТ, который преобразует аналоговую информацию в цифровой код и передает ее в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). ОЗУ предназначено для временного хранения полученной цифровой информации от адаптера. Информация из ОЗУ передается на формирователь кадров.
Формирователь потоков - программный модуль, предназначенный для формирования потоков данных в соответствии с установленными программными клиентами заданиями: кодовые значения отдельных параметров преобразуются в физические величины с помощью соответствующего обработчика параметров.
Телеметрическая информация с выхода ОЗУ и формирователя потоков копируется на жестком диске или на магнитной ленте.
Программный сервер-модуль, предназначенный для подключения и отключения клиентов и обеспечения обмена данными через локальную сеть между компьютерами-клиентами и сервером системы. Сервер по запросу клиента формирует ответ, содержащий набор требуемых параметров или причину отказа в обслуживании.
Программный клиент - модуль, размещенный на компьютере-клиенте, предназначен для организации взаимодействия данного компьютера с сервером системы. Программный клиент функционально связан с анализатором результатов - пакетом программ, предназначенным для осуществления окончательного машинного анализа результатов испытаний (сравнение с установленными эталонами, проверка допустимости значений и т. д.), а также для представления их в удобном формате (построение таблиц, графиков, диаграмм и т. д.).
В начале сеанса сервер ожидает подключения новых клиентов. После запуска клиентского приложения на компьютере-клиенте оно подключается к серверу. Сервер назначает ему уникальный идентификатор и передает его клиенту. Как только клиент получает сообщение о подключении, он устанавливает задание на сеанс. Сервер, получив от клиента задание на сеанс, начинает формирование набора требующихся клиенту параметров. После получения ответа на запрос клиент передает полученные параметры на дальнейшую обработку анализатору результатов.
В качестве среды разработки программного обеспечения используется Borland Delphi 5 фирмы Inprise. Создание приложений в Delphi базируется на объектно-ориентированном программировании. Для создания многопользовательских распределенных приложений в Delphi 5 предусмотрен интерфейс сокетов.
Сокеты (sockets - "гнезда") - это один из способов передачи данных и обмена информацией между компьютерами. Сокеты являются программными конечными точками сетевого соединения. Для работы с соке-тами необходимо использовать некоторый протокол на основе TCP/IP и программный порт транспортного уровня Windows. Сокеты делятся на три основных типа.
Клиентские сокеты инициализируют соединение со стороны клиента с серверным сонетом на удаленной машине. Для того чтобы открыть соединение, клиентский сокет должен "знать" IP-адрес удаленной машины и номер порта, используемого серверным сокетом. Клиент посылает серверу запрос на соединение. Серверные сокеты сами не занимаются установлением связи с клиентскими сокетами. Эту задачу выполняют слушающие сокеты, встроенные в серверные сокеты. Запрос на подключение нового клиента получает слушающий сокет, который ставит его в очередь. После того, как серверный сокет освободится от текущей работы, он обрабатывает запрос из очереди и создает слушающий сокет для нового соединения. Серверные сокеты устанавливают соединение с клиентским сокетом в ответ на его запрос. Клиентский сокет получает описание серверного сокета, после чего соединение считается установленным.
рис 1 - обобщённая структура АКОТ
Программные модули реализованы в виде динамически подключаемых библиотек DLL. При этом обеспечивается возможность изменения алгоритмов работы разрабатываемых модулей без внесения каких-либо изменений в остальные блоки системы. Программы взаимодействия сервера с клиентами функционируют на компьютере, имеющем следующую конфигурацию: Pentium III - 533 и выше; 64 Мбайт ОЗУ; монитор SVGA; ОС Windows 95,98, NT.
Предполагается, что локальная сеть не вызывает задержек при передаче кадров между программным сервером и программными клиентами. Этого легко достичь, например, соединением через безынерционный коммутатор сегментов Fast Ethernet с 5-7 компьютерами в каждом или применением сети Gigabit Ethernet [1].
При высокой загрузке системы программа-сервер обрабатывает клиентские задания последовательно, без каких-либо перерывов. Совокупность поступающих на сервер заданий на обработку наборов данных образует трафик определенного профиля. Его структура существенно зависит от числа и спецификаций параметров, запрашиваемых в одном наборе данных, числа наборов данных и интервалов следования между ними. Число наборов, число параметров в наборе и время обработки параметров являются случайными величинами. При увеличении числа клиентских программ увеличивается длина буфера в ОЗУ и возрастает время обработки кадра. Одной из наиболее важных задач проектирования данной системы является определение максимально возможной производительности АКОТ. Для этого необходимо разработать методику определения предельно допустимого числа клиентских программ при известных профилях вырабатываемого ими трафика.
Аналитические методы оценки времени выполнения заданий клиентов.
Время выполнения задания программным сервером определяем путем нахождения суммы случайного числа независимых случайных величин Хх, Х2,... с одним и тем же распределением F и производящей функцией моментов M(s). Пусть N - целочисленная случайная величина с производящей функцией A(s) -2_,Pis' и не зависящая от всех Xj . Тогда случайная сумма ЛГ, +... + XN имеет распределение, описываемое производящей функцией моментов
Вывод формул см. в печатной версии журнала.
Рис. 2. Плотность распределения времени выполнения задания
В большинстве случаев плотность распределения вероятностей времени выполнения одного задания <р(х) имеет одну моду. Формулы (3) - (6), (8) можно использовать для предварительной оценки величины разброса распределения на основе правила "трех сигм".
Знание функции распределения времени выполнения задания F(x) необходимо для моделирования задержек в более сложной модели, основанной на компьютерной имитации. Для нахождения <р(х) могут быть использованы графо-аналитические GERT-модели. Они позволяют описывать функционирование системы, последовательно переходящей из одного состояния в другое: С,, С2,... (число состояний конечно или бесконечно).
Переход системы из состояния в состояние связывается с выполнением некоторой операции, описываемой случайной величиной с известным законом распределения. Случайные величины, характеризующие дуги GERT-сети, отражают время вьшолнения операций в моделируемой системе. Метод нахождения значений <р(х) основан на интерполяции характеристической функции GERT-сети многочленом Лагранжа и интегрировании формулы обращения [3]. В частности, этим методом может быть получена плотность распределения вероятностей для случайных величин, описываемых выражениями (2) и (7).
Пакет прикладных программ, реализующий основные функции системы GERT, позволяет вычислить значения F(x) и записать их в табличном виде в файловую систему компьютера. При выполнении моделирования на более высоком уровне иерархии во входных спецификациях блоков, имитирующих задержки, указываются имя файла, хранящего таблицу функции распределения, и полный путь к нему. Имитационный блок реализует задержку методом обратной функции. Пример плотности распределения, полученной путем использования описанного выше метода, приведен на рис. 2. Число параметров в задании задается равномерным распределением с целочисленными значениями от 9 до 14, а время обработки одного параметра - равномерным непрерывным распределением с параметрами а = 3, b = 9.
Источник - "Вестник Самарского Государственного Аэрокосмического университета имени Академика С.П. Королёва", выпуск №1, печатная версия.
Продолжение следует.