UA83118C2 - Спосіб і пристрій для комп'ютерних мереж керування швидкісними циклами прикладних процесів - Google Patents

Abstract

Спосіб і пристрій для комп'ютерних мереж для керування швидкісними циклами прикладних процесів належать до автоматики, обчислювальної техніки, систем передачі інформації і може бути використаний в комп'ютерних мережах розподіленого керування прикладними процесами в реальному масштабі часу. Команди керування за допомогою моделювання в прискореному масштабі часу динаміки прикладного процесу спільно з моделюванням процесу формують за даними про поточний стан прикладного процесу, що дозволяє компенсувати затримки передачі пакетів даних по комп'ютерних мережах при розподіленому керуванні прикладним процесом. Технічний результат досягається за рахунок використання динамічних моделей прикладного процесу, що дозволяє використовувати комп'ютерні мережі для побудування систем розподіленого керування швидкісними циклами прикладних процесів в реальному масштабі часу, підвищити якість і надійність роботи таких систем за наявності затримок передачі пакетів даних в комп'ютерних мережах.

Description

Винахід відноситься до автоматики, обчислю- сів через високий рівень затримок передачі пакетів вальної техніки, систем передачі інформації і може даних, наявність яких знижує якість і стійкість уп- бути використаний для комп'ютерних мереж уп- равління швидкісними циклами прикладних проце- равління швидкісними циклами прикладних проце- сів, аж до не виконання цілей управління. сів в реальному масштабі часу. Відомий також спосіб і пристрій для комп'юте-

На даний момент часу набули поширення рних мереж управління швидкісними циклами при- комп'ютерні мережі на базі інтернет протоколів (ІР- кладних процесів (див. патент ЕР 1661343), в яко-

Іптегпеї Ргоїосої), які використовуються для обміну му циклічно із заданим періодом дискретизації інформаційними пакетами між абонентами в ком- дані про поточний стан прикладного процесу ко- п'ютерних мережах. Методи пакетної передачі дують і формують в пакет даних прикладного про- інформації реалізовані на основі перетворення цесу, який містить дані про поточний стан прикла- будь-якого виду інформації в цифрові послідовно- дного процесу і час формування пакету даних сті з подальшим розділенням цих послідовностей прикладного процесу, пакет даних прикладного на пакети, які забезпечені всією необхідною інфо- процесу передають в комп'ютерну мережу, з ком- рмацією для їх ідентифікації, маршрутизації, коре- п'ютерної мережі приймають і буферизують пакети кції помилок, що дозволяє здійснювати на основі команд управління, відповідно з заданим періодом використання комп'ютерних мереж з пакетною дискретизації витягують з черги буферизації і де- передачею інформації розподілене в просторі уп- кодують пакет команд управління, декодовані ко- равління прикладними процесами. манди управління передають в прикладний про-

Основними параметрами, що впливають на як- цес. ість роботи комп'ютерних мереж управління швид- Недоліком відомого способу і пристрою є від- кісними циклами прикладних процесів, є затримка носно низькі функціональні і технічні характерис- при передачі пакетів даних, варіація цієї затримки і тики за умови їх використання для комп'ютерних джитер (нестійка синхронізація) вихідних сигналів. мереж управління швидкісними циклами приклад-

При цьому під швидкісними циклами розуміються них процесів. Відомий спосіб і пристрій не дозво- цикли прикладних процесів, у яких час дискрети- ляє ефективно досягати в комп'ютерних мережах зації даних прикладного процесу менше затримок цілей розподіленого управління швидкісними цик- передачі пакетів в комп'ютерній мережі. Затримка лами прикладних процесів через високий рівень передачі пакетів даних по комп'ютерній мережі в затримок передачі пакетів даних, наявність яких загальному випадку має декілька складових: за- знижує якість і стійкість управління швидкісними тримки кодування і декодування, затримки на вхо- циклами прикладних процесів, аж до не виконання ді і виході з мережі, мережна затримка серіалізації, цілей управління. затримка в компенсуючому буфері. Сумарна за- Метою винаходу є розробка способу і при- тримка пакетів даних в мережі на базі ІР протоко- строю для комп'ютерних мереж управління швид- лів може істотно перевищувати необхідний для кісними циклами прикладних процесів, які дозво- якісного управління швидкісними циклами прикла- лили б здійснити і значно підвищити якість і дних процесів період дискретизації даних, що є стійкість управління швидкісними циклами прикла- перешкодою для здійснення розподіленого управ- дних процесів в комп'ютерних мережах. ління швидкісними циклами прикладних процесів в Поставлена мета досягається тим, що пакет реальному масштабі часу через комп'ютерні ме- даних прикладного процесу приймають з комп'ю- режі, оскільки затримки передачі пакетів даних по терної мережі, дані про поточний стан прикладного комп'ютерній мережі і варіація цих затримок знач- процесу, витягнуті з пакету даних прикладного но знижує якість і стійкість управління швидкісними процесу, використовують як початкові умови для циклами прикладних процесів, аж до не виконання моделювання динаміки прикладного процесу, за- цілей управління. дають часовий інтервал моделювання як сумар-

Відомий спосіб і пристрій для комп'ютерних ний час прогнозованих затримок передачі по ме- мереж управління швидкісними циклами приклад- режі пакетів даних прикладного процесу і пакетів них процесів (див. патент О5бб683889|, в якому команд управління сумісно з часом моделювання циклічно із заданим періодом дискретизації дані динаміки прикладного процесу і буферним часом про поточний стан прикладного процесу кодують і компенсації варіацій затримок передачі пакетів по формують в пакет даних прикладного процесу, мережі, для кожного прийнятого пакету даних при- який містить дані про поточний стан прикладного кладного процесу в прискореному масштабі часу процесу і час формування пакету даних приклад- на часовому інтервалі моделювання моделюють ного процесу, пакет даних прикладного процесу динаміку прикладного процесу спільно з моделю- передають в комп'ютерну мережу, з комп'ютерної ванням процесу формування команд управління, мережі приймають і буферизують пакети команд команди управління, які відповідають кінцевій точ- управління, відповідно з заданим періодом дис- ці часового інтервалу моделювання, розміщують в кретизації витягують з черги буферизації і декоду- пакеті команд управління, в якому розміщують ють пакет команд управління, декодовані команди також час передачі команд управління в приклад- управління передають в прикладний процес. ний процес, який визначають як суму часу форму-

Недоліком відомого способу і пристрою є те, вання пакету даних прикладного процесу і часово- що вони не дозволяють ефективно досягати в го інтервалу моделювання, пакет команд комп'ютерних мережах цілей розподіленого уп- управління передають в комп'ютерну мережу, па- равління швидкісними циклами прикладних проце- кет команд управління витягують з черги буфери-

зації при досягненні поточним часом прикладного нали початкових умов для моделювання динаміки процесу значення часу передачі команд управлін- прикладного процесу і сигнал часу формування ня в прикладний процес. пакету даних прикладного процесу їдп. Крім того,

Надалі винахід пояснюється описом конкрет- блок управління моделюванням 10 задає часовий ного прикладу його виконання і прикладеними кре- інтервал моделювання Лі (див. Фіг.3) як сумарний сленнями. час прогнозованих затримок передачі по мережі

На Фіг.1 - блок - схема пристрою. пакетів даних прикладного процесу Лін і пакетів

На Фіг.2 - структура пакету даних прикладного команд управління Лі сумісно з часом моделю- процесу. | вання динаміки прикладного процесу Ліз і буфер-

На Фіг.З - структура часового інтервалу моде- ним часом компенсації варіацій затримок передачі лювання. | пакетів по мережі Лін, тобто Лі - ДН -- ЛЬ я Ліз я ЛИ.

На Фіг.4 - структура пакету команд управління. З виходу блоку управління моделюванням 10

Суть запропонованого способу і пристрою для сигнали початкових умов для моделювання дина- комп ютерних мереж управління швидкісними цик- міки прикладного процесу, сигнал заданого часо- лами тм обои процесів пояснюється на прик- вого інтервалу моделювання Лі і сигнал часу фор- ладі опису роботи схеми технічної реалізації вина- мування пакету даних прикладного процесу ічп ли ри во к Що 6 , поступають на перший вхід блоку моделювання ристрій ( Н ) містить блок датчиків прикла- динаміки прикладного процесу 11, який по кожно- бок процесу !, вихід якого підключений р му комплексу сигналів початкових умов для моде- лок тку пе даних прикладного процесу 2 до лювання динаміки прикладного процесу визначає входу й передачі пакетів даних прикладного час передачі команд управління в прикладний тю ме А блок поийомм пакетів команд процес ісп Ї починає в прискореному масштабі часу п патичнЯ Б екий вхо ом й пючений о вихо д на часовому інтервалі моделювання лї моделюва- у люте ної ме ежі да вихо ом до вхо блоку ти динаміку прикладного процесу. Час передачі буфе ло їв вих якого ув, наннй чес бло команд управління в прикладний процес їсп визна- йо мання 7 з вхо ОМ блоку ег лятов прик чається як сума часу формування пакету даних декоду д у регу р р прикладного процесу їдп і часового інтервалу мо- ладного процесу 8, блок прийому пакетів даних є : й делювання Лї, тобто їсп - дп -- АЛ. прикладного процесу 9, який входом підключений З виходу блоку моделювання динаміки прик до виходу комп'ютерної мережі 4, а виходом через ладного п цес " сигнали стану прикла ного блок управління моделюванням 10 до першого п д ес їй олелюється сита час пеое ачі входу блоку моделювання динаміки прикладного кома У, правління ВП икла ний про ід юй пос процесу 11, вихід якого з'єднаний з входом блоку т пають на. вхід блок команд п авління 12, який команд управління 12, перший вихід якого підклю- по сигналах стан п у па ото про ес о Мо е чений до другого входу блоку моделювання дина- У пр д роцесу, щ щі й - : люється, моделює процес формування команд міки прикладного процесу 11, другий вихід блоку : й . й - управління, які з першого виходу блоку команд команд управління 12 з'єднаний через блок коду- правління 12 передаються на другий вхід блок вання команд управління 13 з входом блоку пере- упр ред; РУ У й й й й й моделювання динаміки прикладного процесу 11, дачі пакетів команд управління 14, вихід якого під- моделюючи таким чином зміну поточного стан ключений до входу комп'ютерної мережі 4. п кла ного процес о мо люється пі зі

На виході блоку датчиків прикладного процесу Мо ельованих команд т авління Мо, елювання в 1 формуються дані про поточний стан прикладного д д упр "Мод . : прискореному масштабі часу динаміки прикладно- процесу, які поступають на вхід блоку кодування . го процесу спільно з моделюванням процесу фор- даних прикладного процесу 2. Блок кодування да- : Я й й мування команд управління закінчується при дося- них прикладного процесу 2 циклічно із заданим тненні кінцевої точки часового інтервал періодом дискретизації Аа перетворює вхідні сиг- оделюва ц й їй значе ома В пу нали про поточний стан прикладного процесу в модел о паю "В поп озованох, й часу упо елачі цифровий код і здійснює процедури стиснення ня відповідають прогнозованому ч мА В ЧІ інформації ії формування пакету даних прикладно- команд У лок в прикладний пня оо дру- го процесу, структура якого приведена на Фіг.2. До Гого виходу олоку команд управління сигнали складу пакету даних прикладного процесу входять ному часу леролані щі ант управиіни приклад: дані поточного стану прикладного процесу і час ному бо й си нап пасе зедачі омани. до формування пакету даних прикладного процесу Зав процес ст, ладни зл во с пеое таю щ у їдп. Сформовані пакети даних прикладного проце- р п бло В коливання оман пає ред 13 я на су поступають на вхід блоку передачі пакетів да- злійс юеї зо и ст с сн. упр зоома шо що. них прикладного процесу 3, який виконує передачу дюисн процедури стиснення інф рмації і фор- по інтернет протоколам пакетів даних прикладного мування пакетів ре управління, структура процесу в комп'ютерну мережу 4. Блок прийому яких приведена на Фіг. «До складу пакету команд пакетів даних прикладного процесу 9 з комп'ютер- управління входять команди управління, які відпо- ної мережі 4 приймає пакети даних прикладного палі яв поикпанний ос си дп часі процесу, які з виходу блоку прийому пакетів даних у олаі команд віщі проц «ла игн тро ве прикладного процесу 9 поступають на вхід блоку й редачі команд управління в прикладний проц управління моделюванням 10. сп. Сформовані пакети кома авлі з о

Блок управління моделюванням 10 по кожно- б Ф ов. зан їй й Ган. нд щі ння 13 ост й му пакету даних прикладного процесу формує сиг- ду олоку кодування команд управління посту: пають на вхід блоку передачі пакетів команд уп-

равління 14, який виконує передачу по інтернет - третя - розподілена в комп'ютерній мережі протоколам пакетів команд управління в комп'ю- система управління прикладним процесом з наяв- терну мережу 4. Блок прийому команд управління ністю затримки передачі пакетів по комп'ютерній з комп'ютерної мережі 4 приймає пакети команд мережі, яка реалізована відповідно до винаходу, управління, які з виходу блоку прийому пакетів що заявляється. команд управління 5 поступають на вхід блоку Тестова (локально розташована без передачі буферизації 6. При досягненні поточним часом пакетів по комп'ютерній мережі) система управлін- прикладного процесу значення часу передачі ко- ня прикладним процесом, в якій відсутні затримки манд управління в прикладний процес ісп, з черги передачі пакетів, була синтезована відповідно до буферизації блоку буферизації 6 витягується від- заданих цілей управління і критеріїв якості управ- повідний часу їсп пакет команд управління, який з ління. виходу блоку буферизації 6 поступає на вхід блоку Робота кожної з трьох систем управління при- декодування 7. З виходу блоку декодування 7 де- кладним процесом досліджувалася в широкому кодовані команди управління поступають на вхід спектрі початкових умов для виконання трьох за- блоку регуляторів прикладного процесу 8. дач управління: стабілізації параметрів прикладно-

Виробка команд управління для прогнозовано- го процесу, програмного управління прикладним го часу передачі команд управління в прикладний процесом, термінального управління прикладним процес їсл шляхом моделювання в прискореному процесом. масштабі часу динаміки прикладного процесу спі- Результати проведених досліджень показали, льно з моделюванням процесу формування ко- що якість роботи другої, розподіленої в комп'ютер- манд управління за даними про поточний стан ній мережі системи управління прикладним проце- прикладного процесу у момент часу їЇчп дозволяє сом з наявністю затримок передачі пакетів, різко компенсувати в комп'ютерних мережах управління погіршується вже за наявності затримок передачі швидкісними циклами прикладних процесів затри- по мережі 120-160мс, а при затримках передачі по мки передачі пакетів по комп'ютерних мережах, мережі більш ніж 180мс, ця система управління не варіації цих затримок і джитер команд управління досягає цілей управління. при розподіленому управлінні швидкісними цикла- Якість же роботи третьої розподіленої в ком- ми прикладних процесів. п'ютерній мережі системи управління прикладним

Було проведено моделювання розподіленого процесом з наявністю затримок передачі пакетів, управління швидкісними циклами прикладних про- яка реалізована відповідно до винаходу, що заяв- цесів в комп'ютерних мережах. Для проведення ляється, дозволяє досягати цілей управління у досліджень в якості керованого прикладного про- всьому діапазоні затримок передачі пакетів для цесу був вибраний об'єкт, який описувався нелі- всього спектру початкових умов прикладного про- нійними диференціальними рівняннями 17-го по- цесу, всіх типів задач і цілей управління з якістю, рядку з частотою дискретизації даних 50мс. При відповідною заданим критеріям якості управління. моделюванні затримка пакетів даних прикладного Технічний результат, що досягається, як пока- процесу змінювалася в циклах випадковим чином зали експериментальні дослідження, може бути в діапазоні 75-500мс, а також затримка пакетів реалізований тільки взаємозв'язаною сукупністю команд управління змінювалася в циклах випадко- всіх істотних ознак заявленого винаходу, відобра- вим чином в діапазоні 75-500мс. жених у формулі винаходу.

В процесі моделювання досліджувалася робо- Все вищезазначене показує, що використання та трьох систем управління прикладним процесом: винаходу, що заявляється, дозволяє будувати на - перша - тестова (локально розташована без базі комп'ютерних мереж системи розподіленого передачі пакетів по комп'ютерній мережі) система управління швидкісними циклами прикладних про- управління прикладним процесом, в якій відсутні цесів в реальному масштабі часу, підвищити якість затримки передачі пакетів; і надійність роботи таких систем за наявності за- - друга - розподілена в комп'ютерній мережі тримок передачі пакетів даних в комп'ютерних система управління прикладним процесом анало- мережах. гічна тестовій, але із затримками передачі пакетів по комп'ютерній мережі; п НАННЯ

ЗНАНІН чена

Фіг. 1

Дані поточного стану | Час бормування пакету і датчиків прикладного даних

І процесу | прикладного процесу їх

Фіг. 7

Затримка | Затримка Час Буферний час передач по 0 передачіно моделювання! компенсації мережі 0 мережіпакету | динаміки варіацій паксту даних. | каМмаинд прикнадного затримок прикладного Управління процесу передачі по процесу А Же ль мережі ді:

Часовий інтервал моделювання динаміки прикладного процесу і Ар АЦ Де АС А

Фіг. З

Команди управління Час передачі команд управління в прикладний процес їв

Фіг. 4

Комп'ютерна верстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601