Структура системы дистанционного диагностирования и процесс управления. Порядок проведения диагностической сессии

 В общем виде любую вычислительную систему с удаленным доступом можно представить в виде центральной станции, соединенной через каналы связи с рядом удаленных станций. На центральную станцию системы возлагаются такие задачи как обработка данных, так и управление функционированием систем в целом, в том числе управление обменом информацией с удаленными станциями.

На удаленные станции возлагаются задачи ввода-вывода данных непосредственно пользователю систем, а также управление обменом информацией с центральной станцией системы.

Таким образом, такая система выполняет две основные функции:

-         обработку данных;

-         управление телеобработкой.

Обработка данных осуществляется средствами центральной ЭВМ, а

управление телеобработкой - как средствами системной телеобработки, так и программными средствами пользователя.

К стандартным функциям телеуправления относятся:

-         управление каналами ПД;

-         управление обменом информацией по каналам ПД;

-         исправление ошибок при передаче сообщений;

-         обработка заголовков сообщений;

-         установка сообщений в очередь;

-   динамическое распределение памяти для сообщения;

-         сбор статистики ошибок;

-         преобразование кодов;

-         проведение редактирования;

-         тестирование звеньев системы телеобработки.

В системах телеобработки передача информации между удаленными станциями осуществляется по заранее определенным алгоритмам обмена информацией. В системах телеобработки применяют несколько унифицированных алгоритмов обмена информацией:

-         синхронный;

-         асинхронный;

-         телеграфный.

Каждый из унифицированных алгоритмов ориентирован на использование

с конкретными типами абонентских пунктов.

Удаленная станция или группа удаленных станций, подключаемых к одному каналу связи, образуют совместно с ЦС звено системы. Взаимодействие станций в звене системы осуществляется по процедурам, определяемым конкретным алгоритмом обмена информацией. Для непосредственной передачи информации между станциями в звене системы проводится процедура логического соединения, которая приводит к установлению звена данных. Под звеном данных понимается совокупность двух или более станций, логически объединенных через общую физическую среду и одновременно участвующих в процедуре передачи данных. Понятие звено данных используется только тогда, когда станции звена системы подсоединены к одной и той же линии связи и работают с одной скоростью передачи и единым кодом.

Передача информации в звене данных осуществляется в процессе выполнения процедуры ПД, во время которой станции звена системы распознают и формируют определенный набор управляющих символов, используемых для разделения информации на блок и сообщения, изменения направления передачи, формирования различных вопросов и ответов, защиты информации от ошибок и других целей.

В общем случае весь процесс передачи информации в звене системы телеобработки можно рассматривать как объединение различных фаз связи. В каждой фазе связи одна из станций руководит работой звена системы и является ответственной за продолжение связи, другая только реагирует.

В системах телеобработки используются следующие фазы связи:

-         фаза 1- установление соединения;

-         фаза 2- установление звена данных, направление передачи данных;

-         фаза 3- передача данных;

-         фаза 4- разъединение звена данных;

-         фаза 5- разъединение соединения.

Отметим, что фазы 1 и 5 используются в звеньях системы коммутируемых каналов связи.

В процессе ПД можно выделить 2 основных состояния, в которых находится оборудование телеобработки данных:

-         состояние ПД (фаза 3);

-         состояние управления (фаза 1,2,4,5)

Передача информации между двумя пунктами телеобработки осуществляется по соответствующим протоколам управления звеном данных.

Протоколы определяют процедуры установления и завершения логического соединения между узлами сети, управления переносом данных и обеспечение целостности сообщений при передаче информации. Одними из протоколов, используемыми в системах телеобработки являются протоколы, использующие режим подчинения, централизованную работу. Процедура установления-разъединения звена данных при использовании режима подчинения, централизованной работы приведена на рисунке 3. Передача сообщений между управляющей и подчиненной станциями осуществляется в звене данных, т.е. после установления состояния "Главная - зависимая" станции. Передача и разъединение звена данных завершается посылкой главной станцией управляющего символа КП

Для дистанционного обслуживания в большинстве случаев применяются сети передачи данных.

Система дистанционного обслуживания (ДО) организуется из трех связанных подсистем:

-         автоматизированной системы диспетчеризации обслуживания цифровых систем;

- информационно - справочной системы на базе сервисного банка данных;

-         системы оперативного диагностирования.

Наличие сервисного банка и возможность доступа к нему позволяет определить характер предполагаемой неисправности, с определенной вероятностью произвести статистику и анализ для выявления интегральных

показателей надежности, позволяет решать задачи прогнозирования для диспетчеризации, кроме того, позволяет внести коррективы при конструировании новых цифровых устройств.

Информационно - справочная система является информационным отображением состояния и динамики двух систем - совокупности объектов обслуживания и сервисной организации.

Система ДО ЦУ организуется как автоматизированная система дистанционного управления обслуживанием (АСДУО) ЦУ. Основная задача АСДУО - диагностика состояния ЦУ, находящейся на расстоянии от центра обслуживания, средствами, располагающимися в центре и в самой ЦУ.

 Под диагностикой здесь подразумевается определение исправного либо неисправного состояния ЦУ в целом и отдельных ее технических (программных) средств, и в случае обнаружения неисправности установка диагноза, определяющего существо и место неисправности ЦУ. Подсистему, занимающуюся дистанционной диагностикой (ДД) будем называть автоматизированной системой дистанционной диагностикой (АСДД).

На рисунке представлена схема основных процедур диагностики. Первым шагом автоматизации согласно приведенной схеме считается автоматизация процедуры проведения контроля, т.е. автоматизация элементов контроля работоспособности и диагностического контроля ЦУ. Снабжение ЦУ средствами контроля, в том числе программными, не входит в состав функции АСДД. Более или менее автоматизированными, вплоть до полной автоматизации, могут быть и остальные четыре приведенные на рисунке процедуры, объединёные в понятие управления диагностикой. При этом считается, что в основном управление диагностикой автоматизируется за счет средств центра обслуживания (ЦО). В общем случае, в пользовательском центре (ПЦ) предполагается наличие средств контроля и средств автоматического управления.

 Рисунок Процедура установления - разъединения звена данных

 Структура управления этим средствами представлена на рисунке 5. При распределении средств контроля и диагностики (КД) в ПЦ на внутримашинные и внешнемашинные средства, в составе АСДД можно выделить подсистему АСДУ со встроенными средствами обслуживания (ВСО) и АСДУ внемашинными средствами КД. Под ВСО здесь подразумевается внутри машинная система средств КД и средств управления КД.

Для простоты разработки на первых порах вместо АСДУ предлагается создать неавтоматизированную систему дистанционного управления (СДУ), в которой в роли средств ручного управления ЭВМ ПЦ выступали бы соответствующие средства центра обслуживания (ЦО), т.е. во-первых, рекомендуется разработать и применить режим удаленного пультового устройства, во - вторых, рекомендуется ввести в состав ВСО автоматизированные процедуры диагностики, находящиеся непосредственно не под ручным, а под автоматизированным управлением ЦО. Средства автоматного управления КД ВСО, находящиеся в ЦО будем называть средствами автоматной диагностики (АД). Возможность применения центральных автоматных средств диагностики с ПЦ обеспечивает более оперативную и эффективную диагностику под управлением высококвалифицированного специалиста, производящего обслуживание на месте расположения ЦУ.

Структура систем централизованного обслуживания, представлена на рисунке .

На рисунке рассмотрены следующие системы:

- СЦО - система централизованного обслуживания;

- АСДУО - автоматизированная система дистанционного обслуживания;

Рисунок Схема основных процедур диагностики

 Рисунок Структура управления средствами диагностики.

 

 - АСДД - автоматизированная система дистанционной диагностики;

- ВСО -встроенная система обслуживания.

Помимо рассмотренных здесь систем на рисунке изображены: система диспетчеризации при централизованном обслуживании и система снабжения средствами обслуживания. Вопрос применения системы диспетчеризации в целях АСДД рассматривается далее, а одной из задач системы снабжения считается дистанционная передача недостающих программных  информационных средств КД, или исправных программных средств КД, или исправных программных средств ПЦ.

Структура технических средств для функционирования системы АСДУО представлена на рисунке . В систему через сервисный пульт (СП) входят встроенные средства обслуживания обслуживаемых цифровых устройств (ЦУ) в пользовательских центрах, средства в центре обслуживания, и сеть передачи данных централизованного обслуживания (СПД ЦО).

 Рисунок . Структура систем централизованного обслуживания ЦУ.

 Основным техническим средством системы АСДУО является вычислительный комплекс на базе ЭВМ, в состав периферийных устройств которого входит множество дисплеев обслуживания. Дисплей с клавиатурой является основным средством работника ЦО, непосредственно выполняющего дистанционную диагностику. Назовем этого работника ЦО специалистом (С) и обозначим его дисплей через ДС (дисплей специалиста).

Для диспетчеризации обслуживания множества систем организуется система диспетчеризации с диспетчером (Д), управляющим при помощи соответствующего дисплея (ДД) ходом обслуживания.

В пользовательских центрах в систему АСДД через СП включаются средства встроенных систем обслуживания цифровых устройств (ЦУ). В систему АСДД через стык физической линии сети ПД на месте расположения ЦУ могут быть подключены переносные внемашинные средства контроля и диагностики с автоматическим управлением.

Сеть ПД состоит из аппаратуры окончания канала данных (АКД), средства коммутации (каналов или пакетов), линий связи (ЛС). АКД конструктивно необязательно отделена от соединяемого с ним средства, т.е. АКД может быть составным элементом сервисного пульта.

В первое время предлагается организовать сеть ПД на базе некоммутируемых и коммутируемых одно - и много - точечных телефонных линий со скоростью передачи от 1200 бит/с. В случае телефонной линий АКД - модем или вместе с устройством автоматического вызова

Рассмотрим порядок проведения сессии диагностики. Централизованный контроль технического состояния ЦУ может быть осуществлен либо по инициативе центра обслуживания, либо по инициативе пользователя. В любом случае требование диагностики проходит этап диспетчеризации, завершающийся либо назначением сессии диагностики, либо отказом обслуживания.

Под сессией диагностики подразумевается процесс диагностики, состоящий из чередующихся этапов определения специалистом заданий диагностики для проведения определенных диагностических процедур, выполнения этих заданий, завершающихся отображением полученной диагностической информации и этапов обдумывания. Сессия может быть успешной и завершаться установкой диагноза, либо безуспешной. В любом случае результаты сессии после ее окончания передаются системе диспетчеризации для организации дальнейшего обслуживания. В случае неуспешного завершения сессии может быть назначена новая сессия.

Сессию проводят специалист (С) и пользователь (П) через соответствующие дисплеи (ДС и ДП). Для проведения сессии требуется на это согласие обеих сторон. Сессия может быть прервана пользователем или специалистом. Во время сессии П и С могут обмениваться между собой сообщениями, а также с диспетчером ЦО.

Сессия может протекать двумя способами:

-         под управлением специалиста (основной способ);

-         под управлением пользователя.

Во время сессии роль управляющего и управляемого может быть взаимно

перераспределена.

Этими двумя способами протекания сессии ставятся в соответствие режимы диагностики в АСДД:

-         дистанционный (Д);

-         местный системный (МС).

Функциональная структура диагностики в этих двух режимах представлена

на рисунке 8. Применяются следующие сокращения:

- ПЦ - пользовательский центр;

- ЗД - задание диагностики;

- РУ - ручное управление;

- ЗСП - задание специалиста пользователю;

- ИПС - информация пользователю специалисту;

- ЗПС - задание пользователя специалисту;

- ЦО - центр обслуживания;

- ДИ - диагностическая информация;

- АУ - автоматное управление.

Элементы, представленные на рисунке 8, как правило функционируют последовательно. Диагностика в режиме Д, например, может протекать в определенном с ДС ЗД РУ, чему следует ответ в виде ДИ РУ, далее может быть для П передан приказ (ЗСП) установки некоторого носителя, чему П отвечает ИПС. Рассмотренный пример свойственен для диагностики в режиме удаленного пультового устройства. При наличии автоматных средств диагностики (АД) в ЦС, и соответствующих им средствах КД в ПЦ, ЗД АД выполняется в контуре ЗД АД, АД, ЗД АУ, КД, ДИ АУ, ДИ АД.

Затем после обдумывания результатов, может быть представлено новое задание. Аналогично протекает сессия и в режиме МС.

 

СТАНДАРТЫ ITU-T И СТРУКТУРА СОЕДИНЕНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

 Для более ясного объяснения материала оговорим смысл некоторых терминов, встречающихся ниже DTE и DCE. Эти термины относятся к передаче данных. DTE (Data Terminal equipment) - это оборудование терминала данных (компьютер). DCE (Data Communication Equipment) - это оборудование передачи данных (модем). RS-232-C или EIA-232-D - это рекомендованный стандарт Ассоциации электронной промышленности, определяющий последовательный коммуникационный интерфейс между DTE и DCE. Число 232 - это исходный серийный номер данного стандарта. Между вариантами "C"  "D" практически нет никакой разницы. Стандарт RS-232-C эквивалентен стандарту ITU-T (MЭC-T, бывший МККТТ) V.24 и V.28. Обычный коннектор (разъем, соединитель) RS-232-C имеет  25  штырей. UART - универсальный асинхронный приемопередатчик. Это устройство используется в DTE и DCE для приема и передачи асинхронных данных. Обычно в РС (ПК) используется UART, типа NS 16450. Во время приема данных на высоких скоростях (38.400 бит/с и выше) РС может недостаточно быстро обслуживать прерывания  от  последовательного порта, что приведет к частичной потере данных. В этом случае необходим UART с буфером данных - типа NS 16550-A. Для соединения с удаленным пользователем в аналоговых сетях используется, как было сказано выше, 2-проводная коммутируемая телефонная линия и интеллектуальный модем (Hayes modem).

Интеллектуальный модем работает в одном из двух режимов:

-         командный режим;

-         режим данных.

В командном режиме модем интерпретирует данные, полученные с последовательного интерфейса, как "команды" и посылает обратно результаты действия как ответ. В режиме данных модем модулирует данные, полученные с последовательного интерфейса, для передачи их в линию и наоборот, посылает демодулированные данные на последовательный интерфейс как полученные данные.

АТ команды - это набор стандартов для управления модемом в командном режиме (AT - ATtention). АТ команды используются только для последовательного асинхронного интерфейса

Рисунок .Структура технических средств системы

  MNP (Microcom Network Protocol) - это набор протоколов, состоящий из нескольких классов,  классы 1-4 предназначены для  коррекции ошибок, а класс 5 - для сжатия данных.  MNP класса 5 – это протокол сжатия данных с максимальной эффективностью 2 к 1, т.е. позволяющий сжать данные максимально в 2 раза. MNP-5 используется вместе с MNP-4 V.42 bis и V.42 - стандарты сжатия данных и коррекции ошибок, установленные ITU-T. V.42 bis имеет более высокую эффективность сжатия данных, чем MNP-5, и улучшенную схему сжатия. XModem, YModem, ZModem - это протоколы передачи файла. Они выполняют проверку ошибок и целостности данных передаваемого файла.

Они имеют следуюшие значения блока данных:

-         XModem - 128 байтовые блоки данных;

-         YModem - 1 Кбайтные блоки;

-         ZModem - блоки данных переменной длины.

На рисунке приведена обобщенная структура технических средств системы ДО. А на рисунке , показанном ниже, приведен пример более детальной схемы соединений с указанием наименований разъемов  и интерфейсов, необходимых знать пользователям.

Чтобы установить связь с тестируемым абонентом прежде  всего необходимо ввести в Центральный компьютер (DTE) коммуникационные программы Hayes-модема (АКД). Затем можно вводить команды, опции и параметры для модемов с помощью АТ-команд с DTE. Приведем пример установления связи на примере расширенного набора АТ-команд для модема фирмы ZyXEL, типа U-1496.

После установления этих параметров модем готов к сеансу связи. Методы коррекции ошибок MNP 4, LAMP, используемые для связи модема с модемом, основываются на технологиях, которые должны применяться взаимно, обоими модемами:

- преобразование асинхронного потока данных в синхронный. Функция коррекции ошибок может применяться только тогда, когда интерфейс от DTE к DCE является асинхронным. Если он является синхронным, то тогда компьютеры на обеих сторонах будут самостоятельно выполнять функцию коррекции ошибок. Модем преобразует асинхронные символы в поток синхронных данных. 

Рисунок . Функциональная структура диагностики в разных режимах

Протокол коррекции MNP 4 или LAMP удаляет стартовый и стоповый "обрамляющие" (framing) биты в асинхронном формате и преобразует поток данных в блоки. Каждый блок обрамляется стартовым флагом (01111110) и конечным флагом (01111110). Максимальный размер блока данных, используемый в модемах серии U-1496, - 256 байтов. Максимальное число блоков отправленных к другому модему без подтверждения их корректного получения - 31 для 128-байтного блока. Эти величины регулируются в соответствии с установками модема на другой стороне:

- распознавание ошибок с использованием циклического избыточного кода CRC (Cyclical Redundancy Check);

-         коррекция ошибок с автоматическим запросом повторной передачи

ARQ;

- коррекция ошибок c ARQ c выборочным повтором SREJ.

 При наличии этого расширения протокола V.42 модем будет передавать повторно только те блоки данных, которые были переданы с ошибками, а не все последующие блоки данных, начиная с ошибочного.

Практически протокол коррекции ошибок может распознавать и устранять почти 100% ошибок.

Сжатие данных выполняется посредством представления исходной информации в виде меньшего числа битов (удаление  избыточности) и передачи уменьшенного числа битов данных по модемной связи. Получатель восстанавливает исходную информацию с помощью процесса, обратного сжатию. Эффективность сжатия зависит как от алгоритма, так и от самих данных. Файл со случайными данными невозможно сжать. Файл данных с высокой степенью предсказуемости такой, как текстовый файл ASCII, графический файл или файл базы данных - вполне пригоден для сжатия.

В модеме сжатие данных происходит в процессе преобразования асинхронного потока в синхронный с одновременной попыткой дополнительно уменьшить число бит.

Модемы серии U-1496 поддерживают протоколы сжатия данных как V.42 bis, так и MNP 5. Протокол MNP 5 использует способы кодирования повторяющихся символов и адаптивное кодирование по частоте появления символов.  V.42 bis использует алгоритм адаптивного кодирования строк.

Эффективность сжатия по протоколу V.42 bis обычно выше, чем по MNP 5 (в среднем на 50 %).

Рассмотрим несколько способов сжатие данных:

-         кодирование повторяющихся символов. Этот способ используется,

чтобы избежать передачи данных последовательностей повторяющихся символов. Когда три или более повторяющихся символов  появляются последовательно, реально будут посылаться только первые три знака (tokens), представляющих сжатый формат этого символа, и число повторений;

-         адаптивное кодирование по частоте появления символов

Рисунок . Структура соединения технических средств

 . Этот способ используется после удаления последовательно повторяющихся символов. Каждый символ-знак (token) подставляется в поток данных вместо реально появляющегося символа, чтобы можно было посылать менее 8 битов для символа. Этот знак генерируется из динамической таблицы частоты появления символов. Полное число знаков 256, но только первые 32 знака имеют менее 8 битов, так что случайные данные, сжатые таким образом, не будут иметь никаких преимуществ по сравнению с несжатыми;

- адаптивное кодирование строк. Вместе того чтобы посылать каждый символ данных отдельно, посылается знак, заменяющий целую символьную строку. Модем адаптивно выстраивает словарь соответствия знаков строкам в зависимости от появления тех или иных данных. U-1496 поддерживает словарь до 2 Кб. Символы входящих  данных комбинируются и проверяются на присутствие в словаре. Знак посылается для наиболее длинной строки, соответствующей данной, из строк, имеющихся в словаре.

Процесс сжатия данных потребляет много вычислительной мощности процессора модемного контроллера. Модемы ZyXEL серии U-1496 используют мощный 32/16-битный CPU 68000 , позволяющий осуществлять двустороннюю передачу без понижения скорости при передаче файлов в обоих направлениях.

Для проверки качества тракта передачи данных (ТПД), характеристик канала связи и модема в начале сеанса связи производится диагностирование составляющих ТПД. Большинство Hayes-модемов самостоятельно производят эти диагностические функции.