Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

ем масштабируемости и динамическим взаимодействием (адресаци­ ей) элементов модели сети, вызванным графическим представлением модели со статическим числом элементов и связей между ними. Для реализации модели требуется полнофункциональный объектноориентированный подход к разработке модели, но лишенный недос­ татка графического интерфейса разработки, ограничивающего воз­ можность быстрого масштабирования сети, характерного для таких развитых систем моделирования сетей, как OPNET, COMNET и дру­ гие. Анализ возможностей систем моделирования и подходов к моде­ лированию позволяет определить необходимость использования агентного подхода к разработке сложных и адекватных моделей про­ мышленной сети, получившего развитие в одной из распространен­ ных систем имитационного моделирования AnyLogic.

Сложность разработки моделей заключается:

1) в отсутствии у студентов знаний и умений разработки моделей на основе агентного подхода дискретно-событийного моделирования;

2) многофакторности (сложности) объекта исследования. Ввиду указанного целесообразным является введение студентов в предмет­ ную область агентного моделирования, а также ввиду сложности объ­ екта декомпозиция его и исследование прикладной и транспортной подсистем, моделирование и анализ должны производиться условно независимо друг от друга. После проведения указанных занятий сту­ денты готовы к работе, целью которой является получение умений и практических навыков планирования промышленной сети с требуе­ мой производительностью.

Введение в предметную область моделирования предлагается осуществлять в рамках самостоятельных занятий студентов по пред­ ложенным методическим указаниям к выполнению работы. Плани­ руемая работа должна включать сравнительный анализ возможностей известного студентам процессного дискретного-событийного моде­ лирования и агентного подхода. Анализ производится путем иссле­ дования промышленной сети, как простой сети передачи данных в виде системы массового обслуживания (СМО, СеМО), без учета специфических факторов функционирования. По результатам выпол­ нения работы студентом должна быть составлена сравнительная таб­ лица возможностей подходов к моделированию по предложенной системе критериев, что позволит сделать вывод об адекватности (в широком смысле) подхода к моделированию РИУС.

Исследование прикладной составляющей промышленной сети связано с изучением принципов функционирования приложения се­ тевого узла, прикладного и представительского уровней коммуника­ ционного стека протоколов LonTalk. По результатам разработки мо­ дели приложения узла студентом должны быть составлены сводная таблица результатов количественной оценки производительности для различных исходных данных (числа модулей приложения узла, их приоритетов и интенсивностей событий) и проведен их анализ с це­ лью выявления лучшего варианта по предложенным критериям (по­ казателям производительности).

Исследование транспортной составляющей промышленной сети связано с изучением принципов физического, канального, сетевого, транспортного и сеансового уровней КСП LonTalk, определяющих алгоритм множественного доступа узлов к сетевому каналу, сервисы доставки и виды адресации сетевых сообщений. Результатом выпол­ нения работы является разработанная модель, позволяющая произве­ сти анализ зависимостей: вероятности коллизии от количества узлов в сети и нагрузки на сетевой канал; среднего времени доступа и пере­ дачи сообщения при различной загрузке сетевого канала; вероятно­ стей успешной доставки сообщений при различных сервисах достав­ ки и различной загруженности канала.

Исследование и применение методики планирования промышлен­ ной сети выполняются в заключительной лабораторной работе в рам­ ках цикла работ, посвященных исследованию производительности промышленных сетей. В настоящей работе студенты работают с наи­ более сложной и адекватной моделью, характеризуемой учетом боль­ шого (более 50) числа факторов, влияющих на производительность сети, разработанной путем объединения построенных студентом моде­ лей прикладной и транспортной составляющих. Целью работы являет­ ся получение студентом умений и практических навыков планирова­ ния промышленной сети с требуемой производительностью. Помимо общего задания на планирование сети требуемой производительности в условиях сформулированных ограничений перед студентом ставятся индивидуальные задания на лабораторную работу, связанные с иссле­ дованием влияния фактора(ов) функционирования на производитель­ ность сети. Решение поставленных заданий позволяет студенту не только приобрести умения и навыки планирования сети требуемой производительности, но и приобрести навыки исследования сложных сетевых систем.

Таким образом, предложенный в работах подход к изучению принципов функционирования распределенных информационноуправляющих систем характеризуется полнотой изучаемого мате­ риала и корректностью получаемых студентами знаний и умений, что характеризует эффективность организации образовательного процесса.

Библиографический список

1. Антинескул А.В., Бусыгин В.В., Кон Е.Л. Разработка лабора­ торного практикума, посвященного этапу планирования РИУС LonWorks // Автоматизированные системы управления и информаци­ онные технологии. - 2013. - С. 103-111.

2.Кон Е.Л., Якушев А.П. Разработка лабораторного стенда для исследования этапов проектирования и ввода в эксплуатацию РИУС на базе технологии LonWorks // Автоматизированные системы управ­ ления и информационные технологии. - 2013. - С. 111-117.

3.Даденков С.А., Кон Е.Л., Кузнецов Д.И. Разработка и анализ алгоритма технического диагностирования промышленных сетей на основе технологии LonWorks // Автоматизированные системы управ­ ления и информационные технологии. - 2013. - С. 117-123.

4.Даденков С.А., Кон Е.Л. Подход к построению аналитической модели информационно-управляющей сети LonWorks на основе ней­ рочипов // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. - М.: Радио­ техника. - 2013. - № 11. -С. 64-69.

5.Даденков С.А., Кон Е.Л. Анализ моделей и методов агентного

идискретно-событийного имитационного моделирования // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2015. - № 5.

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ

СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ СЕТЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ LONWORKS

Студент гр. АТ6-14-1м В.В. Чмыков, ассистент С.А. Даденков

Научный руководитель - канд. техн. наук, профессор Е.Л. Кон Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Существует большое количество вариантов построения распре­ деленных информационно-управляющих систем (РИУС), отличаю­ щихся архитектурой, алгоритмами функционирования, производи­ тельностью, надежностью и безопасностью, экономической целесо­ образностью и другими показателями, характеризующими качество функционирования. Сложность построения заключается в необходи­ мости оценки, комплексного анализа и обеспечения требуемых пока­ зателей. Одним из наиболее важных показателей является производи­ тельность системы реального времени. Поэтому целью настоящей работы является разработка имитационной модели функционирова­ ния РИУС с целью выполнению количественной оценки показателей производительности. Объектом исследования в работе является рас­ пространенная и наиболее сложная для анализа промышленная сеть LonWorks, составляющая основу РИУС. При этом большая часть по­ лучаемых в работе результатов носит общий характер для промыш­ ленных сетей с методами множественного доступа CSMA (Industrial Ethernet, Modbus TCP, DeviceNet, ProfiNet), что обусловлено общно­ стью алгоритмов и принципов функционирования. Актуальность и необходимость выполнения количественной оценки производи­ тельности Lon-сети заключаются в широком распространении техно­ логии для построения систем критической инфраструктуры и жизне­ обеспечения на транспорте, производстве и гражданских объектах.

Стоит отметить, что исследованию данной технологии посвяще­ но большое множество работ [1-3]. Однако ввиду высокой размерно­ сти и вычислительной сложности аналитических моделей, проблем гибкости и масштабируемости имитационных моделей результаты получены для жестких систем ограничений с учетом малого числа факторов функционирования, влияющих на производительность сети.

Указанное свидетельствует о низкой корректности моделей и обу­ словливает необходимость разработки адекватных моделей. В рамках настоящей работы выполняются разработка и анализ применимости имитационной модели функционирования промышленной сети LonWorks, характеризующейся корректным учетом большинства зна­ чимых факторов функционирования, выделенных в ходе анализа спе­ цификации к стеку протоколов.

В ходе анализа публикаций, посвященных имитационному модели­ рованию сетевых систем, установлен наиболее распространенный и эф­ фективный метод дискретно-событийного моделирования. Обусловлено это тем, что разрабатываемая модель позволяет наиболее близко к ре­ альному объекту описать процесс функционирования системы во време­ ни, в котором различные его параметры меняются мгновенно в опреде­ ленные дискретные моменты времени. Дискретно событийные модели в настоящее время разрабатываются с использованием распространенных:

-универсальных языков программирования (Си, Java), предос­ тавляющих высокие возможности в разработке, отладке и использо­ вании модели. Однако подход к построению сложных распределен­ ных моделей с большим числом элементов характеризуется высокой сложность и трудоемкостью разработки, требует глубоких знаний и навыков работы с языками программирования. Данный факт снижает возможность их исследования в рамках образовательного процесса в университете по программам, языки программирования в которых не являются профильным предметом;

- специализированных систем OPNET, OMNET, COMNET, пре­ доставляющих высокую точность количественных оценок произво­ дительности сетей. Однако закрытость реализации алгоритмов и про­ токолов в моделях сети снижает эффективность применения данных сред для исследования их эффективности, выработки рекомендаций к планированию сетей. Другой проблемой систем является ограниче­ ние масштабируемости, определяемое графическим интерфейсом разработки моделей. Увеличение числа сетевых элементов, измене­ ния структуры сети связи требуют ручного перестроения всех связей, что значительно снижает эффективность применения подхода при планировании сетей требуемой производительности;

-общецелевых систем моделирования GPSS, Arena, AnyLogic, характеризующихся различными совокупностями преимуществ и недостатков универсальных языков моделирования и специализи­

рованных систем. GPSS характеризуется «кодовой» разработкой мо­ дели без ее графического представления и поэтому характеризуется свойствами универсальных языков программирования. Arena наибо­ лее близка по графическому принципу разработки к характеристикам специализированных средств разработки. AnyLogic представляет систему с наиболее оптимальным сочетанием преимуществ языков программирования и графических средств разработки и визуализа­ ции. Это достигнуто разработкой универсальных -объектов - агентов, структура и процесс функционирования которых создаются разра­ ботчиком, а также предоставлением возможности программной реа­ лизации динамического изменения их количества и связей между ними, обеспечивая гибкость и высокую масштабируемость модели. Графическая разработка увеличивает скорость разработки модели.

В результате анализа систем моделирования сделан вывод о це­ лесообразности и эффективности применения системы имитационно­ го моделирования AnyLogic для изучения и исследования распреде­ ленных информационно-управляющих систем и сетей в целом.

Архитектура разработанной модели представляет собой иерар­ хическую структуру распределенной сети LonWorks и моделируется принадлежностью (вложенностью) агентов каждого класса (фрагмен­ тов сети) в указанной последовательности: сегмент, канал, узел, сете­ вое сообщение. Ключевым элементом модели является объект класса узел (рисунок), представленный программным исполнением трех­ процессорной структуры (прикладной, сетевой, канальный процессо­ ры расположены в изображении слева направо), реализующей функ­ ционал семи уровней коммуникационного стека протоколов LonTalk.

Сбор статистики в модели выполняется по множеству показа­ телей функционирования - индивидуально для каждого объекта (фрагмента сети, узла, сетевых сообщений) и в общем для логиче­ ских групп объектов.

Таким образом, агентный подход дискретно-событийного моде­ лирования позволил разработать адекватную модель распределенной промышленной сети, включающую основные ее элементы, учесть алгоритмы функционирования и принципы динамического взаимо­ действия, а также большое множество реальных факторов функцио­ нирования, ранее не анализируемых в известных работах, что на­ правлено на повышение точности результатов моделирования и по­ лучение количественных оценок производительности сети.

функционирования промышленной сети, умения моделировать, вы­ полнять оценку показателей эффективности функционирования системы, исследовать сложные сетевые системы.

Библиографический список

1. Miskowicz М. Analysis of Mean Access Delay in VariableWindow CSMA // Sensors. Schweiz: Molecular Diversity Preservation International. - 2007. - Vol. 7. - P. 3535-3559.

2. Даденков C.A., Кон Е.Л. Исследование производительности алгоритма доступа к среде predictive p-persistent CSMA протокола // Вестник Пермского национального исследовательского политехниче­ ского университета. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехи, ун-та, 2012. - № 6. - С. 217-230.

3. Даденков С.А., Кон Е.Л. Подход к построению аналитической модели информационно-управляющей сети LonWorks на основе ней­ рочипов // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. - М.: Радио­ техника, 2013.-№ 11.-С . 64-69.

Секция V

ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭКРАНА ПРИ ПОСТРОЕНИИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

СПЕЦИАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Аспирант, ассистент И.С. Антясов

Научный руководитель - канд. техн. наук, доцент АН. Соколов «Южно-Уральский государственный университет» (Национальный исследовательский университет), г. Челябинск

Для проведения специальных исследований (СИ) технических средств по выявлению побочных электромагнитных излучений и на­ водок (ПЭМИН) используются особые безэховые камеры - альтерна­ тивные измерительные площадки (АИП). При построении АИП иде­ альной считается ситуация, когда ограждающий контур с внешней стороны полностью отражает электромагнитное излучение, а с внут­ ренней - полностью пропускает [1]. Таким образом, имеем дело

сдвумя задачами - внешней и внутренней, имеющими отношение к одному и тому же ограничивающему контуру, но требующими прямо противоположных решений.

Для решения внешней задачи при построении АИП применяется электромагнитное экранирование. С этой целью возможно примене­ ние листового металла, фольги или металлических сеток [2]. Однако применение сплошного листового металла или фольги непрактично

сточки зрения монтажа контура. Также это затрудняет решение зада­ чи эффективного поглощения внутренних электромагнитных волн, вследствие чего становится проблематичным выполнение требований нормативно-методической документации по затуханиям [3].

Внастоящее время с целью электромагнитного экранирования широко применяются сетчатые структуры. Все сетчатые структуры можно разделить на две группы: перфорированные металлические поверхности и проволочные сетки. Проволочные сетчатые структуры получили более широкое распространение. Эффективность электро­ магнитной защиты при произвольной поляризации источника излу­

чения, прежде всего, зависит от густоты сетки и формы ячейки, а также от характера контакта между проводниками в их перекрести­ ях, формы сечения проводников. Поэтому, как правило, применяются двумерно-периодические структуры с размерами ячеек, много мень­ шими длины волны [4].