3. 2. 1. Удаленный ввод/вывод

У каждого подхода есть свои плюсы и минусы. В случае построения сети каждый сетевой узел имеет мощные вычислительные возможности, но довольно высоки накладные расходы на программирование и создание сети. В случае, если вычислительные возможности в каждом сетевом узле не нужны, а узел должен заниматься только вводом/выводом информации, гораздо выгоднее применять удаленный ввод/вывод. По сути, он представляет из себя сеть, состоящую из главного узлового контроллера с процессорным модулем и подчиненных узловых контроллеров, снабженных специальным коммуникационным модулем, предназначенным только для передачи по запросу от главного контроллера состояний входов и выходов модулей, установленных на базовой

плате ведомого узла. Причем, обмен между ведущим узлом сети (главным контроллером) и ведомым производится на уровне операционной системы контроллера, то есть с точки зрения программиста и программы, практически нет разницы между входами, расположенными на главном и подчиненном узлах. Физически для разных систем удаленный ввод/вывод может быть реализован с использованием различных протоколов. Например, для B&R SYSTEM 2003 это протокол CAN (рис. 3.3), а для B&R SYSTEM 2005/2010 - Remote I/O на базе интерфейса RS485 (рис. 3.4 и рис. 3.5). CAN является довольно широко использующимся в Европе стандартом, а протокол Remote I/O - собственная разработка фирмы B&R.

Рис. 3.4

Рис. 3.5

При использовании удаленного ввода/вывода контроллеры расширения могут находиться на расстоянии до 1200 метров от главного. С помощью повторителей систему можно расширить еще больше. До 31 подчиненных узлов удаленного ввода-вывода могут эксплуатироваться с одним главным узлом удаленного ввода-вывода без повторителя, или до 126 - с повторителем.

3. 2. 2. Локальные управляющие вычислительные сети (лувс)

Помимо удаленного ввода/вывода контроллеры серии 2000 снабжены средствами для построения полнофункциональных сетей различной архитектуры - от простейших соединений типа "точка - точка" до сложных сетевых архитектур : радиальной (звездообразной), шинной и кольцевой. Такое разнообразие сетевых средств позволяет в каждом конкретном случае воспользоваться преимуществами, предоставляемыми различными подходами к сетевой топологии.

Для соединения типа "точка-точка" основным достоинством является простота, но применима эта топология только для незначительного расширения системы управления и, к тому же, не имеет возможности расширения. Шинная топология свободна от этого недостатка, система может состоять из множества узлов, напрямую доступных друг другу, при этом выход из строя отдельной станции не приводит к выходу из строя всей сети, что позволяет реализовывать, в случае необходимости, передачу части функций на исправные или резервные узлы. К недостаткам данной топологии можно отнести то, что при разрыве в шине сеть полностью утрачивает работоспособность, а также то, что только две станции на шине в каждый отдельный момент времени могут обмениваться информацией. К достоинствам топологии типа "звезда" можно отнести относительную простоту добавления новых сетевых узлов и то, что неисправность одного узла никак не сказывается на работе всех остальных станций. Однако такая топология предъявляет довольно высокие требования к центральному узлу для обработки массированного обмена информацией между остальными узлами. К тому же поломка центрального узла приводит к полной неработоспособности всей сети. Для кольцевой топологии характерна независимость(в общем случае) работоспособности всей сети от исправности каждой конкретной станции, а также то, что несколько станций могут передавать информацию одновременно. К недостаткам следует отнести довольно низкую пропускную способность.

Наиболее распространенными сетевыми топологиями на данный момент являются шинная и звездообразная. При построении промышленной ЛУВС с использованием контроллеров серии 2000 наиболее часто применяется шинная топология. Следует отметить, что топология реальных сетей чаще всего представляет собой комбинацию двух и более топологических решений.

Сложность и разнообразие реальных структур ЛУВС, разнотипность техники, используемой в качестве сетевых узлов, необходимость упорядочения разработки программных и аппаратных средств сетевого комплексирования сделали целесообразным введение обобщенной логической структуры вычислительной сети, с которой могут быть соотнесены структуры конкретных ЛУВС.

Такая обобщенная логическая структура предложена Международной организацией стандартов (ISO) в виде эталонной модели взаимодействия открытых систем (Reference Model of Opening System Interconnection). Системы называются открытыми в том смысле, что, несмотря на их технические и логические различия, они могут взаимодействовать с помощью определенных процедур.

В сети связь в действительности устанавливается не между отдельными узлами, а между прикладными программами, или, более точно, приложениями выполняемыми в контроллерах. При этом под приложением следует понимать прикладную программу вместе с ее наборами данных и выделенными ей ресурсами. Связь эта реализуется с помощью целого ряда специальных процессов и обслуживающих их аппаратных и программных средств, например процессов установления маршрута передачи сообщения, управления передачей, установления соединения, интерпретации принятого сообщения и др. Это обстоятельство закономерно приводит к рассмотрению иерархии функций, реализуемых на оборудовании сети.

В рассматриваемой модели под системой понимается иерархически упорядоченная совокупность функций, обеспечивающая выполнение некоторым аппаратным комплексом, включающим в себя одно или несколько вычислительных устройств (контроллеров, ЭВМ и др.), приписанного ему в сети функционального назначения.

Для упорядочения функций системы введены функциональные уровни (рис. 3.6).

В общем случае система имеет семь функциональных уровней, перечисленных ниже в порядке убывания иерархии:

• 

  Рис. 3.6

  Прикладной уровень - 7

На этом уровне формируется интерфейс между пользователем и сетью, позволяя удаленным приложениям производить обмен данными без учета конкретной сетевой структуры.

• Уровень представления данных - 6

На этом уровне производится интерпретация, преобразование а, возможно, и кодирование данных, передаваемых между приложениями, к виду удобному для них.

• Сеансовый уровень - 5

Организация, проведение и завершение сеансов связи между приложениями.

• Транспортный уровень - 4

Управление передачей данных (без обработки их в промежуточных узлах) от системы-источника к системе-адресату. Именно на этом уровне среди прочего производится конвертация логического адреса в физический, определяется сетевой маршрут и передаваемые данные разбиваются на пакеты.

• Сетевой уровень - 3

Установление связи между отправителем и адресатом, коммутация, адресация информации и управление потоками пакетов данных осуществляется именно на этом уровне.

• Канальный уровень - 2

Управление каналом передачи данных, установление, поддержание и разъединение каналов (соединений), обнаружение и коррекция ошибок. Здесь также производится управление потоками информации, например управление скоростью обмена между приемником и передатчиком.

• Физический уровень - 1

Обеспечение электрических, механических и функциональных характеристик подключения к физическим каналам связи, преобразование сигналов.

Эталонная модель описывает все виды организации связи используемой при построении сетей. Однако, при реальном воплощении в жизнь этой модели наиболее важными являются первый, второй и седьмой уровни. Уровни же с третьего по шестой не всегда применяются. Необходимые функции из этих уровней могут быть совмещены с функциями реально использующихся уровней. Частично это вызывается необходимостью сократить расходы времени на работу собственно с протоколом, что объясняется повышенными требованиями к системам реального времени, каковыми, как правило, являются распределенные системы управления.