CC BY
20
Тайк Аунг Чжо
Методика определения реального быстродействия информационных обменов в распределенных системах управления энергообъектами
В настоящее время наблюдается тенденция к усложнению технических устройств энергетики и увеличению потоков информации, что вызвало необходимость создания эффективных информационных систем для управления энергообъектами (СУЭ).
Одним из многих примеров эффективности функционирования СУЭ является быстродействие, которое трактуется как отношение длины передаваемого информационного сообщения к номинальной скорости передачи сигналов по каналу связи между контролируемыми пунктами (КП) и центральной приемо-передающей станцией (ЦППС). В данной статье рассматривается скорость передачи информации по каналу связи, которая начинает сказываться на соотношении вероятностного времени доставки информации и времени передачи одного сообщения по каналу связи.
Для того чтобы оценить реальное быстродействие рассмотрим модель трассы доставки телесигнализации (ТС) от датчиков, размещенных в КП, в приемник ЦППС . Оценим временные параметры отдельных составляющих трассы доставки ТС .
Время задержки от события до опроса датчиков ТС - Т определяется
как:
Т1=Nтctд, (1)
где Nтc - число опрашиваемых датчиков ТС, tд - дискретность опроса датчиков.
Временной сдвиг между моментами ввода в функциональный модуль информации от датчиков и передачей данных по внутренней магистрали в контроллер устройства КП - Т2 можно рассчитать по следующей формуле:
72 = 7БЫВ ■ (1 + РЗАВ) = -ШИ- ■ С1 + РЗАВ)
^ВНУГР (2)
где: NТс - число сигналов в сообщении модуля, которое без учета дополнительных компонентов сообщения от модуля - источника информации равно Nтc;
г^МЛГ 1
FвнутР - частота тактовых сигналов при информацио нных обменах по внутренней магистрали устройства КП;
рзав - вероятность того, что к моменту появления «события для передачи» в модуле-источнике информации внутренняя магистраль устройства КП занята ранее начатым вводом информации в контроллер КП.
Рассмотрим вариант реализации контроллера КП, в котором
выделяется один буфер для передачи информации в ЦППС. В этом случае время задержки увеличивается, если к моменту готовности модуля к передаче новой информации новые данные не могут быть введены в буфер, т.к. контроллер реализует передачу в ЦППС ранее принятой информации от данного или другого модуля. Максимальное время ожидания начала вывода данных из модуля равно длительности рабочего цикла - Трц , а временной сдвиг:
= маг ' ^ + рзлв) + трц ' ркс >
?ВНУТР (3)
где РЗКС - вероятность занятости канала связи рассматриваемого КП с ЦППС передачей ранее принятой информации. С учетом того, что интенсивность потока передачи данных по каналу связи во время нештатной ситуации увеличивается не менее чем в три раза, для предотвращения возникновения очереди на передачу данных должно быть выполнено соотношение: Рзкс ^ 0,3 .
Временной сдвиг между моментами ввода данных в контроллер устройства КП и их передачей в канал связи ЦППС-КП - Тз. Для оценки реального быстродействия можно считать, что время задержки равно части времени рабочего цикла передачи информации по каналу связи ЦППС-КП -Т ■
рц :
т з=TpЦRc, (4)
где Ыкс - число бит в информационном сообщении, передаваемом по каналу связи ЦППС - КП. Например, при использовании базового протокола по стандарту МЭК 870-5-104 для отображения данных двух «событий», сопровождаемых семибайтными метками времени, формируется сообщение из Мкс =256 бит; F кс — тактовая частота передатчика, определяющая скорость передачи данных.
Временной сдвиг между моментами ввода информации в линейный адаптер устройства ЦППС и вводом полученных данных в контроллер ЦППС - Т5.
Т5 = ^МОД " КСМЕЩ " ТДТР (5)
где N мод - число модулей (линейных адаптеров, модемов и т.п.), включенных в состав устройства ЦППС;
ксмещ — коэффициент, учитывающий смещение номера модуля, принявшего информационное сообщение от КП, относительно номера модуля, состояние которого в данный момент опрашивается центральным контроллером устройства ЦППС;
Т°дР — время между опросом информации от смежных линейных адаптеров общим для них центральным контроллером устройства ЦППС, которое определяет дискретность информационных обменов между
контроллером и модулями по внутренней магистрали устройства ЦППС.
Аналогично рассмотренному выше компоненту Т2 укажем, что время
т " гропр
т 5 также является вероятностной величиной и зависит не только от Тд , но и от занятости центрального контроллера устройства ЦППС уже начатым информационным обменом с другим адаптером, сопряженным с другим КП. При увеличении числа КП, подключенных к общему для них устройству ЦППС каналами связи, вероятность появления задержки вывода информации, полученной от любого устройства КП, растет пропорционально числу КП (при равной вероятности передачи информации любым КП). Тогда:
Т5 = ЦМОД ' КСМЕЩ ' ТГ + ЛМГ ' ^ДШ ' РПЕРЩ -
Р.ВНУТР , (6)
г^маг 1
где FВНУТР - тактовая частота сигналов информационного обмена по внутренней магистрали устройства ЦППС ( с учетом идентичности внутренней структуры устройств ЦППС и КП тактовые частоты информационных обменов одинаковы);
Nпкп - число устройств КП, подключенных к ПУ,
рперед - вероятность совпадения событий - передачи информации по внутренней магистрали устройства ЦППС, ранее полученной от какого-либо КП, и готовности к передаче информации от любого другого устройства КП.
Время ввода информации в ПЭВМ ЦППС - Т6 определяется, как:
т = ыкс
Рцэвм (7)
где Fпэвм - тактовая частота сигналов при вводе информации в ПЭВМ устройства ЦППС.
Время обработки данных в ПЭВМ - составляет:
где тобр - усредненное время программной обработки одного «события»; ncoб - усредненное число событий в одном сообщении.
Для упрощения анализа вероятность прерывания обработки информации в ПЭВМ более приоритетными процедурами не учитывается.
Время задержки отображения принятой информации - Т8. Задержку следует учитывать, если для визуализации используется не экран монитора ПЭВМ, а внешний модуль, размещенный, например, в диспетчерском щите. В последнем случае
Т _ ^ОТОБР
1 8 —-'
^ОЮБР (9)
где noтoбр соответствует числу бит кода выводимой информации,
а F' отобр -
скорости вывода данных.
Время обработки данных в ПЭВМ и отображения данных составляют незначительную долю общего времени, поэтому при расчете общего времени данные составляющие опускаются.
Для определения реального быстродействия необходимо также учесть вероятность того, что в полученной ЦППС информации будет обнаружено искажение и потребуется повторная передача данных.
п ^иск г
Связанная с этим временная составляющая ТРБ может быть определена по формуле:
(10)
8
Т ЗАД = 2 ^
где - суммарное время задержки между моментом появления
«события» на КП и отображением данных на ЦППС; р иск — вероятность отказа (по любой причине) обработки и отображения однократно принятого сообщения, т.е. вероятность необходимости повторной передачи информации; т ож.квит — время ожидания подтверждающей квитанции от ЦППС устанавливается с учетом производительности канала связи ( как правило, время ожидания квитанции выбирается в 1,5 - 3 раза больше времени передачи информационного сообщения по каналу связи; ттот.перед — время задержки между фиксацией факта необходимости повторной передачи информации и готовностью передатчика реализовать повторный вывод данных .
Тт°тперед зависит от структуры конкретного устройства. При формировании информационного сообщения центральным контроллером устройства КП и использовании буфера только на одно сообщение ТТОТ.перед можно не учитывать.
Таким образом, реальное быстродействие для частного случая - при фиксации однократного искажения ( Т"СБК ) с вероятностью Р пек I равно:
тЩК = Т3щ (1 + РИСК ) + риск?ож.квит >
(11)
С учетом полученных ранее выражений (1)- (11) имеем:
ТЗАД = £ г,- = Щс£д + Л^г С" + РЗАв) + ТРЦ + РКСН + ТРЦКС + 7РЦ + ;=1 РВНУТР
-4-ЛГ ЪС грОПР дг р . икс , дг
+ N МОД ■Л СМЕЩ ■ ■1Д + „МАГ ■14 пкп лПЕРЕД + --+ 1 ОБР1,1 СОБ +
ГВНУТР РПЭВМ
NОТОБР
Р,
ОТОБР
(12)
Оценим результат для значений всех составляющих, усредненных по многим реализациям информационно-управляющих систем, а также
принятых в качестве начальных условии:
Ктс=31, ^ = 5 -10 ~6с, К^гр = 2-105с~1, РЗАБ = КС = Р^Н=0,3: N^=10:
КСМЕЩ = 0^: ТД7Р = ТШ^=1Л-10^с: ЫКС = 156* ЫКПП =Р1Шрщ = 0.01.
Р.ВНУГР
^ЬтТОР = 2 10 ^ 1 - ТОЖ.КВИТ = 1ТРЦ - риск = 10 В рассматриваемом варианте имеем:
ТЗАД = 48110_3 + ■ ТРЦ; = 5 ■ 1(Г3 +1,96 ■ Гщ.
= /№с)
т
iPB
т
Интересно проанализировать зависимость отражающую снижение реального быстродействия системы с учетом мешающих факторов, рассчитываемым на основании (11) и (12) по сравнению с традиционно определяемым, как отношение длины передаваемого информационного сообщения к номинальной скорости передачи сигналов по каналу связи.
N:
КС
трц ~ F
кс , где Nkc - число бит в информационном сообщении, передаваемом по каналу связи, ранее определенное в 256 бит, имеем:
TSF 5,3 -Ю-3 +1,96 ■ Трц 5
/№с) = - =---= 1,96 + 2 ■ Ю-5 ■ FKC.
2РЦ 2РЦ (13)
Таким образом, использование предложенной методики позволяет обоснованно определять скорость передачи информации по каналу связи, с учетом мешающих факторов, которые начинают существенно сказываться на соотношении вероятностного времени доставки информации к времени передачи одного сообщения по каналу связи только при использовании скоростных каналов связи и реально снижать оперативность информационно-управляющих систем зависимости (13).
Литература
1. Чжо Зо Е, Касимов Р.А., Тайк Аунг Чжо, Чжо Зин Лин, Смирнов В.О Повышение эффективности внутренних информационных обменов в распределенных системах управления// "Естественные и технические науки".- М.: Изд-во ООО "Компания Спутник+", 2012.- № 6(62).- C.465-466. (ВАК)
2. Чжо Зо Е, Тайк Аунг Чжо, Баин А.М., Касимов Р.А. Методика повышения эффективности межмодульных информационных обменов в автоматизированных системах управления объектами энергетики // вести высших учебных заведений черноземья- №1 (31) 2013-
C.49-53 (ВАК)
3. Баин А.М., Касимов Р.А., Портнов Е.М., Чумаченко П.Ю. Модель информационных потоков многофункциональной системы управления энергообеспечением// Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. -М.: ФГУП "ВИМИ",2012.- № 3.
4. Портнов Е. М. Методика определения реального времени фиксации дискретных событий в информационно-управляющих системах// Оборонный комплекс- научно-техническому прогрессу России. Приборостроение и радиоэлектроника.: Межотр. науч.-техн. журнал/ВИМИ-М.: ФГУП "ВИМИ", 2009.-№4.- C.27-33
