CC BY
42
СИСТЕМЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
УДК [004.43:004.5] :687.532.62
В. Ю. Аксенов
ВИРТУАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ETHERNET-УСТРОЙСТВА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВОЙ НАГРУЗКОЙ ПО СУЩЕСТВУЮЩИМ IP-СЕТЯМ
Введение
Задачей исследований, результаты которых описаны в статье, являлось рассмотрение способа создания реального поведения виртуального Ethemet-устройства для управления силовой нагрузкой по IP-сетям. При разработке аналогичных устройств, функционирующих в IP-сетях Ethernet, необходимо точно знать, будут ли они работать в существующих условиях. Как правило, это достигается путем расчета поведения сети на различных участках, что занимает много времени и сопровождается многочисленными математическими вычислениями. Если предположить, что устройство уже готово и известны его сетевые параметры, то можно, используя программные продукты LabView и Builder C++ , реализовать реальное поведение данного устройства в существующей IP-сети. Под сетевыми параметрами понимаются скорость работы сети, максимальная задержка реакции, потеря пакетов и т. д. При вводе всех параметров в виртуальное устройство начинается его тестирование для дальнейшего рассмотрения и изучения поведения разрабатываемого сетевого устройства. Виртуальное устройство выполнено на графическом языке программирования LabView, а программное обеспечение по управлению устройством - на визуальном языке программирования Builder C++.
Виртуализация Ethernet-устройства
В качестве виртуального Ethernet-устройства выступает IP-диммер, который управляет пятью активными нагрузками 220 В [1]. Силовая часть устройства выполнена на симисторах, управление которыми осуществляет микроконтроллер (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема Е1:Ьете1:-устройства по управлению силовыми нагрузками
Устройство принимает данные по ТСР/1Р-протоколу и, в зависимости от полученной информации, меняет углы «отсечки» на симисторах. Последние, в свою очередь, изменяют углы фаз напряжения на силовых нагрузках. По своему функциональному назначению 1Р-диммер может применяться в системах управления освещенностью на предприятии, в автоматическом управлении электропитанием электроустановок или оборудования.
Виртуальное Б1Ьегпе1>устройство по управлению силовой нагрузкой по 1Р-сетям реализовано на графическом языке программирования LabView [2] с использованием сетевого компонента ИБР-сокета - главного интерфейса между устройством (сервером) и программным обеспечением (клиентом). Для визуального отображения состояния работы устройства дополнительно введены вольтметры, индикаторы изменения напряжения на нагрузках и окно приема 1Р-пакетов (рис. 2).
Рис. 2. Виртуальное БЛегпе^устройство для управления силовой нагрузкой по 1Р-сетям
Схема функционирования устройства изображена на рис. 3. Сетевой интерфейс сокета настроен на порт 5050, через который происходит прием данных. Каждый приходящий 1Р-пакет идентифицируется на считывание данных для каждой из пяти зон.
Рис. 3. Схема виртуального ЕШете^устройства по управлению силовой нагрузкой по 1Р-сетям
Для первой зоны идентификатор равен 65, для второй - 66, третьей - 67, четвертой -68 и пятой - 69, что позволяет управлять по отдельности каждой нагрузкой. Частота проверки наличия пришедшего 1Р-пакета в буфер устройства равна 10 мс. Все приходящие пакеты отображаются на лицевой панели устройства и сохраняются в файл для дальнейшей обработки.
Управление виртуальным устройством
Программа по управлению виртуальным устройством выполнена на визуальном языке программирования Builder C++ с применением функции «int WSAStartup (WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData)», которая вызывает библиотеку WinSock 2.0 - интерфейса сетевого программирования [3]. При запуске программы создается UDP-сокет с предварительно записанным IP-адресом и портом. Если виртуальное устройство запущено и находится в сети, то программа установит с ним связь и будет готова начать передачу команд управления силовыми нагрузками, в противном случае программа сообщит, что устройство в сети не обнаружено (рис. 4).
Щ IP Dimmer Control 1°
IP Dimmer Control 192.168.1.2
0% 24% 88% 45% 100Я
Рис. 4. Интерфейс программы по управлению виртуальным устройством
Каждый «движок» программы меняет действующее напряжение на соответствующей нагрузке. В данном случае их положение зафиксировали вольтметры виртуального устройства, которое находилось на удаленном персональном компьютере с IP-адресом равным 192.168.1.2 и маской подсети 255.255.255.0.
Программная часть клиента и сервера имеет модуль сохранения времени всех передающих и принимающих команд соответственно. Таким образом, есть возможность не только наблюдать за функционированием виртуального устройства, но и проводить математический анализ его работы.
Заключение
По функциональным возможностям LabView и Builder C++ в совокупности решают проблему графического моделирования электронных устройств, работающих в локальновычислительных сетях Ethernet. Встроенный модуль стека протокола TCP/IP в обеих средах позволяет полностью организовать сетевое взаимодействие устройства с IP-сетью или нескольких устройств одновременно. Большой набор графических программируемых модулей в LabView позволяет провести виртуализацию устройства на его функционирование и разработать интерфейс как у реального устройства. Для написания программного обеспечения нет необходимости использовать реальное устройство, потому что все действия можно осуществить на виртуальном. По проведении всех этапов тестирования и проверок на функциональность программной и виртуальной аппаратной части принимается решение о создании или доработке Ethernet-устройства. Если использовать данный метод в обратном порядке, то появится возможность проведения полной диагностики самой локально-вычислительной сети Ethernet, результатом которой будет текущее состояние проверяемого сетевого участка.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тушнов А. С., Аксенов В. Ю. Система по сбору данных и управлению оборудованием различного типа по сети Ethernet // Наука: Поиск-2007/08. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008.
2. http://labview.webhost.ru/ Программирование в LabView.
3. http://soproger.utech.m/shelek/view.php-id=7.htm - WinSock 2.0.
Статья поступила в редакцию 24.12.2009
VIRTUALIZATION OF FUNCTIONING ETHERNET DEVICE FOR OPERATION OF POWER LOAD BY EXISTING IP NETWORKS
V. Yu. Aksenov
The way of creation of real behavior of virtual Ethernet device for operation of power load by IP networks, using software products LabView and Builder C ++ is considered. As a virtual Ethernet device IP-dimmer is presented, which operates five active loads of 220 volt. The power part of the device is fulfilled on the simistors the operation of which is carried out by the microcontroller. The virtual device and the program of its operation contain network UDP-socket component - the main interface between the device (server) and program support (client). For visual mapping of the state of the virtual device work the voltmeters, the indicator of power change on loads and the window of IP-packages reception are entered in addition. The program part of the client and the server has the unit of time saving of all transferring and accepting commands accordingly. Thus, there is a possibility not only to observe the functioning of the virtual device, but also to spend a calculus of its operation.
Key words: the virtual instrument, the Ethernet-device, modeling, IP-networks, socket, TCP\IP, LabView, Builder C ++.
