Спосіб і пристрій для комп’ютерних мереж керування швидкісними циклами прикладних процесів

1. Спосіб для комп'ютерних мереж керування швидкісними циклами прикладних процесів, в якому циклічно із заданим періодом дискретизації дані про поточний стан прикладного процесу кодують і формують в пакет даних прикладного процесу, який містить дані про поточний стан прикладного процесу і час формування пакета даних прикладного процесу, пакет даних прикладного процесу передають в комп'ютерну мережу, з комп'ютерної мережі приймають і буферизують пакети команд керування, відповідно з заданим періодом дискретизації витягують з черги буферизації і декодують пакет команд керування, декодовані команди керування передають в прикладний процес, який відрізняється тим, що пакет даних прикладного процесу приймають з комп'ютерної мережі, дані про поточний стан прикладного процесу, витягнуті з пакета даних прикладного процесу, використовують як початкові умови для моделювання динаміки прикладного процесу, задають часовий інтервал моделювання як сумарний час прогнозованих затримок передачі по мережі пакетів даних прикладного процесу і пакетів команд керування сумісно з часом моделювання динаміки прикладного процесу і буферним часом компенсації варіацій затримок передачі пакетів по мережі, для кожного прийнятого пакета даних прикладного процесу в прискореному масштабі часу на часовому інтервалі моделювання моделюють динаміку 2 (19) 1 3 83118 Винахід відноситься до автоматики, обчислювальної техніки, систем передачі інформації і може бути використаний для комп'ютерних мереж управління швидкісними циклами прикладних процесів в реальному масштабі часу. На даний момент часу набули поширення комп'ютерні мережі на базі інтернет протоколів (IPInternet Protocol), які використовуються для обміну інформаційними пакетами між абонентами в комп'ютерних мережах. Ме тоди пакетної передачі інформації реалізовані на основі перетворення будь-якого виду інформації в цифрові послідовності з подальшим розділенням цих послідовностей на пакети, які забезпечені всією необхідною інформацією для їх ідентифікації, маршрутизації, корекції помилок, що дозволяє здійснювати на основі використання комп'ютерних мереж з пакетною передачею інформації розподілене в просторі управління прикладними процесами. Основними параметрами, що впливають на якість роботи комп'ютерних мереж управління швидкісними циклами прикладних процесів, є затримка при передачі пакетів даних, варіація цієї затримки і джитер (нестійка синхронізація) вихідних сигналів. При цьому під швидкісними циклами розуміються цикли прикладних процесів, у яких час дискретизації даних прикладного процесу менше затримок передачі пакетів в комп'ютерній мережі. Затримка передачі пакетів даних по комп'ютерній мережі в загальному випадку має декілька складових: затримки кодування і декодування, затримки на вході і виході з мережі, мережна затримка серіалізації, затримка в компенсуючому буфері. Сумарна затримка пакетів даних в мережі на базі IP протоколів може істотно перевищува ти необхідний для якісного управління швидкісними циклами прикладних процесів період дискретизації даних, що є перешкодою для здійснення розподіленого управління швидкісними циклами прикладних процесів в реальному масштабі часу через комп'ютерні мережі, оскільки затримки передачі пакетів даних по комп'ютерній мережі і варіація цих затримок значно знижує якість і стійкість управління швидкісними циклами прикладних процесів, аж до не виконання цілей управління. Відомий спосіб і пристрій для комп'ютерних мереж управління швидкісними циклами прикладних процесів [див. патент US6683889], в якому циклічно із заданим періодом дискретизації дані про поточний стан прикладного процесу кодують і формують в пакет даних прикладного процесу, який містить дані про поточний стан прикладного процесу і час формування пакету даних прикладного процесу, пакет даних прикладного процесу передають в комп'ютерну мережу, з комп'ютерної мережі приймають і буферизують пакети команд управління, відповідно з заданим періодом дискретизації витягують з черги буферизації і декодують пакет команд управління, декодовані команди управління передають в прикладний процес. Недоліком відомого способу і пристрою є те, що вони не дозволяють ефективно досягати в комп'ютерних мережах цілей розподіленого управління швидкісними циклами прикладних про 4 цесів через високий рівень затримок передачі пакетів даних, наявність яких знижує якість і стійкість управління швидкісними циклами прикладних процесів, аж до не виконання цілей управління. Відомий також спосіб і пристрій для комп'ютерних мереж управління швидкісними циклами прикладних процесів [див. патент ЕР 1661343], в якому циклічно із заданим періодом дискретизації дані про поточний стан прикладного процесу кодують і формують в пакет даних прикладного процесу, який містить дані про поточний стан прикладного процесу і час формування пакету даних прикладного процесу, пакет даних прикладного процесу передають в комп'ютерну мережу, з комп'ютерної мережі приймають і буферизують пакети команд управління, відповідно з заданим періодом дискретизації витягують з черги буферизації і декодують пакет команд управління, декодовані команди управління передають в прикладний процес. Недоліком відомого способу і пристрою є відносно низькі функціональні і технічні характеристики за умови їх використання для комп'ютерних мереж управління швидкісними циклами прикладних процесів. Відомий спосіб і пристрій не дозволяє ефективно досягати в комп'ютерних мережах цілей розподіленого управління швидкісними циклами прикладних процесів через високий рівень затримок передачі пакетів даних, наявність яких знижує якість і стійкість управління швидкісними циклами прикладних процесів, аж до не виконання цілей управління. Метою винаходу є розробка способу і пристрою для комп'ютерних мереж управління швидкісними циклами прикладних процесів, які дозволили б здійснити і значно підвищити якість і стійкість управління швидкісними циклами прикладних процесів в комп'ютерних мережах. Поставлена мета досягається тим, що пакет даних прикладного процесу приймають з комп'ютерної мережі, дані про поточний стан прикладного процесу, витягнуті з пакету даних прикладного процесу, використовують як початкові умови для моделювання динаміки прикладного процесу, задають часовий інтервал моделювання як сумарний час прогнозованих затримок передачі по мережі пакетів даних прикладного процесу і пакетів команд управління сумісно з часом моделювання динаміки прикладного процесу і буферним часом компенсації варіацій затримок передачі пакетів по мережі, для кожного прийнятого пакету даних прикладного процесу в прискореному масштабі часу на часовому інтервалі моделювання моделюють динаміку прикладного процесу спільно з моделюванням процесу формування команд управління, команди управління, які відповідають кінцевій точці часового інтервалу моделювання, розміщують в пакеті команд управління, в якому розміщують також час передачі команд управління в прикладний процес, який визначають як суму часу формування пакету даних прикладного процесу і часового інтервалу моделювання, пакет команд управління передають в комп'ютерну мережу, пакет команд управління витягують з черги буфери 5 83118 зації при досягненні поточним часом прикладного процесу значення часу передачі команд управління в прикладний процес. Надалі винахід пояснюється описом конкретного прикладу його виконання і прикладеними кресленнями. На Фіг.1 - блок - схема пристрою. На Фіг.2 - структура пакету даних прикладного процесу. На Фіг.3 - структура часового інтервалу моделювання. На Фіг.4 - стр уктура пакету команд управління. Суть запропонованого способу і пристрою для комп'ютерних мереж управління швидкісними циклами прикладних процесів пояснюється на прикладі опису роботи схеми технічної реалізації винаходу, зображеної на Фіг.1. Пристрій (Фіг.1) містить блок датчиків прикладного процесу 1, вихід якого підключений через блок кодування даних прикладного процесу 2 до входу блоку передачі пакетів даних прикладного процесу 3, вихід якого підключений до входу комп'ютерної мережі 4, блок прийому пакетів команд управління 5, який входом підключений до виходу комп'ютерної мережі 4, а виходом до входу блоку буферизації 6, вихід якого з'єднаний через блок декодування 7 з входом блоку регуляторів прикладного процесу 8, блок прийому пакетів даних прикладного процесу 9, який входом підключений до виходу комп'ютерної мережі 4, а виходом через блок управління моделюванням 10 до першого входу блоку моделювання динаміки прикладного процесу 11, вихід якого з'єднаний з входом блоку команд управління 12, перший вихід якого підключений до другого входу блоку моделювання динаміки прикладного процесу 11, другий вихід блоку команд управління 12 з'єднаний через блок кодування команд управління 13 з входом блоку передачі пакетів команд управління 14, вихід якого підключений до входу комп'ютерної мережі 4. На виході блоку датчиків прикладного процесу 1 формуються дані про поточний стан прикладного процесу, які поступають на вхід блоку кодування даних прикладного процесу 2. Блок кодування даних прикладного процесу 2 циклічно із заданим періодом дискретизації Atd перетворює вхідні сигнали про поточний стан прикладного процесу в цифровий код і здійснює процедури стиснення інформації і формування пакету даних прикладного процесу, структура якого приведена на Фіг.2. До складу пакету даних прикладного процесу входять дані поточного стану прикладного процесу і час формування пакету даних прикладного процесу tdn. Сформовані пакети даних прикладного процесу поступають на вхід блоку передачі пакетів даних прикладного процесу 3, який виконує передачу по інтернет протоколам пакетів даних прикладного процесу в комп'ютерну мережу 4. Блок прийому пакетів даних прикладного процесу 9 з комп'ютерної мережі 4 приймає пакети даних прикладного процесу, які з виходу блоку прийому пакетів даних прикладного процесу 9 поступають на вхід блоку управління моделюванням 10. Блок управління моделюванням 10 по кожному пакету даних прикладного процесу формує сиг 6 нали початкових умов для моделювання динаміки прикладного процесу і сигнал часу формування пакету даних прикладного процесу tdn. Крім того, блок управління моделюванням 10 задає часовий інтервал моделювання Dt (див. Фіг.3) як сумарний час прогнозованих затримок передачі по мережі пакетів даних прикладного процесу Dt1 і пакетів команд управління Dt2 сумісно з часом моделювання динаміки прикладного процесу Dt3 і буферним часом компенсації варіацій затримок передачі пакетів по мережі Dt4, тобто Dt = Dt 1 + Dt2 + Dt3 + Dt 4. З ви ходу блоку управління моделюванням 10 сигнали початкових умов для моделювання динаміки прикладного процесу, сигнал заданого часового інтервалу моделювання Dt і сигнал часу формування пакету даних прикладного процесу tdn поступають на перший вхід блоку моделювання динаміки прикладного процесу 11, який по кожному комплексу сигналів початкових умов для моделювання динаміки прикладного процесу визначає час передачі команд управління в прикладний процес tcn і починає в прискореному масштабі часу на часовому інтервалі моделювання Dt моделювати динаміку прикладного процесу. Час передачі команд управління в прикладний процес tcn визначається як сума часу формування пакету даних прикладного процесу tdn і часового інтервалу моделювання Dt, тобто tc n = tdn + Dt. З виходу блоку моделювання динаміки прикладного процесу 11 сигнали стану прикладного процесу, що моделюється, і сигнал часу передачі команд управління в прикладний процес ten поступають на вхід блоку команд управління 12, який по сигналах стану прикладного процесу, що моделюється, моделює процес формування команд управління, які з першого виходу блоку команд управління 12 передаються на другий вхід блоку моделювання динаміки прикладного процесу 11, моделюючи таким чином зміну поточного стану прикладного процесу, що моделюється, під дією модельованих команд управління. Моделювання в прискореному масштабі часу динаміки прикладного процесу спільно з моделюванням процесу формування команд управління закінчується при досягненні кінцевої точки часового інтервалу моделювання Dt, в якій значення команд управління відповідають прогнозованому часу передачі команд управління в прикладний процес tcn. З другого виходу блоку команд управління 12 сигнали команд управління, які відповідають прогнозованому часу передачі команд управління в прикладний процес tcn, і сигнал часу передачі команд управління в прикладний процес tcn, передаються на вхід блоку кодування команд управління 13, який здійснює процедури стиснення інформації і формування пакетів команд управління, структура яких приведена на Фіг.4. До складу пакету команд управління входять команди управління, які відповідають прогнозованому часу передачі команд управління в прикладний процес tcn, і сигнал часу передачі команд управління в прикладний процес tcn. Сформовані пакети команд управління з виходу блоку кодування команд управління 13 поступають на вхід блоку передачі пакетів команд 7 83118 управління 14, який виконує передачу по інтернет протоколам пакетів команд управління в комп'ютерну мережу 4. Блок прийому команд управління 5 з комп'ютерної мережі 4 приймає пакети команд управління, які з виходу блоку прийому пакетів команд управління 5 поступають на вхід блоку буферизації 6. При досягненні поточним часом прикладного процесу значення часу передачі команд управління в прикладний процес tcn, з черги буферизації блоку буферизації 6 витягується відповідний часу tcn пакет команд управління, який з виходу блоку буферизації 6 поступає на вхід блоку декодування 7. З виходу блоку декодування 7 декодовані команди управління поступають на вхід блоку регуляторів прикладного процесу 8. Виробка команд управління для прогнозованого часу передачі команд управління в прикладний процес tcn шляхом моделювання в прискореному масштабі часу динаміки прикладного процесу спільно з моделюванням процесу формування команд управління за даними про поточний стан прикладного процесу у момент часу tdn дозволяє компенсувати в комп'ютерних мережах управління швидкісними циклами прикладних процесів затримки передачі пакетів по комп'ютерних мережах, варіації цих затримок і джитер команд управління при розподіленому управлінні швидкісними циклами прикладних процесів. Було проведено моделювання розподіленого управління швидкісними циклами прикладних процесів в комп'ютерних мережах. Для проведення досліджень в якості керованого прикладного процесу був вибраний об'єкт, який описувався нелінійними диференціальними рівняннями 17-го порядку з частотою дискретизації даних 50мс. При моделюванні затримка пакетів даних прикладного процесу змінювалася в циклах випадковим чином в діапазоні 75-500мс, а також затримка пакетів команд управління змінювалася в циклах випадковим чином в діапазоні 75-500мс. В процесі моделювання досліджувалася робота трьох систем управління прикладним процесом: - перша - тестова (локально розташована без передачі пакетів по комп'ютерній мережі) система управління прикладним процесом, в якій відсутні затримки передачі пакетів; - друга - розподілена в комп'ютерній мережі система управління прикладним процесом аналогічна тестовій, але із затримками передачі пакетів по комп'ютерній мережі; 8 - третя - розподілена в комп'ютерній мережі система управління прикладним процесом з наявністю затримки передачі пакетів по комп'ютерній мережі, яка реалізована відповідно до винаходу, що заявляється. Тестова (локально розташована без передачі пакетів по комп'ютерній мережі) система управління прикладним процесом, в якій відсутні затримки передачі пакетів, була синтезована відповідно до заданих цілей управління і критеріїв якості управління. Робота кожної з трьох систем управління прикладним процесом досліджувалася в широкому спектрі початкових умов для виконання трьох задач управління: стабілізації параметрів прикладного процесу, програмного управління прикладним процесом, термінального управління прикладним процесом. Результати проведених досліджень показали, що якість роботи другої, розподіленої в комп'ютерній мережі системи управління прикладним процесом з наявністю затримок передачі пакетів, різко погіршується вже за наявності затримок передачі по мережі 120-160мс, а при затримках передачі по мережі більш ніж 180мс, ця система управління не досягає цілей управління. Якість же роботи третьої розподіленої в комп'ютерній мережі системи управління прикладним процесом з наявністю затримок передачі пакетів, яка реалізована відповідно до винаходу, що заявляється, дозволяє досягати цілей управління у всьому діапазоні затримок передачі пакетів для всього спектру початкових умов прикладного процесу, всі х типів задач і цілей управління з якістю, відповідною заданим критеріям якості управління. Технічний результат, що досягається, як показали експериментальні дослідження, може бути реалізований тільки взаємозв'язаною сукупністю всіх істотни х ознак заявленого винаходу, відображених у формулі винаходу. Все вищезазначене показує, що використання винаходу, що заявляється, дозволяє будувати на базі комп'ютерних мереж системи розподіленого управління швидкісними циклами прикладних процесів в реальному масштабі часу, підвищити якість і надійність роботи таких систем за наявності затримок передачі пакетів даних в комп'ютерних мережах. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83118 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601