Локальная вычислительная сеть

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована для повышения надежности и устойчивости к единичному обрыву кабеля в системах автоматизированного контроля и управления промышленными объектами, включая энергогенерирующие станции. Техническим эффектом является упрощение топологии построения локальной вычислительной сети, уменьшение количества каналов связи с подчиненными устройствами и контроль целостности цифровой цепи с выявлением участка неисправности без внесения изменений во встроенное программное обеспечение подчиненных устройств в сети.

Заявленный эффект обеспечивается тем, что локальная вычислительная сеть, построенная по топологии «Кольцо», содержит одно главное устройство и подчиненные устройства. В главном устройстве должно быть не менее двух каналов связи, в подчиненных устройствах достаточно одного канала связи. Главное устройство через первый канал связано последовательно с подчиненными устройствами. Последнее подчиненное устройство связывается с главным через его второй канал связи.

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована для повышения надежности и устойчивости к единичному обрыву кабеля в системах автоматизированного контроля и управления промышленными объектами, включая энергогенерирующие станции.

Для передачи информации по локальной вычислительной сети в системах автоматизированного контроля и управления промышленными объектами важен правильный выбор используемой топологии локальной вычислительной сети с учетом необходимой пропускной способности и требуемой надежности.

Из уровня техники известны такие топологии локальной вычислительной сети, как шинная топология, топология типа «звезда», топология типа «кольцо», а также смешанная топология, при которой отдельные узлы разветвленной сети выполнены по той или иной топологии (А. Поляк-Брагинский «Сеть своими руками». БХВ-Петербург, Санкт-Петербург 2002 г.; «Локальные сети», полное руководство, под ред. В.В.Самойленко, Век, Киев, 2002 г.). Каждая из этих топологий имеет свои преимущества и недостатки. Для высокоскоростных локальных вычислительных сетей чаще всего используется топология типа «звезда», в которой передача данных между подкомплексами проходит через центральный узел по отдельным линиям, используемым только этими подкомплексами, ввиду чего данная топология является наиболее быстродействующей.

Однако, при решении задачи обеспечения высокой скорости передачи данных применение указанной топологии в силу стандартного включения в ее состав коммутатора и сервера, с выходом их из строя, соответственно, угрозы нарушения работы всей сети, не позволяет обеспечить достаточную надежность локальной вычислительной сети, особенно необходимую в системах управления промышленными объектами.

Известна комбинированная локальная вычислительная сеть, направленная на увеличение пропускной способности и повышение надежности локальных сетей в комплексах, состоящих из нескольких сложных подкомплексов, каждый из которых содержит персональную электронно-вычислительную машину (рабочие станции или узлы сети) (патент RU 45061 МПК H04L 12/28 от 15.09.2004 г). В данной локальной вычислительной сети используется несколько типов построения связи между элементами, что усложняет конструкцию сети, затрудняет ее установку и монтаж, в особенности, при необходимости разнесения элементов в различные зоны использования (например, в отдельные помещения). Также существенным недостатком данной комбинированной сети является необходимость наличия у каждого элемента сети двух каналов связи. Схема действия указанной сети направлена на высокоскоростную передачу информации, однако при этом не проводится мониторинг состояния цепи и выявление участков неисправности.

Известна типовая топология локальной вычислительной сети типа «кольцо», содержащая одно главное устройство и несколько подчиненных устройств (Релейщик, 2 июнь 2009 г., с.63), при этом главное устройство осуществляет мониторинг сети кольцевой топологии и управление ею, что позволяет сети реагировать на возникающие в ней нарушения. Информация передается посредством передачи пакетов данных через одно подчиненное устройство и получением пакетов данных через другое подчиненное устройство в кольцевой схеме, и, наоборот, в обратном направлении.

Недостатком данной локальной вычислительной сети является то, что для ее организации необходимо внесение изменений в существующие подчиненные устройства, а именно установка второго интерфейса связи, если он не предусмотрен в системе изначально, а также изменение встроенного программного обеспечения подчиненных устройств для отработки ими ситуаций, связанных с отказом сети связи.

Наиболее близким аналогом заявляемого в качестве полезной модели технического решения является локальная вычислительная сеть, которая входит в состав распределенной интегрированной многофункциональной системы контроля и управления комплексом зданий, патент RU 2282229 от 31.12.2004 г. Данная локальная вычислительная сеть выполнена по топологии «кольцо», содержит одно главное устройство и N подчиненных устройств, в которой главное устройство содержит, по меньшей мере, два вывода канала связи, подчиненные устройства содержат один канал связи с одним выводом, главное устройство связано последовательно с подчиненными устройствами через первый вывод, последнее подчиненное устройство связано с главным устройством через его второй вывод.

Недостатком данной сети является то, что главное устройство является мостом-коммутатором, выполняющим исключительно функцию переключающего устройства. Это означает, что имеется один приемопередатчик (интерфейс) и два вывода. Таким образом, в произвольный момент времени обмен может осуществляться только по одному каналу, а на второй канал подключается нагрузка, обеспечивающая лишь согласование линии передачи данных (подключают согласованную нагрузку).

Задачей полезной модели является повышение надежности локальной вычислительной сети.

Техническим эффектом является упрощение топологии построения локальной вычислительной сети, своевременное определение обрыва линии связи, уменьшение количества каналов связи с подчиненными устройствами и контроль целостности цифровой цепи с выявлением участка неисправности без внесения изменений во встроенное программное обеспечение подчиненных устройств в сети.

Заявленный эффект обеспечивается тем, что локальная вычислительная сеть, построенная по топологии «Кольцо», содержит одно главное устройство и N подчиненных устройств. В главном устройстве должно быть не менее двух независимых каналов связи, в подчиненных устройствах достаточно одного канала связи. Главное устройство через первый канал связано последовательно с подчиненными устройствами. Последнее подчиненное устройство связывается с главным через его второй канал связи.

Полезная модель поясняется чертежами: Фиг.1 Схема работы локальной вычислительной сети, состоящей из пяти элементов. Фиг.2 Вариант обрыва цепи между подчиненными устройствами. Фиг.3 Вариант выхода из строя подчиненного устройства.

Полезная модель реализуется в локальной вычислительной сети, состоящей из пяти элементов. В качестве главного устройства 1 взят процессорный модуль CL9 стандарта Compact PCI 6U с двумя СОМ портами, поддерживающими интерфейс RS-485. В качестве подчиненных устройств 2, 3, 4, 5 используются измерительные устройства ЦП8506 с одним СОМ портом, поддерживающим интерфейс RS-485.

Главное устройство имеет два независимых канала связи, что позволяет, в отличие от главного устройства наиболее близкого аналога, одновременно принимать информацию, отсылаемую по первому каналу связи через второй канал связи. Это обеспечивает возможность организации тестового запроса, что позволяет детектировать обрыв линии связи до выявления отказа обмена с подчиненным устройством.

Программа, по которой работает вычислительная сеть, устанавливается в главное устройство 1. По программе через первый СОМ порт главное устройство 1 отправляет тестовый запрос, по второму СОМ порту главное устройство должно принять этот запрос и выдать сигнал «исправности цепи», после чего перейти к опросу подчиненных устройств. Если тестовый сигнал второй СОМ порт не принимает, выдается сигнал «авария целостности цепи».

Опрос подчиненных устройств осуществляется через первый СОМ порт главного устройства 1, последовательно начиная с 2, в режиме запрос-ответ. В запросе указывается адрес подчиненного устройства и команда. В ответе указывается адрес подчиненного устройства и данные. После опроса 5-го подчиненного устройства, программа возвращается к проверке целостности цепи.

При обрыве цепи между 3 и 4 подчиненным устройством выдается сигнал «авария целостности цепи», после чего начинается опрос подчиненных устройств 2, 3,4, 5, как и в случае «исправности цепи», через первый СОМ порт главного устройства 1. Если в режиме запрос-ответ главное устройство не получит ответ от подчиненного устройства 4, главное устройство начинает опрос через второй СОМ порт, последовательно начиная с 5, в режиме запрос-ответ. При неполучении главным устройством ответа от подчиненного устройства 3 по второму СОМ порту, программа выдает сигнал «обрыв цепи между 3 и 4», после чего возвращается к проверке целостности цепи.

При выходе из строя подчиненного устройства 4 выдается сигнал «исправности цепи», после чего начинается опрос подчиненных устройств 2, 3, 4, 5, через первый СОМ порт главного устройства 1. Если в режиме запрос-ответ главное устройство не получает ответ от подчиненного устройства 4, программа выдает сигнал «неисправность подчиненного устройства 4», после чего главное устройство 1 продолжает опрос 5 подчиненного устройства через первый СОМ порт. После опроса 5-го подчиненного устройства программа возвращается к проверке целостности цепи.

В качестве подчиненных устройств могут применяться датчики мощности, датчики температуры, датчики влажности, датчики состояния объектов и прочие устройства связи с объектами.

Локальная вычислительная сеть, построенная по топологии «кольцо», содержащая одно главное устройство и N подчиненных устройств, главное устройство содержит, по меньшей мере, два канала связи, подчиненные устройства содержат один канал связи, отличающаяся тем, что главное устройство связано последовательно с подчиненными устройствами через первый канал, последнее подчиненное устройство связано с главным устройством через его второй канал связи, каналы связи главного устройства выполнены независимыми.