Повышение надежности процессов информационного обмена в среде автоматизированной системы управления (АСУ) радиоэлектронной промышленности за счет обнаружения и коррекции логических ошибок

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Орловский государственный технический университет, г. Орел

Повышение надежности процессов информационного обмена в среде автоматизированной системы управления (АСУ) радиоэлектронной промышленности за счет обнаружения и коррекции логических ошибок

Озаренко О.В. Аспирант кафедры информационные системы

Annotatіon

In the article the questions of reliability increase of information exchange processes in automated control system are considered and the technique of detection and correction of logic mistakes is offered. The general complication of restoration procedures and additional expenses of resources (productivity and memory of computing means) are described.

В условиях плановой экономики, существовавшей в СССР, и жестких требований в области информатизации промышленных предприятий, вопросы построения АСУ были определены общеотраслевыми руководящими методическими материалами (ОРММ). Вступление в 2003 году в силу федерального закона «О техническом регулировании» установило принцип добровольного применения национальных стандартов, предоставило предприятиям и организациям самостоятельно решать вопрос о необходимости разработки стандартов организаций и вопросов их информационного обеспечения. Указанные обстоятельства требуют исследования процессов информационного обмена (ПИО) и повышения их надежности.

Серьезная проблема здесь состоит в создании системы протоколов информационного обмена. Если решение задач бухгалтерских, маркетинговых и прочих офисных приложений успешно решается при помощи протоколов стандартных локальных компьютерных сетей, то привнесение в распределенные управляющие системы задач автоматизированных систем управления технологическими процессами предъявляет новые требования к ее функционированию: возможность работы в режиме реального времени, максимальный приоритет при работе с объектом управления, надежность протоколов связи с объектами и самотестирование системы на предмет утери связи с контролируемым процессом.

Указанные обстоятельства вызывают необходимость исследования путей совершенствования взаимосвязанной системы протоколов информационного обмена, способных выполнять относительно независимые функции. Их представление как совокупность формализованных синтаксических и семантических правил, определяет работу средств информационного обмена в процессе обработки данных, позволяет описать статические и динамические свойства взаимодействия протокольных объектов (функциональных модулей одного уровня) и может служить основой документирования. Выбор протоколов информационного обмена позволяет определить сигналы, форматы данных, способы проверки ошибок, а также алгоритмы для интерфейсов, включая принципы подготовки сообщений, передачи и анализа на различных уровнях детализации, обеспечить защиту от угроз, вносимых средой обработки данных. В этом смысле рассмотрение протоколов с точки зрения соглашений между двумя протокольными объектами о формате и содержании служебной информации управления позволяет осуществлять наблюдение за состоянием области обработки, а также определить последовательность управляющих сигналов и процедуры обмена данными в среде АСУП.

Методика повышения надежности ПИО содержит следующие этапы:

Разработка методики проведения обследования ПИО.

Проведение обследования существующих процессов информационного обмена.

Построение модели процессов информационного обмена на предприятии.

Анализ построенной модели.

Разработка необходимых методов и средств для повышения информационного обмена.

Реализация разработанных методов.

В контуре АСУП можно выделить четыре области, требующие повышения надежности ПИО:

Повышение надежности оборудования.

При выборе оборудования для АСУП крайне важно обеспечить соответствие степени защиты оборудования тем условиям, в которых оно будет применяться. Иначе говоря, электронные компоненты выбираемого устройства должны быть защищены от воздействия той окружающей среды, где планируется его использовать. Степень защиты электротехнических изделий от внешних факторов принято обозначать согласно международному нормативу International Protection или IP. [1, 2] Этот норматив содержит информацию о двух параметрах: защиты прибора от попадания механических частиц и пыли (первая цифра) и от проникновения влаги (вторая цифра). Для вредных производств рекомендуется использовать стандарт IP65 (полная защита от пыли и защита от падающих струй воды).

Повышение надежности обмена в среде распространения.

При использовании в качестве среды распространения кабеля необходимо обратить внимание на его качество. Во многих случаях плохие характеристики приводят к сбоям в производстве. Стандартные кабели и разъемы RJ-45 имеют неадекватные физические и электрические характеристики, они слишком уязвимы для производственного применения и более подвержены электромагнитным помехам. Так что необходимо использовать разъемы промышленного типа. По необходимости можно использовать бронированные кабели Fast Ethernet и разъемы RJ-45 в исполнении IP67. В заводских условиях требуются разъемы специального исполнения, способные работать в условиях вредного производства.

При использовании радиосигналов необходимо уделить внимание помехоустойчивой среде. Радиосистема должна устойчиво работать в условиях воздействия на нее непреднамеренных и преднамеренных пассивных помех. Самый распространенный метод повышения помехоустойчивости - расширение спектра радиосигнала. Другой метод - пространственная обработка радиосигналов, основанная на применении специальных алгоритмов и сигнальных процессоров. [3]

Повышение надежности протоколов информационного обмена.

При исполнении последовательности действий, предписанных любым протоколом, имеют место различные ошибки вследствие ниже перечисленных причин:

Сбоев и отказов при передаче по каналам связи информационных массивов, содержащих данные пользователя, и служебных массивов, содержащих информацию управления.

Сбоев и отказов технических средств узлов коммутации, воздействующих на информационные и служебные массивы при их обработке и пересылке.

Параллельного выполнения ряда процессов, участвующих в реализациях протоколов и протекающих в общем случае асинхронно из-за некорректного описания. Эта асинхронность и приводит к появлению неопределенных ситуаций.

В распоряжении разработчиков и исследователей протоколов имеется достаточно широкий набор методов их обнаружения и коррекции. Что касается третьего источника ошибок, являющихся по существу ошибками проектирования протоколов и профилей, то проблема его изучения возникла недавно в ходе испытаний протоколов в реальных условиях эксплуатации локальных сетей и сетей передачи данных. [4]

Этот источник вызывает появление в реализациях профилей протоколов некорректностей, обусловленных действиями разработчиков, которые получили название логических ошибок.

Выявление логических ошибок в протоколах обходится зачастую очень дорого и осуществляется на этапах отладки, испытаний или в процессе эксплуатации. Сущность же их использования состоит в том, что при реализации пользователем не описанных в документации действий он получает доступ к ресурсам АСУП, которые в обычных условиях для него закрыты (например, вход в привилегированный режим обслуживания). Более того, ситуация неопределенности в протоколе может быть специально создана для того, чтобы получить несанкционированный доступ к определённым ресурсам и данным.

Анализ логических ошибок в профилях протоколов особенно важен для цифровых систем с интеграцией служб, так как цифровые каналы характеризуются существенно меньшей степенью группирования ошибок, чем используемые в настоящее время аналоговые каналы. Таким образом, при организации служб, ориентированных на применение цифровых каналов, влияние источников ошибок «физического» происхождения сократится, тогда как интенсивность логических ошибок в общем случае останется такой же, как и в случае аналоговых каналов.

Для выхода из возникшей ситуации необходимо обращение к процедуре восстановления путём дополнительных затрат ресурсов уровневого протокола или протокола более высокого иерархического уровня. Даже при условии обмена сигналами между процессами без искажений может возникнуть логическая ошибка, которая является следствием несовершенства представления уровневого протокола.

Столкновения нарушают формальные внешние правила построения протокола, они могут быть отнесены к синтаксическим логическим ошибкам.

Логическая ошибка типа «неопределенность» вызывается своеобразными столкновениями различных последовательностей операций одного и того же процесса, и кроме тщательной спецификации протоколов требуется постоянный их анализ на предмет выявления логических ошибок.

В работах [4, 5] предложен принцип организации механизма синхронизации, создающего объективные предпосылки для обнаружения и коррекции столкновений: предоставить каждому из информационных процессов программные средства для записи путей реализации в общем пространстве состояний, включающем совокупность состояний протокола в заданных точках. Реализация принципа достигается введением процедур фиксации логического времени пути и информирования о движении процесса.

Из рассмотренных принципов вытекает, что для коррекции логических ошибок не требуется проведения специальных диагностических процедур вне рамок функционирования ПИО. Логические ошибки могут быть устранены в значительной степени при реализации и испытаниях ПИО, а также в условиях эксплуатации с внесением процедур в аппаратное (АО) и программное (ПО) обеспечение, предусматривающих обнаружение и коррекцию логических ошибок. Следует признать, что указанные обнаружение и коррекция требуют усложнения протокола и влекут за собой дополнительные затраты ресурсов АСУП, а именно производительности и памяти вычислительных средств. Эти факторы проявляются:

В расширении множества сигналов управления, циркулирующих в АСУП, которые не содержат данных пользователя. К ним относятся служебные сигналы, передаваемые в форме сообщений или пакетов. Естественно, что служебные сигналы должны обслуживаться с наивысшим приоритетом и, следовательно, будут создавать определенную добавочную задержку сообщений и пакетов основного трафика в узлах коммутации.

В потерях пропускной способности каналов связи на передачу служебных сигналов и возвращении процессов в исходную вершину.

В возможных искажениях значащих признаков служебных сигналов и, следовательно, необходимости принятия специальных мер алгоритмического характера по обнаружению ошибок и их коррекции теми же средствами, что и в случае искажения других типов сообщений и пакетов при их передаче по каналам связи, а также в обработке в узлах коммутации.

Отрицательные последствия воздействия данных факторов можно в принципе уменьшить, если совмещать служебный сигнал с признаком операций в одном и том же массиве (сообщении, пакете).

Число ошибок может быть особенно большим при неформальном описании протокола. В приведенной модели предметом рассмотрения является частная задача, отмеченная ситуация носит общий характер применительно к протоколам любого уровня, структуры и иллюстрируют механизм возникновения логических ошибок типа «неопределенность» и «столкновение». В более сложных транспортных протоколах АСУП, столкновения могут происходить как цепочки условных событий, что затрудняет их обнаружение.

радиоэлектронный автоматизированный документация

Литература

1. Степени защиты корпусов электронного оборудования.

2. Степени защиты IP.

3. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: Наука. 1965г. 275 с.

4. Еременко В.Т. Математическое моделирование процессов информационного обмена в распределенных управляющих системах. : Монография /Под общей редакций Константинова И.С. - м.: Машиностроение - 1, 2004. - 224 с.

5. Еременко В.Т. Безопасность информации в телекоммуникационном компоненте ИТКС специального назначения: Монография - Екатеринбург: Уральский государственный технический университет, 2000. - 236 с.

Размещено на Allbest.ru