Топологии сетей ПД, функционирующих в составе систем управления (СУ)
Страница 2
Для того, чтобы передать по шине, свои собственные сообщения, станция должна получить на это соответствующее разрешение (право). Реализация этого права осуществляется через децентрализованную процедуру, которая называется методом доступа к среде.
Управление доступом к среде входит в функции канального уровня и осуществляется в соответствии с протоколом канального уровня.
Если имеется случай последовательно соединенных магистральных линий (сегментов) (для СУРО на рис. 1б), то в этом случае в местах соединения сегментов устанавливаются специальные связующие элементы:
· повторители, осуществляющие трансляцию сигналов из одного сегмента сети в другой и согласование параметров проводных ЛС. Повторители могут быть двух типов:
1) осуществляющие простое усиление и усиление с восстановлением (в этом случае повторитель рассматривается как открытая система, осуществляющая трансляцию последовательности бит на физическом уровне);
2) производящие: прием — декодирование с исправлением ошибок — кодирование — передачу (в этом случае повторитель осуществляет трансляцию канальных БДП на канальном уровне ЭМВОС);
· мосты, соединяющие однородные сети производящие трансляцию пакетов:
1 — всегда,
2 — только в том случае, когда пакет предназначен станциям, находящимся в другом сегменте.
В мосте реализуется механизм доступа к среде, причем для каждого из сегментов сети управление доступом производится независимо;
· шлюзы, соединяющие разнородные сети, и осуществляющие преобразование форматов и протоколов передачи данных. В шлюзах для каждого из сегментов реализуется свой возможно различающийся механизм доступа к среде.
Магистральная линия рис. 1а может быть также разбита на сегменты. Разбиение делается в двух случаях:
1. когда длина линии большая и необходимо установить повторители или мосты для усиления и восстановления сигналов;
2. если рассмотреть в СУРО направленность и интенсивность И-х потоков, то очевидным является факт, что интенсивность потока будет убывать по мере удаления от ПУ. Поэтому иногда целесообразно разделить шину на сегменты и в каждом сегменте использовать сети ПД с различными характеристиками. В сегменте, к которому подключен ПУ необходимо использовать высокоскоростную сеть ПД с дорогостоящими КС, обладающими большой пропускной способностью. В сегментах, расположенных на периферии, можно использовать низкоскоростные сети с дешевыми КС.
Шинные сети чувствительны к заземлению КС и к подаче на него избыточного по уровню сигнала (электрический разряд, случайное замыкание на посторонние линии питания), поэтому в приемопередатчике шинной сети необходима электрическая (трансформаторная или оптическая) развязка его абонентской и канальной частей.
Пропускная способность и задержка в шинных сетях определяются большим числом параметров: методом доступа, полосой пропускания ЛС, числом узлов сети, длиной сообщений и др.
Расширение ЛВС
Увеличение участка, охватываемого сетью, вызывает необходимость ее расширения. В сети с топологией «шина» кабель обычно удлиняется двумя способами.
1. Для соединения двух отрезков кабеля можно воспользоваться баррел-коннектором (barrel connector).
Но злоупотреблять ими не стоит, так как сигнал при этом ослабевает. Лучше купить один длинный кабель, чем соединять несколько коротких отрезков. При большом количестве «стыковок» нередко происходит искажение сигнала.
2. Для соединения двух отрезков кабеля служит репитер (repeater). В отличие от коннектора, он усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент. Поэтому предпочтительнее использовать репитер, чем баррел-коннектор или даже один длинный кабель: сигналы на большие расстояния пойдут без искажений.
Рис. Репитер соединяет отрезки кабеля и усиливает сигнал.
Преимущества и недостатки такой топологии очевидны.
Преимущества:
· минимальная длина ЛС;
· легко расширяется;
· высокая скорость обмена данными между пользователями (нет дополнительных задержек на прохождение сигналов через узлы, как это имеет место в кольцевой топологии);
· шина пассивная топология. Это означает, что компьютеры только «прослушивают» передаваемые по сети данные, но не продвигают их от отправителя к получателю. Поэтому если один из компьютеров выходит из строя, это не сказывается на работе остальных. В активных топологиях происходит регенерация сигналов в компьютерах и последующая их передача в сеть.
Недостатки:
· низкая надежность (разрыв ЛС нарушает связь между станциями); при неисправности станции, проявляющейся в том, станция начинает непрерывную передачу, сеть также становится неработоспособной;
· трудность локализации отказов с точностью до отдельного компонента, подключенного к шине;
· разрыв кабеля или отсоединение одного из концов приводит к прекращению функционирования сети (Сеть «падает»);
· если разделение каналов производится не по частоте, а по времени, то всегда имеется задержка между моментом появления данных для передачи и моментом времени, когда эти данные могут быть переданы. Причем эта задержка при большом количестве станций и длинных сообщениях может достигать значительных величин. В этом случае, для управления в реальном масштабе времени необходимо либо увеличивать скорость передачи данных, что может потребовать больших затрат, либо ограничивать длину пакетов, которыми обмениваются станции.
Для оптоволоконных ЛС достижение полной связности типа «станция-станция» шинная реализация сети требует двух шин. Это объясняется однонаправленным характером оптоволоконного канала. Чаще всего используются две отдельные встречно направленные шины.
Топология сети Fasnet.
Здесь станции имеют доступ к каждой оптоволоконной шине через соответствующий отвод чтения, за которым размещается отвод записи. Шины между собой не связаны. Первая и последняя станция наряду с функциями контороллеров сети выполняют функции трансляции пакетов.
Как альтернативный вариант можно применять конфигурацию, использующую единственную U- или D-образную оптоволоконную шину
Топология D-сети
В этом случае станция подключается с помощью отводов записи на исходящей стороне и с помощью отвода приема на входящей стороне шины. В этом случае станция, являющейся последней на передачу оказывается первой на прием, что не всегда удобно. Этого недостатка лишена S-шина
Топология сети Expressnet
Повышение надежности шинных сетей ПД достигается за счет прокладывания дополнительных ЛС. Чаще всего в СУРО используются дублирующие каналы. В некоторых систем управления может использоваться несколько дополнительных ЛС. Например в самолетостроении, в бортовых системах информационного обмена используются триплированная шина, идущая вдоль одного борта, и дублирующая ее триплированная шина — вдоль другого борта.
Если СУРО содержит ПУ и КП, рассредоточенные по некоторой территории, то в этом случае шинная топология сети ПД практически не используется, а применяются оставшиеся из выше перечисленных топологий и, в частности, радиальная топология.
Радиальная топология (Звездообразная топология, топология «звезда»), при которой каждая станция подсоединена одним или двумя выделенными КС к единственному центральному узлу, именуемому концентратором (hub). Станция может непосредственно осуществлять доступ только к этому узлу. В сетях с такой топологией через центральный узел проходит весь сетевой трафик.