WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

7191

УДК 004.032.24

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ

БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И НАДЕЖНОСТИ

ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Г.Г. Стецюра

Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Россия, 117997, Москва, Профсоюзная ул., 65 E-mail: stetsura@ipu.ru Ключевые слова: распределенный коммутатор, ретрорефлектор, отказоустойчивость, бесконфликтный доступ Аннотация: Рассмотрены возможности создания быстрых отказоустойчивых оптоэлектронных средств взаимодействия устройств систем управления, работающих в жестком реальном времени.

1. Введение Средства коммутации и распределенных вычислений существенно влияют на быстродействие и надежность взаимодействия устройств систем управления ЖРВ. В докладе показаны способы использования оптоэлектронных устройств для улучшения этих свойств. Ставятся следующие задачи.

Взаимодействие устройств должно выполняться предельно быстро без внутренних конфликтов в средствах коммутации. Наряду с отсутствием внутренних конфликтов в коммутаторах должны быстро, аппаратными средствами, устраняться конфликты при одновременном доступе групп источников сообщений к общему приемнику.

Требуется без задержки выполнять распределенные вычисления над данными, находящимися в сообщении. Основное назначение таких вычислений – диагностика состояния системы, обнаружение и локализация неисправностей.

Наряду с сообщениями, несущими данные, должны передаваться активные сообщения – групповые программы, которые воздействуют на состояние устройств системы и сами изменяются под воздействием устройств. Эти действия должны выполняться без задержки сообщения.

При разработке требуемых технических решений по мере возможности следует использовать беспроводные соединения. Так как в современных системах средства связи составляют значительную часть системы, то особое внимание уделяется упрощению технических средств и уменьшению потребления ими энергии.

Перейдем к рассмотрению предлагаемых средств и методов их взаимодействия.





Изложение базируется на работах, выполненных в ИПУ РАН.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

ВСПУ- Москва 16-19 июня 2014 г.

2. Распределенный оптический беспроводный коммутатор Изложение базируется на публикации [1]. Базовая структура коммутатора состоит из распределенных оптоэлектронных активных компонентов, размещенных непосредственно в коммутируемых устройствах, и пассивного общего центра, направляющего лучи света, несущего сигналы источника, непосредственно приемнику. Так как между источником и приемником нет промежуточных средств коммутации, то такой распределенный коммутатор неблокируемый и обеспечивает гарантированное время передачи сообщения через коммутатор.

Распределенные компоненты коммутатора представляют собой оптические демультиплексоры. Демультиплексор каждого устройства для соединения с любым из n объектов-приемников содержит последовательно соединенных двоичных каскадов – дефлекторов светового луча, пройдя через последовательность которых световой луч распространяется в одном из n направлений. Состоянием каскадов управляют электрические сигналы, задающие адреса направлений, по которым доставляются сообщения. Для указания любого из n направлений адрес не может иметь меньшее число разрядов, чем, поэтому такой демультиплексор имеет минимально возможное число каскадов.

В [1] показаны способы физической реализации демультиплексоров. Пример структуры одного из возможных демультиплексоров на восемь выходов приведен на рис. 1.

1 23 45 6 7 S Рис. 1. Демультиплексор.

Здесь сплошными наклонными линиями показаны три электрически управляемых зеркала, пунктирными –пассивные отражатели (зеркала, призмы). Источник S направляет луч света на первое управляемое зеркало, которое или отразит свет на второе управляемое зеркало или пропустит его на неуправляемое зеркало. Так действуют все пары зеркал. В результате луч света на выходе примет одно из восьми положений.

Пропускающее луч зеркало в незначительной степени и отражает его, что создает помеху. Для избавления от помех введем указанные на рис. 1 прямоугольниками пары управляемых фильтров, которые блокируют лучи от одного зеркала из пары зеркал, нежелательные при данной комбинации управляющих сигналов. Это могут быть фильтры, изменяющие пропускную способность при подаче управляющего сигнала, либо управляемые зеркала, отводящие нежелательный сигнал в сторону. Для управления фильтрами не требуются дополнительные сигналы, и сложность по управлению сохраняется. В [1] даны ссылки на публикации, где приведены результаты исследований по созданию материалов, годных для создания таких демультиплексоров, имеющих субпикосекундную скорость переключения своего состояния.

Все восемь направлений на рис. 1 взаимно параллельны и, чтобы направить их на произвольно расположенные приемники, требуется установить неуправляемые пассивные зеркала. Требуется n2 таких неподвижных зеркал для обслуживания связи со всеми n устройствами. При создании системы зеркала ориентируются так, чтобы связать места, где размещены устройства, а система наращивается установкой устройств в отвеXII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ ВСПУ- Москва 16-19 июня 2014 г.





денные для них места без какой-либо перенастройки демультиплексоров. Возможна двухступенчатая система пассивных зеркал: n пассивных зеркал расположены в месте размещения каждого из n устройств системы, а удаленно расположено единственное зеркало. Как показано в докладе [2], вместо неподвижных зеркал можно использовать решетку из n ретрансляторов (по одному на каждого устройства – приемника сигналов) и расположить их так, чтобы они были видны всем источникам и приемникам сообщений. Ретрансляторы повышают отказоустойчивость системы, в частности при выходе из строя части ретрансляторов устройства переключаются на использование работоспособных ретрансляторов с возможным ухудшением качества обслуживания.

Каждое зеркало в описанных структурах способно коммутировать многоразрядные слова при использовании различных частот сигнала для разных разрядов.

Источники света S могут быть вынесены не только за пределы коммутатора, но и за пределы всей системы. В элементах коммутации не создаются новые сигналы. Это уменьшает энергопотребление в системе.

3. Синхронизация взаимодействия устройств Пусть задана группа из n устройств, которые для согласования совместных действий обмениваются оптическими сигналами. В группе выделено устройство – лидер и по сигналу лидера все устройства группы должны послать сигналы так, чтобы они поступили одновременно в заранее заданную точку пространства (центр). Далее использованы результаты статьи [3].

Устройства обмениваются сообщениями через центр, видимый всем устройствам.

Центр содержит оптический ретрорефлектор (например, катафот). Луч света, поступивший на ретрорефлектор от устройства, отражается в направлении устройства – источника света. Если такие сигналы посылает группа устройств, то каждое устройство получит только собственный сигнал.

Послав и получив сигнал, устройство Ui измеряет интервал времени Ti, требуемый сигналу для достижения ретрорефлектора и возвращения к устройству (для лидера TL).

Благодаря свойству ретрорефлектора все устройства определяют Ti независимо друг от друга, в частности, одновременно.

Устройства и центр обмениваются сигналами и сообщениями, причем устройство направляет в фотоприемник центра лазерный луч, модулированный двоичными сигналами, или же этот сигнал направляется в световом конусе, также попадающем на фотоприемник центра.

Полученные от устройств сигналы центр возвращает всем устройствам, также используя один из двух вариантов. В первом из них принятый на частоте f1 сигнал возвращается на частоте f2 ненаправленно, в конусе, охватывающем все устройства. Использование второй частоты исключает помехи в приемниках устройств от сигналов, передаваемых устройствами.

Во втором варианте каждое устройство использует для связи с центром два лазерных луча с частотами f1 и f2. На частоте f1 сигналы передаются в центр сообщения. На частоте f2 передается непрерывный сигнал, который поступает в ретрорефлектор центра и возвращается к устройству. На пути сигналов f2 перед ретрорефлектором располагается модулятор света, при помощи которого центр, используя сигналы f1, модулирует сигналы f2, рассылая этим широковещательно сигналы устройствам. Отличительная особенность второго варианта – для рассылки сообщения центр использует энергию устройств – получателей сообщений от центра.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

Лидер взаимодействует с устройствами по следующей схеме. Предполагается, что всем устройствам известен интервал в центр, который его ретранслирует каждому устройству Ui. Эти устройства с задержкой посылают свои сигналы в центр. Каждый сигнал поступит в центр через интервал времени после отправки сигнала центром. Задержка а, одинаковая для всех устройств, введена для того, чтобы они успели подготовиться к посылке сигнала. Таким образом, сигналы всех устройств поступят в центр в один и тот же момент времени, что решает задачу синхронизации.

Покажем, как на основе полученного решения организовать передачу сообщений центру так, чтобы они поступали к нему одно за другим без временных пробелов и далее в виде единого сообщения, не содержащего пробелов между частными сообщениями, рассылались одновременно лидеру и всем устройствам. Для этого каждое устройство Ui вносит дополнительную задержку di, обеспечивающую приход его сообщения к лидеру непосредственно после предыдущего сообщения. Значение di сообщается лидером в каждом конкретном случае или известно заранее. Если не пользоваться описанной синхронизацией, то потери в пропускной способности средств обмена сообщениями могут быть велики.

До сих пор не требовалось, чтобы устройства имели синхронизированные часы, нужны были только таймеры. Но часы могут потребоваться (см., например – стандарт IEEE 1588 [4]). Поэтому рассмотрим синхронизацию часов устройств с часами лидера, используя приведенные оптические средства. Для синхронизации лидер посылает устройствам сообщение, содержащее t – отсчет времени на часах лидера и 0,5 – интервал времени прохождения сигнала от лидера до центра. Устройство Ui получит сообщение лидера через интервал времени 0,5 0,5. В этот момент времени на часах лидера вит на них отсчет S.

Приведенное решение отличается от решения, применяемого для быстрой синхронизации часов в стандарте IEEE 1588 в основном тем, что здесь не требуется поочередная корректировка часов каждого устройства, все часы синхронизованы одновременно.

Предложенный способ обмена сообщениями существенно отличается от практикуемых: здесь непосредственно в средствах связи общего пользования из группы малых сообщений многих источников создается общее большое сообщение группы устройств с очень малыми временными потерями на его формирование.

4. Устранение конфликтов доступа к ресурсу Применим полученные результаты для решения задач устранения конфликтов доступа к ресурсам в системах, использующих беспроводные связи. Пусть группа источников по индивидуальному для каждого источника беспроводному оптическому каналу одновременно пытается передать сообщения одному и тому же приемнику. Требуется устранить конфликт на входе приемника, упорядочив передачи сообщений.

Предполагается, что сообщения имеют равную длину (пакет). Для устранения конфликта доступа совместно с приемником сообщений поместим устройство разрешения конфликтов доступа (УРКД), которое обнаруживает запросы доступа, синхронизирует их, разрешает объектам самостоятельно определить порядок обслуживания запросов, осуществляет обмен сообщениями. Для уменьшения энергопотребления приемника взаимодействие его с источниками осуществляется за счет энергии источников.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

Каждый источник посылает сигналы приемникам, применяя оптический демультиплексор. Приемник оптического сигнала имеет ретрорефлектор с модулятором света, который отражает пришедшие сигналы источника запроса в обратном направлении и модулирует эти сигналы для передачи запрашиваемых данных. При этом УРКД приемника используется подобно описанному выше центру ретрансляции, и источники определяют независимо друг от друга время прохождения сигналов между источником и УРКД приемника. Принципиальная особенность этой синхронизации в том, что здесь отсутствует лидер. Общая схема действий устройств следующая.

Каждое устройство соединено с УРКД любого другого устройства трактом, состоящим из трех беспроводных оптических каналов f1, f2, f3. Тракты создаются по мере необходимости, как показано выше. Каждый канал обеспечивает два пути распространения сигнала – от источника к УРКД (прямые пути) и от УРКД к источнику (обратные пути). Здесь в отличие от раздела 3 удобно ввести отдельные обозначения для прямых и обратных путей и соответствующих сигналов. Обозначим прямые пути как f11, f21, f31, обратные – как f12, f22, f32. По трем каналам f1, f2, f3 оптические сигналы передаются на трех частотах f1, f2, f3 соответственно. В зависимости от используемого пути сигналы обозначим так же, как эти пути: f11, f21, f31 и f12, f22, f32.

По путям f11 устройства посылают в УРКД импульсные сигналы для определения удаленности источников от УРКД. По пути f21 источник, которому УРКД предоставит право передачи сообщения, передаст двоичные сигналы сообщения. По пути f31 каждый источник посылает непрерывный сигнал f31; УРКД принимает сигналы f21 и при появлении каждого приходящего импульсного сигнала с помощью модулятора прерывает непрерывные сигналы f32 – возвращаемые ретрорефлектором сигналы f31 источников. В результате все источники получат передаваемое по пути f21 в приемник сообщение. Отметим, что УРКД может также модулировать сигналы f32 собственными сигналами и сигналами приемника. Для обмена информацией используются импульсные сигналы трех длительностей,,, которые связаны соотношением. Далее длительности указываются перед именем сигнала. При подаче управляющего электрического сигнала модулятор в УРКД одновременно модулирует все сигналы f32 и только их.

Перейдем к устранению конфликтов доступа. Если приемник обнаруживает конфликт, то его УРКД выполняет следующий алгоритм разрешения конфликта доступа.

Шаг 1. Обнаруживший конфликт приемник одновременно прерывает одиночным синхросигналом f32 все сигналы f32, возвращаемые источникам с помощью УРКД.

Сигнал f32 все источники воспринимают как начало процесса устранения конфликта.

Шаг 2. Получив синхросигнал f32, каждый источник, которому требуется передать сообщение, посылает в УРКД приемника импульс f21 с задержкой k, где k – порядковый номер устройства. В результате все источники создадут единое сообщение S1 длительностью l, содержащее импульсы f21 в количестве, равном числу источников, запрашивающих доступ к приемнику. Здесь l – максимально возможное число устройств, которым разрешен доступ к УРКД, – длительность сигнала сообщения.

Получая в сообщении S1 сигналы f21, УРКД ретранслирует их всем источникам в виде сообщения S2, прерывая сигналы f32 каждым сигналом f21. Приемник или его УРКД, обнаружив завершение сообщения S1, посылает синхросигнал f32, прерывая сигналы f32, как при посылке синхросигнала f32 на шаге 1.

Шаг 3. В ответ на синхросигнал f32 источники посылают, используя сигналы f21, свои сообщения приемнику с временным сдвигом, соответствующим порядковому номеру передачи. В результате в УРКД поступит состоящее из этих сообщений общее сообщение S3, длительность которого не зависит от расположения источников. Затем УРКД направляет сообщение S3 своему приемнику и ретранслирует всем тем источникам, которые посылают сигналы в УРКД. Для сигнализации источникам о завершении

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

устранения конфликта приемник повторно посылает сигнал f32. Конфликт устранен.

Дальнейшие детали приведены в работе [5].

Устранение конфликтов доступа можно ускорить. В приведенном алгоритме источники сообщений посылают запрос приемнику и должны ожидать от него разрешение на передачу сообщения. Для конфликтующих сообщений эта задержка – необходимая часть процесса устранения конфликта доступа, причем задержка выполняется не для каждого конфликтующего сообщения отдельно, а один раз для всей группы таких сообщений. Для неконфликтующих сообщений задержка не нужна, но она все же выполняется, что ведет к замедлению процессов обмена сообщениями.

Исключить задержку неконфликтующих сообщений с помощью описанных средств нельзя, так как сигналы источника, посылаемые без разрешения на передачу, при наличии конфликта разрушают процесс устранения конфликта доступа. При этом источник выясняет наличие конфликта только после создания канала связи, который, как было показано, создается в момент появления потребности послать приемнику данные. Тем не менее, путем введения дополнительных технических средств указанная задержка исключается [6].

Введем дополнительное средство – асинхронный анализатор конфликта, добавляемый в источник и УРКД приемника. В источник сообщений добавляются передатчики сигналов частот f4 и f5 и фотоприемники этих сигналов. Сигналы f4 используются для передачи сообщений источника приемнику подобно сигналам f2. Сигналы f5 источник и приемник используют подобно сигналам f3. В УРКД приемника сообщений добавляется ретрорефлектор, фотоприемник сигналов f4 и модулятор сигналов f5.

Любой источник передает сообщение приемнику, не ожидая разрешения от УРКД приемника. Для этого источник посылает одновременно в ретрорефлектор сигналы сообщения f4 и сигнал f5. Ретрорефлектор возвратит источникам посланные ими сигналы f4, что позволит источнику проверить наличие искажений в посланном приемнику сообщении. В приемнике фотоприемник сигналов f4 при получении сигналов одновременно от нескольких источников (наличие конфликта) воспринимает их как общий сигнал и модулирует своим выходным сигналом сигнал f5, возвращаемый ретрорефлектором источникам. Сигналы f4 и f5 возвратятся от приемника к источнику.

Если источник обнаруживает конфликт, то он переходит к его устранению по рассмотренному выше в этом разделе способу.

Мы рассмотрели посылки сообщений от источников к одному приемнику. Для посылки групповых и широковещательных сообщений требуется приемник, выполняющий функции узла поддержки таких сообщений. Этот узел, используя ретрорефлектор и модулятор, как показано выше, рассылает поступающее сообщение группе приемников, модулируя посылаемые ими непрерывные сигналы. Для каждой группы приемников может быть выделен в динамике свой узел поддержки. Для организации дополнительной связи объекта с этим узлом объекты должны иметь дополнительный демультиплексор. Широковещательную связь организовать проще, так как узлу поддержки достаточно иметь источник ненаправленных сигналов, которые принимают все устройства.

Групповые связи упрощают и ускоряют изменение структуры системы.

5. Быстрые распределенные вычисления, активные сообщения – групповые программы Здесь рассматриваются оптические проводные связи между устройствами. Основная цель: расширить функциональность средств связи, дав им возможность выполнять также распределенные вычисления и управление.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

Пусть устройства, обрабатывающие данные, объединены последовательно так, что операнд – результат вычисления одного устройства становится исходным данным для устройства, следующего по порядку подключения. Набор вычислительных операций ограничен логическими операциями, определением max и min, арифметическими сложением, вычитанием, умножением. Требуется указанные распределенные вычисления выполнять без внесения дополнительной временной задержки по сравнению с временем перемещения операнда между объектами.

Способы решения данной задачи разработаны давно и были реализованы с помощью средств электроники [7, 8], но, как показано в работе [9], наиболее эффективно применять оптоэлектронные средства. Это позволяет получить высокое быстродействие при существенном уменьшении энергопотребления устройств. Далее показано, какие дополнения следует ввести в описанные в литературе оптоэлектронные средства, чтобы их использовать для решения поставленной задачи. В качестве таких средств выберем оптические переключатели, например, разработанные в IBM [10]. Схематично такой переключатель представлен на рис. 2. Управляемый электрическим сигналом m переключатель M имеет два входа и два выхода. Оптический сигнал поступает только на один из входов. Входы объединены и поступают на переключающий элемент, в качестве которого служит интерферометр Маха – Цандера.

Рис. 2. Схема переключателя.

При отсутствии электрического управляющего сигнала (m = 0) переключающий элемент соединен с верхним на рисунке выходом, при наличии управляющего сигнала (m = 1) он соединен с нижним выходом. Устройство пассивное – при отсутствии управляющего сигнала переключатель можно рассматривать как участок оптической линии.

На основе такого переключателя предложен элемент (BK), схема которого приведена на рис. 3 [11]. Он действует как вычислительное устройство и коммутатор.

Здесь квадраты – четыре переключателя М1 – М4, представленные на рис. 2. На каждый переключатель Мi поступает электрический управляющий сигнал mi. Оптические сигналы поступают в ВК на два входа a и b. Перед входами расположены оптические ответвители 1, направляющие по линиям c и d сигналы в устройство управления ВК.

Рис. 3. Вычислитель/коммутатор.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

Сигнал, поступающий на вход а, обозначим как а+, соответственно для входа b как b+. Отсутствие сигнала обозначим как а– и b–. Комбинации распределения сигналов обозначим: а+ и b– как 1, а– и b+ как 0, а– и b– как Z, а+ и b+ – как С.

В таблице 1 в столбцах 2-5 приведены значения управляющих сигналов mi подаваемых на переключатели Mi. В столбцах 6 и 7 показано, на какие выходы BK перейдут сигналы с входов при подаче заданного набора управляющих сигналов.

Таблица 1. Коммутация в вычислителе/коммутаторе.

Действия в соответствии со строкой 1 таблицы приводят к соединению входов a и b с одноименными выходами, вторая строка дает перестановку на выходе. Из третьей строки таблицы видно, что при подаче m1 = m3 = 0, m2 = 1 и любом значении сигнала m сигнал, приходящий со входа a или b, будет далее передан на выход a. Четвертая строка: сигнал со входа a или b далее передаст на выход b. Использование строк 5-8 таблицы дает аналогичные результаты для выходов a' и b' вместо выходов a и b.

Применим BK для преобразования значений входящих двоичных сигналов. Воспользуемся приведенным ранее парафазным кодированием: «1» представлена сигналом только на входе a, «0» представлен сигналом только на входе b. Пусть на входы BK поступает двоичный сигнал х. Тогда при выполнении первой строки таблицы на выходных линиях a и b появится х. Вторая строка таблицы дает инверсию сигнала х.

Третья строка любое значение х переводит в 1, четвертая строка – в 0. Строки 5- выполняют указанные выше операции при посылке сигналов на выходы a' и b', что приводит к коммутации двоичных сигналов и позволяет удалять сигналы из канала.

Для выполнения приведенных в таблице операций все действия переключателей выполняются до прихода обрабатываемого сигнала, после чего значение пришедшего сигнала заменяется на требуемое без его задержки. Это условие соблюдается для всех операций, приведенных в начале раздела. Приведем два примера.

Пример 1. Пусть требуется к приходящему на вход ВК числу Х прибавить число Y, хранящееся в устройстве, управляющем данным ВК. Число Х поступает в ВК, начиная с младших разрядов. Если значение разряда yi числа Y равно 0, то ВК пропускает разряд xi числа X без изменения. Если yi = 1, то значение yi инвертируется. При переносе в следующий разряд его подготовку ВК выполнит за время прохождения сигнала xi через ВК, и задержка разряда xi не требуется.

Пример 2. ВК должен определить max (X, Y) и полученное значение передать на выход. Число Х поступает в ВК, начиная со старших разрядов. Если в Y старший разряд числа y = 0, то объект в X пропускает старший разряд x без изменения. При этом, если х = 1, то объект пропускает остальные разряды Х без изменения, а если х = 0, то объект так же действует со следующим разрядом X. Если в Y старший разряд числа y = 1, то объект в X записывает старший разряд x = 1 (операция 3ПК1b). При этом, если пришло

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

значение х = 0, то объект заменяет остальные разряды Х на разряды Y, а если х = 0, то объект так же действует со следующим разрядом X.

5.2. Групповые команды и программы (активные сообщения) Назовем сообщение активным, если оно содержит групповую команду или групповую программу. Суть понятий «групповая команда» и «групповая программа» просто изложить, используя выполняемые без задержки распределенные вычисления. Пусть активное сообщение содержит поле с именами устройств, которым сообщение адресовано, поле с кодом операции и поле данных. При приходе сообщения к устройству код операции заставляет его без задержки сообщения изменять содержимое поля данных.

Модифицированная устройством команда перемещается к следующим устройствам, неся им информацию о действиях устройств-предшественников. Сообщение с такими возможностями представляет собой групповую команду.

Если сообщение содержит несколько полей с кодами операций и несколько полей данных, то такая конструкция является групповой программой. Каждый код операции в ней действует как в групповой команде, но он может указать на любую совокупность полей данных в сообщении, к которым объект должен применить код этой операции.

Групповые команды и программы были предложены в начале 1980-х гг. в ИПУ РАН [7] и ориентированы на повышение реактивной способности систем управления со многими активными объектами.

Заметим, что в настоящее время в мире проводятся исследования сетей, названных активными (Active Networks). Назначение этих сетей – объединить взаимно удаленные узлы, связанные, например, через Интернет, в которых фрагменты сообщения действуют как команды. Эти команды инициируют действия в узлах сети, направленные на то, чтобы сделать протоколы сетей адаптируемыми под индивидуальные особенности передаваемых сообщений. Такие работы начаты во второй половине 1990-х гг. и активно продолжаются сейчас во многих организациях, регулярно проводятся конференции по этой тематике.

Групповые взаимодействия и соответствующие технические средства, разработанные в ИПУ РАН, также активны, но они ориентированы на предельно быстрое выполнение команд сообщения с преобразованием содержимого сообщения без его задержки.

Отметим, что в современных сложных цифровых системах используются неоднородные внутрисистемные структуры связи с различающимися протоколами взаимодействия. Внутри такой структуры групповые программы могут вкладываться в сообщения, передаваемые каждой из этих структур по своему протоколу, подобно приведенной выше передаче сообщений через активную сеть.

6. Примеры областей применения предложенных решений Пример 1. Решение вычислительных задач с применением совмещения вычислений и передачи данных дано в статье [12] и цитированных в ней публикациях, где показаны задачи, для которых достигается при этом существенное ускорение вычислений.

Пример 2. Организация рефлективной памяти – распространенная задача: об изменении данных в любом компьютере системы требуется гарантированно информировать все компьютеры системы. В статье [13] показано, как с помощью рассмотренных выше взаимодействий устройств улучшаются параметры системы, в том числе отказоустойчивость и потребление энергии.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

Пример 3. Повышение отказоустойчивости бортовых распределенных систем типа «ведущий–ведомые», где устройства объединены двумя оптическими кольцевыми каналами [14]. Решения раздела 5 обеспечивают доставку ведомым устройствам команды ведущего при отказах в ВК, расположенных ближе к ведущему устройству.

Пример 4. Циклическое вычисление в кольцевом канале. Используются многократные «обороты» по кольцевому каналу сообщения, обрабатываемого без задержки группой объектов.

Устройства, используя групповые команды в сообщении, постепенно преобразуют исходное сообщение в требуемый результат.

После завершения обработки сообщения одно из устройств заносит в сообщение команду, которая указывает, какой фрагмент сообщения следует вывести из кольцевого канала. Фрагмент выводится, если приемник готов его принять, что и необходимо обеспечить. Для этого соответствующее устройство должно послать запрос приемнику, получить от него разрешение и после этого отправить фрагмент приемнику.

Пример 5. Клеточные автоматы с дальними связями, сети. В клеточных автоматах все клетки имеют простую структуру и небольшое фиксированное число связей с соседними клетками. Они служат удобным механизмом для работы с однородными структурами. Для таких целей существуют эффективные технические реализации – систолические структуры. Но многие объекты реального мира, социальные сети, экономические структуры, системы управления взаимно удаленными объектами, имеют сложную сетевую организацию: активно используются дальние связи, узлы сети различно организованы. Регулярность функционирования клеточных автоматов и систолических структур усложняют их применение для действий с такими объектами.

Применение разработок настоящей статьи к клеточным автоматам позволяет придать клеточным автоматам более гибкую сетевую организацию: ввести дальние связи и неоднородность клеток. Дальние связи можно изменять очень быстро, и такой автомат является системой с полностью динамически перестраиваемой структурой. Сложно организовать переменное и динамически изменяемое число связей, подключенных к каждой вершине, но пример 4 показывает, как это делается путем динамического формирования циклической структуры с переменным числом внешних связей.

7. Современный компьютер как объект управления Два современных направления исследований по разработке архитектуры компьютеров наиболее ярко характеризуют эти системы как объект управления – создание экзакомпьютеров и автономных цифровых систем (autonomic computing). Довольно распространена точка зрения, что переход к экзакомпьютерам потребует революционного изменения архитектуры, связанного с обеспечением быстрой (аппаратной) синхронизации процессов, динамическим аппаратным управлением доступом к ресурсам, доставкой кодов программ к данным, а не наоборот и др. Компактно такая точка зрения изложена в [15]. Эти задачи приходится решать для систем с чрезвычайно большим количеством активных компонентов.

Autonomic computing также имеет дело с большими системами и задача этого направления – обеспечить их работоспособность без привлечения человека [16]. В частности требуется обеспечить самоконфигурацию системы для удовлетворения изменениям во внешней среде, самооптимизацию функционирования системы, самостоятельные обнаружение внешних угроз и защиту от них, самолечение и нахождение альтернативного поведения при возникновении непредвиденных проблем.

Общее для этих видов систем:

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

системы содержат миллионы активных объектов;

активные объекты вступают в сложные взаимодействия, изобилующие конфликтами доступа к ресурсам, которые невозможно спланировать заранее;

системы могут изменять свое состояние со скоростью распространения в системе электрических или оптических сигналов, что в отличие от многих других объектов управления требует очень быстрых средств управления их поведением.

Если в сложной многокомпонентной системе удается в динамике быстро видоизменять ее структуру, то появляется возможность не разделять в статике объекты системы на управляющие и управляемые. В зависимости от сложившейся ситуации каждый из таких объектов может группироваться из «атомарных» компонентов системы.

Перечисленные возможности современных компьютерных систем могут эффективно использовать разработчики конкретных алгоритмов управления, включая в них, в частности, средства динамической реконфигурации структуры системы.

Для всего этого очень важны возможности средств связи – системообразующих средств. Обычно делается разделение: средства связи занимаются только доставкой сообщений (в частности данных), все другие возложенные на систему задачи выполняют средства обработки и хранения данных. Такое разделение может быть причиной снижения скорости реакции систем на возникающие события. Изложенные в докладе решения для выполнения коммутации, устранения конфликтов доступа к ресурсам и распределенной обработки информации представляют собой пример более интегрированного подхода к конструированию и использованию средств связи цифровых систем.

В докладе предложены следующие средства быстрых групповых взаимодействий устройств систем управления и обработки данных.

1) Средства установления непосредственных (без промежуточных звеньев коммутации) связей между отдельными источниками и приемниками сообщений и их группами.

2) Средства синхронизации совместных действий устройств.

3) Средства быстрого устранения конфликтов между взаимодействующими устройствами при обращении группы устройств к общему ресурсу.

4) Средства распределенных вычислений, проводимых взаимодействующими устройствами без задержки сообщений, над которыми выполняются вычисления;

5) Активные сообщения (групповые программы), управляющие действиями распределенных устройств системы.

Основное назначение рассмотренных решений – обеспечение высокой скорости реакции цифровых систем на изменение состояния системы и внешней среды.

В качестве технических средств, осуществляющих взаимодействие устройств системы, выбраны оптоэлектронные устройства, обеспечивающие малую сложность, высокое быстродействие и малое энергопотребление.

1. Стецюра Г.Г. Уменьшение сложности распределенного полного коммутатора для параллельных систем обработки данных // Автоматика и телемеханика. 2010. № 5. С. 147-154.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

2. Стецюра Г.Г. Отказоустойчивый бесконфликтный распределенный оптоэлектронный коммутатор цифровых устройств // Доклад на ВСПУ-2014.

3. Стецюра Г.Г. Синхронизация взаимодействия цифровых устройств с помощью центра ретрансляции сигналов // Автоматика и телемеханика. 2012. № 5. С. 111-124.

4. IEEE Std 1588™-2008 (Revision of IEEE Std 1588-2002) / IEEE Instrumentation and Measurement Society. 2008. 269 p.

5. Стецюра Г.Г. Способ устранения конфликтов доступа // Журнал радиоэлектроники. 2012. № 5.

http://jre.cplire.ru/jre/may12/7/text.pdf 6. Стецюра Г.Г. Исключение задержки в передаче сообщений при устранении конфликтов доступа // Журнал радиоэлектроники. 2012. № 8. http://jre.cplire.ru/jre/aug12/9/text.pdf 7. Прангишвили И.В., Подлазов В.С., Стецюра Г.Г. Локальные микропроцессорные вычислительные сети. М.: Наука, 1984.176 с.

8. Стецюра Г.Г. Методы совмещения вычислений и передачи данных в мультипроцессорных системах и локальных сетях. М.: ИПУ РАН, 2005. 86 с. http://www.ipu.ru/labs/lab31kom/ggs.zip.

9. Подлазов В.С., Стецюра Г.Г. О потребности в новых логических элементах // Журнал радиоэлектроники 2009. № 6. http://jre.cplire.ru/jre/jun09/2/text.pdf 10. Green W.M., Rooks M.J., Sekaric L., Vlasov Y.A. Ultra-compact, low RF power, 10Gb/s silicon MachZehnder modulator // Optics Express. 2007. Vol. 15, No. 25. Р. 17106-17113.

11. Стецюра Г.Г. Интерферометр Маха-Цандера как средство выполнения быстрых распределенных вычислений // Журнал радиоэлектроники. 2013. № 1. http://jre.cplire.ru/jre/jan13/3/text.pdf 12. Стецюра Г.Г. Совмещение вычислений и передачи данных в системах с коммутаторами // Автоматика и телемеханика. 2008. № 5. С. 170-179.

13. Соколов В.В., Стецюра Г.Г. Организация оптической связи узлов рефлективной памяти // Датчики и системы. 2013. № 8. С. 32-38.

14. Стецюра Г.Г. Способ устранения отказов в оптических средствах обмена данными // Автоматика и телемеханика. 2013. № 6. С. 165-174.

15. Многоточие Стерлинга// Суперкомпьютеры. 2010. № 3. С. 17-20.

16. An architectural blueprint for autonomic computing. Autonomic Computing White Paper / Third Edition.

Hawthorne, New York: IBM. 2005. 32 p.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ



Похожие работы:

«Академик Константин Васильевич Фролов УДК 621 О.В. ЕГОРОВА, Г.А. ТИМОФЕЕВ АКАДЕМИК КОНСТАНТИН ВАСИЛЬЕВИЧ ФРОЛОВ (к 80-летию со дня рождения) Всем, что мне удавалось сделать, я обязан прекрасным людям, работающим вместе со мной, я обязан моим друзьям, я обязан моей замечательной семье. К.В. Фролов Академик РАН Константин Васильевич Фролов (фото 1) родился 22 июля 1932 года в городе Кирове Калужской области в семье служащих. Мать – Фролова Александра Сергеевна, была врачом и работала в...»

«Арбитражный суд Челябинской области Именем Российской Федерации Р Е ШЕ Н ИЕ г. Челябинск 02 февраля 2011 года Дело №А76-19153/2010 Резолютивная часть решения объявлена 26 января 2011 года Решение в полном объеме изготовлено 02 февраля 2011 года Арбитражный суд Челябинской области в составе председательствующего судьи Забутыриной Л.В., судей Гусева А.Г., Костылева И.В. при ведении протокола открытого судебного заседания с использованием средств аудиофиксации секретарем судебного заседания...»

«АДМИНИСТРАЦИЯ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДСКОЙ ОКРУГ ОХИНСКИЙ ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 02.07.2012 № 490. г. Оха Об утверждении Административного регламента предоставления администрацией муниципального образования городской округ Охинский муниципальной услуги Предоставление информации об организации ритуальных услуг и содержании мест захоронения В целях реализации положений Федерального закона от 27.07.2010 № 210-ФЗ Об организации предоставления государственных и муниципальных услуг, в соответствии...»

«ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АРЕНДНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ПРОМСТРОЙПРОЕКТ ПОСОБИЕ 2.91 к СНиП 2.04.05-91 РАСЧЕТ ПОСТУПЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В ПОМЕЩЕНИЯ Главный инженер института И.Б. Львовский Главный специалист Б.В. Баркалов Москва 1993 г. 1. Расчетные формулы. 1. В Пособии рассматриваются поступления теплоты в помещения солнечной радиации и от людей. Другие поступления теплоты следует учитывать по заданиям технологов, опытным или литературным данным. 2. Поступления теплоты, Q Вт, в...»

«48 Электронное научное издание Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление том 9 № 2 (19), 2013, ст. 4 www.rypravlenie.ru УДК 304.9, 330.11 ГАРМОГЕНЕЗ Хохлова Марина Николаевна, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, IT-эксперт специальной рабочей группы Совета Россия–НАТО, IT-эксперт рабочей группы Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ, член экспертной группы Минфина РФ по созданию и развитию государственной интегрированной информационной...»

«WGO Global Guideline Obesity 1 Глобальные Практические Рекомендации Всемирной Гастроэнтерологической Организации Ожирение Авторы обзора: James Toouli (председатель) (Австралия) Michael Fried (Швейцария) Aamir Ghafoor Khan (Пакистан) James Garisch (Южная Африка) Richard Hunt (Канада) Suleiman Fedail (Судан) Davor timac (Хорватия) Ton Lemair (Нидерланды) Justus Krabshuis (Франция) Советник: Elisabeth Mathus-Vliegen (Нидерланды) Эксперты: Pedro Kaufmann (Уругвай) Eve Roberts (Канада) Gabriele...»

«ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ 2(16)/2014 УДК (553.991.061.33+553.98.41):551.782](477.75-14) Лысенко В.И. Перспективы поиска месторождений нефти и газа в Юго-западном Крыму по результатам изучения палеодегазации неогена и геологии региона _ Лысенко Виталий Иванович, кандидат геолого-минералогических наук, доцент Севастопольского филиала МГУ имени М.В. Ломоносова (Крым) E-mail: Niagara_sev@mail.ru Главными критериями наличия нефти и газа в регионах являются процессы углеводородной дегазации недр и...»

«CEDAW/C/SYR/2 Организация Объединенных Наций Конвенция о ликвидации Distr.: General всех форм дискриминации 25 October 2012 English в отношении женщин Original: Arabic Комитет по ликвидации дискриминации в отношении женщин Рассмотрение докладов, представленных государствами-участниками в соответствии со статьей 18 Конвенции о ликвидации всех форм дискриминации в отношении женщин Второй и третий периодические доклады государств-участников Сирия*, ** * Согласно информации, предоставленной...»

«Городское Собрание Сочи Решение от 23 июня 2011 года № 114 О назначении проведения публичных слушаний по проекту решения Городского Собрания Сочи О внесении изменений и дополнений в Устав муниципального образования город-курорт Сочи В соответствии со статьей 28 Федерального закона от 06.10.2003 № 131-ФЗ Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации, Положениями о проведении публичных слушаний и о комиссии по проведению публичных слушаний в муниципальном...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ЛЕСНОМУ ХОЗЯЙСТВУ ПОЛОЖЕНИЕ О ВЫДЕЛЕНИИ И СОХРАНЕНИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ФОНДА ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД В ЛЕСАХ СССР Москва—1982 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ЛЕСНОМУ ХОЗЯЙСТВУ Утверждено приказом председателя Государственного комитета СССР по лесному хозяйству от 13 августа 1982 г. № 112 ПОЛОЖЕНИЕ О ВЫДЕЛЕНИИ И СОХРАНЕНИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ФОНДА ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД В ЛЕСАХ СССР Москва — ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

«УДК 519.6 О ВОПРОСАХ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ КРЫЛОВСКИХ ИТЕРАЦИОННЫХ МЕТОДОВ1 В.П. Ильин В работе рассматриваются математические вопросы многообразных вычислительных технологий методов распараллеливания итерационных процессов крыловского типа для решения больших разреженных симметричных и несимметричных СЛАУ, возникающих при сеточных аппроксимациях многомерных краевых задач для систем дифференциальных уравнений. Характерным примером являются конечно-элементные приближения в газогидродинамических...»

«Городское Собрание Сочи Решение от 28 июля 2011 года № 124 О внесении изменений и дополнений в Устав муниципального образования город-курорт Сочи В целях приведения Устава муниципального образования город-курорт Сочи в соответствие с действующим законодательством, руководствуясь пунктом 1 части 10 статьи 35, частью 3 статьи 44 Федерального закона от 06.10.2003 № 131-ФЗ Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации, статьей 27 Устава города Сочи, Городское...»

«Frgor och svar om ekonomiskt bistnd versttning till ryska Artikelnummer 2006-114-6 Вопросы и ответы о материальной помощи (социальном пособии) Короткие ответы на самые обычные вопросы Если ты хочешь получить более подробную информацию, свяжись с социальной службой твоей коммуны или загляни в рубрику Другие вопросы. Куда мне обратиться? В социальную службу той коммуны, где ты живёшь. Если ты временно находишься в другой коммуне и тебе нужна срочная помощь, ты можешь обратиться в коммуну, в...»

«Серия КЛАССИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТСКИЙ УЧЕБНИК основана в 2002 году по инициативе ректора М Г У им. М.В. Ломоносова а к а д е м и к а Р А Н В.А. С а д о в н и ч е г о и посвяшена 250-летию Московского университета http://geoschool.web.ru КЛАССИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТСКИЙ У Ч Е Б Н И К Редакционный совет серии Председатель совета ректор Московского университета В.А. С а д о в н и ч и й Члены совета: Виханский О. С, Голиченков А.К.,|Гусев М.В.| А о б р е н ь к о в В.И., Д о н ц о в АТИ.,'~~ Засурский...»

«AЛEMAР Управляющая Компания 19 – 23 марта 2007 Еженедельный отчет о работе паевых фондов Алемар – индекс ММВБ Алемар – фонд акций Алемар – активные операции Алемар – фонд облигаций Алемар – сбалансированные инвестиции Позитивные комментарии ФРС вызвали взлет котировок акций по всему миру. ЕЖЕНЕДЕЛЬНЫЙ ОТЧЕТ О РАБОТЕ ПАЕВЫХ ФОНДОВ УК АЛЕМАР 19 – 23 МАРТА 2007 Открытый паевой инвестиционный индексный фонд Алемар – индекс ММВБ Комментарий Статистика фонда За прошедшую неделю фонд Алемар – индекс...»

«llLfou, Ulpufliag EjcaraPamaoi Неизреченная Песнь Безусловной Красоты алмлхлл, 1, 2 УДК 294.118 ББК 86.39 В96 Вьяса Ш.Д. В96 Шримад Бхагаватам. Книга 1,2. / Ш.Д. Вьяса. — М.: Амрита-Русь, 2008. — 336 с.: ил. ISBN 978-5-9787-0225-5 В Ведах определены четыре цели человеческой жизни — здоровье, материальное благополучие, честное имя и свобода — и изложены способы их достижения. Но, записав Веды, античный мудрец Вьяса пришел к выводу, что ничто из вышеперечисленного не делает человека счастливым. И...»

«f /Е. В. Васьковскій. Ю^ІІРОВ^ТЬ ? УЧЕБНИКЪ ГРАЩІНСБІГІІРОІБССІ. МОСКВА. ИЗДАНІЕ БР. БАШМАКОВЫХЪ. 1914. и Н-ЗГ 2007061714 Тнпо-лит. Т-ва И. Н. КУШНЕРЕВЪ и К®. Пименовская ул., соб. д. Москва—1914. # ПРЕДИСЛОВІЕ. Настоящій Учебникъ, предназначенный слулшть руковод• ствомъ къ первоначальному ознакомленію съ устройствомъ и дятельностыо руссішхъ гражданскихъ судовъ, представляетъ собою извлечете изъ Курса гражданскаго процесса, первый томъ ісотораго кзданъ авторомъ въ протломъ году, а второй...»

«ПОДГОТОВКА ПРОБ Каталог расходных материалов ПОДГОТОВКА ПРОБ ДЛя ХРОМАТОГРАФИИ Надежное извлечение и концентрация проб из сложных матриц Подготовка проб имеет решающее значение для успеха хроматографического процесса. Правильная пробоподготовка продлевает срок службы колонок, снижает необходимость повторного отбора проб и сводит к минимуму помехи, которые могут стать причиной некачественного разделения, обнаружения и количественного определения аналита. Agilent предлагает самый полный спектр...»

«А/64/48 Организация Объединенных Наций Доклад Комитета по защите прав всех трудящихся-мигрантов и членов их семей Девятая сессия (24-28 ноября 2008 года) Десятая сессия (20 апреля - 1 мая 2009 года) Генеральная Ассамблея Официальные отчеты Шестьдесят четвертая сессия Дополнение № 48 (А/64/48) А/64/48 Генеральная Ассамблея Официальные отчеты Шестьдесят четвертая сессия Дополнение № 48 (А/64/48) Доклад Комитета по защите прав всех трудящихся-мигрантов и членов их семей Девятая сессия (24-28...»

«А. И. КРУГЛОВ ХРОНИКА ХОЛОКОСТА В УКРАИНЕ 1941 – 1944 гг. 2004 ББК УДК Авторский знак Рекомендация к печати? Об авторе? Рецензенты? Круглов А.И. Хроника Холокоста в Украине. – Запорожье: Премьер, 2004. – 208 с. ISBN 966-685-135-0 Аннотация? ББК _ УДК _ ISBN 966-685-135-0 © Круглов А.И., 2004. © Издательство Премьер, 2004. ВВЕДЕНИЕ Украина – одно из государств Восточной Европы, еврейское население которого понесло едва ли не самые большие жертвы (несколько уступая только Польше) в период Второй...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.