Информационно-измерительная система

Информационно-измерительная система

Информационно-измерительная система

Содержание

Введение

Исходные данные

. Определение типа топологии сети

. Анализ зависимости относительной суммарной длины линии связи от взаимного расположения объектов первой и второй ступени

. Анализ зависимости суммарной длины линий связи от числа ступеней

. Оценка показателей надежности ИИС

. Оценка эффективности иерархической ИИС

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Целью данной курсовой работы является анализ информационно-измерительной системы (ИИС), определение типа топологии и оптимального пространственного расположения объектов ИИС, при котором минимизируется суммарная длина линий связи, и надежности.

Особенностями информационно-измерительных систем (ИИС) нового поколения являются:

расширение функциональных возможностей в отношении сбора, адаптации, распределения, за счет перепрограммирования в процессе обработки формируемых массивов измерительной информации и управления сложными автоматическими комплексами и системами;

повышение таких показателей, как точность и достоверность измерений, за счет усреднения и статистической обработки измерительных данных с учетом влияния внешних факторов.

Исходные данные

На рисунке 1 изображена конфигурация системы связи трёхступенчатой иерархической структуры ИИС.

Рисунок 1 - Конфигурация сети связей трехступенчатой структуры ИИС

₂ = 10 м - расстояние от 1-й до 2-й ступени; ₃ =15 м - расстояние от 1-й до 3-й ступени;

l₀ = 5 м - среднее расстояние между объектами;

l_y = 15 м - расстояние от центрального органа управления до объектов I ступени;

λ₁ = с^-1 - интенсивность отказов объектов первой ступени;

λ₂ = с^-1 - интенсивность отказов объектов 2-й ступени;

λ₃ = λ_цо =  с^-1 - интенсивность отказов объектов 3-й ступени;

λ_пл = с^-1 - интенсивность отказов промежуточных линий связи;

λ_л = с^-1 - интенсивность отказов линий связи центрального управления;

X₁₁ = 10₁₂ = 15     - координаты объектов первой ступени по оси OX;

X₂₁ = 5₂₂ = 10

X₂₃ = 25 -        координаты объектов второй ступени по оси OX;

X₂₄ = 30₂₅ = 35

X₃₁= 25     - координата объекта третьей ступени по оси OX

X₃₂= 30

информационный измерительный сеть

1. Определение топологии сети

Данная сеть является:

по степени территориальной рассредоточенности - локальной вычислительной сетью;

по способу управления - сеть с централизованным управлением;

по организации передачи информации - сеть с маршрутизацией информации;

по топологии данная сеть относится к классу последовательных, типу последовательных сетей - иерархическому.

. Анализ зависимости относительной суммарной длины линии связи от взаимного расположения объектов первой и второй ступени

Линия связи является одним из самых дорогостоящих элементов ИИС и во многом определяют затраты на построение системы и ее надежность.

На рисунке 1 представлена конфигурация системы связи трехступенчатой иерархической структуры ИИС. Если расположения объектов первой ступени задано топологией предприятия, то возникает задача оптимального размещения объектов второй и третей ступеней, при котором достигается минимальная суммарная длина линий связи.

Рисунок 1 - Конфигурация сети связей трехступенчатой структуры ИИС

Совместим объекты первой ступени с осью Х прямоугольной системы координат и обозначим расстояние до второй и третей ступени соответственно l₂ и l₃. Положение каждого объекта в прямоугольной системе координат задается двумя параметрами. Обозначим их для объектов первой ступени x_1i, y_1i=0 второй ступени x_2j, y_2j и для объектов третей ступени x₃, y₃.

l1 = 0 м - расстояние между объектами 1-й ступени;

l2 = 10 м - расстояние между 1-й и 2-й ступенями;

l3 = 15 м - расстояние между 1-й и 3-й ступенями.

Суммарная длина линий связи между объектами первой и второй ступеней определяется:

, (1)

а между объектами второй и третей ступеней

 (2)

Общая длина линий связи ИИС

 (3)

В большинстве случаев координаты объектов первой и третей ступеней заданы топологией предприятия и существующей системой управления, поэтому возникает задача оптимального размещения объектов второй ступени, при котором минимизировалась бы общая длина линий связи L.

Обозначим l₂/l₃=a. При a=1 имеет место двухступенчатая централизованная структура, при которой длина L достигает максимального значения, таким образом, при изменении а от нуля до единицы общая длина линий связи будет также изменятся.

Обозначив y_2j=l₂, y₃=l₃, получим:

 (4)

 (5)

 (6)

При а=1 длина L достигает максимального значения

 (7)

 м

Общая длина линии связи

 (8)

 м

 (9)

 (10)

Рисунок 2 - График зависимости f(a) = L/L_m

Видно, что для минимизации общей длины линии связи иерархической структуры, объекты второй ступени должны располагаться как можно ближе к объектам первой ступени. Заметное возрастание общей длины линий связи начинается при l₂/l₃>0.4.

Общая длина линий связи для заданной ИИС L = 70,934 м, L_m = 146,991 м.

. Анализ зависимости суммарной длины линий связи от числа ступеней

Общая длина линий связи зависит также от числа ступеней р и коэффициента ветвления к иерархической структуре. Количество ступеней р и коэффициент ветвления связаны между собой соотношением

, (11)

где n₁ - количество объектов первой ступени.

Общая длина линий связи находится суммированием длины линий связи по всем ступеням:

 (12)

где l_i - суммарная длина линий связи i-ступени.

Длина линий связи каждой ступени определяется как:

. (13)

Общая длина линий связи:

. (14)

Общая длина линий связи для трёхступенчатой структуры:

При р = 2 общая длина линий связи максимальна:

Из графика на рисунке 3 видно, что уже четырехступенчатая иерархическая структура дает существенный выигрыш в сокращении суммарной длины линий связи.

Рисунок 3 - График зависимости L(р)/L(2) = f(p)

Дальнейшее увеличение числа ступеней р приводит к возрастанию общего количества объектов, что снижает надежность ИИС.

. Оценка показателей надёжности ИИС

Важным показателем надежности системы является среднее время безотказной работы.

Многоступенчатая иерархическая структура системы приводит к возрастанию числа объектов и, следовательно, к возрастанию числа объектов системы в целом. При оптимальном распределении функций между ее ступенями надежность функционирования объектов управления возрастает.

Определим зависимость среднего времени Т₀ безотказной работы системы от надежности объектов ступеней.

Обозначим интенсивность отказов объектов каждой ступени соответственно λ1, λ2, λ3. Определим Т0 по методике оценивания надежности многокомпонентных систем. Будем считать, что объекты ступеней иерархической структуры могут находиться в двух состояниях: 1 - рабочее состояние ступени; 0 - отказ ступени. При этом условии трехступенчатая иерархическая система может находиться в семи состояниях. Для этих состояний имеем:

λ₁ = с^-1;

λ₂ = с^-1;

λ₃ = λ_цо =  с^-1;

λ_пл = с^-1;

λ_л = с^-1.

Учитывая, что

, (15)

Найдём общее время безотказной работы:

 (16)

Центральный орган управления представляет собой III ступень иерархии и более надежен, чем объекты нижестоящих ступеней.

Пусть

Пусть

Полагаем, что , тогда формула для Т0 принимает вид:

где λ_Ц0 = λ₃ - интенсивность отказов ЦОУ.

На рисунке 4 представлен график зависимости относительного времени безотказной работы иерархической ИИС от значения коэффициента а.

График зависимости относительного времени безотказной работы иерархической ИИС от значения коэффициента а представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - График зависимости относительного времени безотказной работы иерархической ИИС от значения коэффициента а

Из графика видно, что наиболее сильно время безотказной работы ИИС снижается при возрастании интенсивности отказов нижних ступеней в два - четыре раза по сравнению с интенсивностью отказов ЦОУ. Чем ближе интенсивность отказов нижних ступеней к интенсивности отказов ЦОУ, тем надежнее работает система.

Время безотказной работы для данной ИИС T₀ = 9,031 ч.

. Оценка эффективности иерархической ИИС

Для оценки эффективности иерархической структуры сравним надежность этой структуры с надежностью централизованной системы.

В качестве показателя надежности принимаем вероятность безотказной работы:

 (17)

где λ - интенсивность отказов системы.

Если в системе имеется n₁ объектов управления I ступени, то централизованная система содержит n₁ линий связи и ЦОУ. Надежность работы этой системы:

, (18)

гдеP_ЦО(t) - вероятность безотказной работы ЦОУ;

P_Л(t) - вероятность безотказной работы линий связи.

Иерархическая структура содержит n_П.О. промежуточных объектов и n_П.Л. промежуточных линий связи. Надежность ее работы оценивается выражением

 (19)

Формально по критерию надежности иерархическая структура эффективна при выполнении условия:

 (20)

Определим показатели элементов иерархической структуры, при которых условие (20) будет выполняться.

С учетом (17) имеем

 (21)

Количество промежуточных объектов управления

 (22)

Наибольшей надежностью обладает ЦОУ, поэтому примем допущение

 (23)

то есть интенсивность отказов промежуточных объектов в а раз больше интенсивности отказов ЦОУ.

Промежуточные линии связи более короткие, чем линии связи централизованной системы, поэтому их надежность выше:

 (24)

Из условия определяются требования к надежности промежуточных объектов и линий связи иерархической структуры:

; (25)

 (26)

Построим зависимость a(k1) и b(k1) при числе ступеней p = 3.

Рисунок 5 - Графики зависимостей a = f(K) и b = f(K)

Анализ графиков показывает, что с ростом коэффициента ветвления иерархической структуры допускается снижение требований к надежности промежуточных объектов и линий связи

Построим зависимость a(p1) и b(p1) при постоянном коэффициенте ветвления k = 1,141(из пункта 3).

 (27)

 (28)

Рисунок 6 - Графики зависимостей a = f(p) и b = f(p)

Анализ графика показывает, что с увеличением числа ступеней надежность промежуточных объектов и линий связи необходимо повышать.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы можно сделать следующие выводы:

для минимизации общей длины линий связи иерархической структуры, объекты второй ступени должны располагаться как можно ближе к объектам первой ступени;

при исследовании зависимости величины относительной суммарной длины линий связи от числа ступеней было выявлено, что увеличение числа ступеней иерархической структуры снижает надежность ИИС, но уменьшает суммарную длину линий связи;

исследование зависимости величины относительного времени безотказной работы иерархической ИИС от величины коэффициента, определяющего связь между надежностью уровней ИИС, показало, что время безотказной работы ИИС снижается при возрастании интенсивности отказов нижних ступеней по сравнению с интенсивностью отказов ЦОУ до определённого значения. После этого значения время безотказной работы снижается незначительно и не зависит от взаимного соотношения уровней ИИС.

расчеты показали, что одной из реализаций данной системы является введение объектов управления между первой и второй ступенью системы (преобразование системы в четырехступенчатую), что приведёт к некоторой потере надежности системы, зато даст существенное уменьшение суммарной длины линий связи, но дальнейшее увеличение ступеней нецелесообразно, так как приведет к значительной потере надежности. Окончательный выбор варианта системы определяется требованиями к ней и условиями эксплуатации.

Список используемой литературы

1. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. - М.: Мир, 1990.-510 с.

. Ларионов А.М., Майоров C.A., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы, системы и сети. - Л.: Энергоиздат, 1985

. Пятибратов А.П. Вычислительные машины, системы и сети.- М.: Финансы и статистика, 1991.-400с.

. Чуркин В.И. Проектирование вычислительных сетей. Учебное пособие.- Санкт- Петербург: СПИАП, 1992. - 86 с.

. Щербо В.К. Стандарты вычислительных сетей. Взаимосвязи сетей. Справочник. - М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000. - 272с.