Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано для построения распределенных измерительно-управляющих систем с многопользовательским удаленным доступом к объектам исследования, средствам управления и измерения.

Известен «Способ тестирования территориально удаленных объектов» по патенту РФ №2406140, который включает передачу сформированного задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей, передачу очередного задания с сетевого сервера на измерительный сервер, сопряженный с тестируемым объектом, измерение под его управлением значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя. Данный способ реализуется с помощью распределенной измерительно-управляющей системы и определяет способ функционирования таких систем.

Данный способ обеспечивает сокращение времени реакции (или времени ответа согласно терминологии [Л. Кляйнрок. Вычислительные системы с очередями. Перевод с английского под редакцией д-ра техн. наук Б.С. Цыбакова / Издательство «Мир», Москва. 1979]) распределенной измерительно-управляющей системы на запросы пользователей за счет повышения ее пропускной способности. Недостатком способа является его низкая эффективность в распределенных измерительно-управляющих системах, реализующих измерения, не состоящие преимущественно из совокупности одинаковых измерительных циклов - циклов усреднения, варьированием числа которых достигается технический результат изобретения.

Наиболее близким к заявляемому является «Способ функционирования распределенных измерительно-управляющих систем» по патенту РФ №2468420, который включает формирование на персональной ЭВМ пользователя задания на управление объектом и измерения, передачу задания с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей в порядке их поступления, разбиение заданий на последовательно выполняемые блоки заданий фиксированной длины (с фиксированным числом заданий в блоке), выбор и передачу из очередного блока на измерительно-управляющий сервер, сопряженный с объектом, задания с наименьшем временем на изменение состояния объекта относительно его текущего состояния, формирование с его помощью сигналов управления и при необходимости - сигналов тестирования, вывод их через средства сопряжения на объект, проведение измерений и передачу их результатов через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя.

Данный способ также обеспечивает сокращение времени реакции распределенной измерительно-управляющей системы на запросы пользователей за счет повышения ее пропускной способности, но достигается оно путем сокращения времени на реконфигурирование объекта. Недостатком способа является его низкая эффективность в распределенных измерительно-управляющих системах, время реконфигурирования объекта которых не зависит от его предыдущего состояния и является, например, фиксированной величиной.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности распределенных измерительно-управляющих систем путем сокращения времени реакции их на запросы пользователей в тех случаях, когда в силу специфики используемых измерений и объектов применение ранее известных способов в таких системах малоэффективно.

Поставленная задача решается тем, что в способе функционирования распределенных измерительно-управляющих систем, включающем формирование на персональной ЭВМ пользователя задания на управление объектом и измерения, передачу задания с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей в порядке их поступления, разбиение заданий на последовательно выполняемые блоки с фиксированным числом заданий в блоке, выбор и передачу заданий из очередного блока на измерительно-управляющий сервер, сопряженный с объектом, формирование с его помощью сигналов управления и при необходимости - сигналов тестирования, вывод их через средства сопряжения на объект, проведение измерений и передачу их результатов через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя, согласно изобретению, на измерительно-управляющем сервере фиксируют время выполнения ранее не выполнявшихся заданий, заносят его в массив значений времени выполнения заданий на сетевом сервере, а задания из очередного блока для передачи на измерительно-управляющий сервер выбирают в порядке возрастания времени их выполнения.

На фигуре 1 приведена возможная структурная схема системы, реализующей заявляемый способ.

Система содержит персональные ЭВМ пользователей 1₁, 1₂, …, 1_m, соединенные через компьютерную сеть с сетевым сервером 2, к которому подключен измерительно-управляющий сервер 3, соединенный через устройство сопряжения 4, и исполнительное устройство 5 с объектом 6.

Функционирование распределенной измерительно-управляющей системы по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. С персональной ЭВМ пользователя 1₁, 1₂, …, 1_m (m - число пользователей системы) через компьютерную сеть на сетевой сервер 2 передается представленное в цифровом виде задание на измерения и управление объектом 6, которое в порядке поступления записывается сетевым сервером 2 в очередь заданий других пользователей, формируемую им в виде блоков, содержащих одинаковое (фиксированное) число заданий L. В задании указываются управляемые параметры объекта и их значения, необходимые для изменения его состояния, вид и параметры тестового воздействия.

Каждое из заданий в формируемом сетевым сервером 2 блоке заданий

имеет свое время (длительность) выполнения tⁿ на измерительно-управляющем сервере 3, где n=1, 2, …, L - номер задания в блоке в порядке его поступления.

Сетевой сервер 2 на основе информации о времени (длительности) выполнения имеющихся в очереди заданий, поступающей с измерительно-управляющего сервера 3, выбирает из очередного исполняемого блока заданий то, которое имеет минимальное время выполнения среди имеющихся в блоке. Математически алгоритм поиска номера q очередного извлекаемого из очереди задания можно представить следующим выражением:

Массив значений времени выполнения заданий может быть задан на измерительно-управляющем сервере 3 разработчиком системы или сформирован в процессе функционирования распределенной измерительно-управляющей системы автоматически. В этом случае на измерительно-управляющем сервере 3 для каждого нового, ранее не выполнявшегося задания, поступающего с сетевого сервера 2, фиксируется время его выполнения и заносится в массив значений времени выполнения заданий, который в дальнейшем передается на сетевой сервер 2 для его использования при извлечении имеющихся в очереди заданий.

Под управлением измерительно-управляющего сервера 3 в соответствии с извлекаемым заданием синтезируются в цифровом виде управляющее и тестовое воздействия. Цифровое управляющее воздействие выводится на исполнительное устройство 5, которое преобразует его в физическое воздействие на объект 6, изменяющее его (объекта 6) состояние, например, с помощью управляемых ключей, приводов, нагревателей и т.п. Цифровое тестовое (измерительное) воздействие выводится на устройство сопряжения 4 и преобразуется с помощью встроенного в это устройство цифроаналогового преобразователя (ЦАП) в последовательность аналоговых тестовых сигналов, воздействующих на объект 6.

Одновременно с выводом последовательности тестовых воздействий через устройство сопряжения 4 осуществляется синхронизированный ввод в измерительно-управляющий сервер 3 откликов объекта 6 с одной или нескольких точек съема, оцифрованных встроенным в устройство сопряжения 4 аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Полученные результаты измерений, проводимых под управлением измерительно-управляющего сервера 3, через сетевой сервер 2 передаются на персональную ЭВМ пользователя 1₁, 1₂, …, 1_m и несут информацию о параметрах и характеристиках объекта 6, отвечающих его установленному состоянию.

После обработки текущего (очередного) блока заданий система автоматически переходит к обслуживанию заданий, размещенных в порядке поступления их в следующем блоке.

Технический результат изобретения поясним на конкретном примере.

Предположим, что время выполнения каждого n-го задания составляет k временных интервалов фиксированной длительности Δt:

,

где k - любое целое положительное число.

Предположим, что в очередном блоке с числом заданий L=5 в текущий момент времени содержатся задания со следующими значениями времени выполнения : , , , , , n=1, 2, 3, 4, 5, k=3, 9, 4, 8, 1.

Среднее время выполнения этих заданий определяется как:

.

Каждому заданию в пределах рассматриваемого блока соответствует определенное время пребывания в очереди до передачи его на измерительно-управляющий сервер 3 (или время ожидания выполнения согласно терминологии [Л. Кляйнрок. Вычислительные системы с очередями. Перевод с английского под редакцией д-ра техн. наук Б.С. Цыбакова / Издательство «Мир», Москва. 1979, с. 315]). Для первого задания это время равно нулю:

.

При передаче на измерительно-управляющий сервер 3 заданий в порядке n их поступления на сетевой сервер время пребывания в очереди второго извлекаемого задания равно времени выполнения первого задания :

.

Для третьего извлекаемого задания время пребывания в очереди определяется суммой времен выполнения двух предыдущих заданий и :

.

Для четвертого и пятого заданий имеем:

;

.

Временная диаграмма, иллюстрирующая обработку заданий в рассматриваемом блоке в соответствии с порядком их поступления на сетевой сервер, представлена на фигуре 2.

Среднее время пребывания в очереди заданий данного блока t_{оч_ср} составит:

.

Среднее значение времени реакции t_{реакц_ср} распределенной измерительно-управляющей системы на запрос пользователя определяется выражением:

t_{реакц_ср}=t_{вып_ср}+t_{оч_ср}.

Среднее время реакции системы на задания в рассматриваемом блоке:

t_{реакц_ср}=t_{оч_ср}+t_{вып_ср}=11·Δt+5·Δt=16·Δt.

Критерию выбора заданий из очереди (1) в соответствии с заявляемым способом соответствует следующий порядок их извлечения : , , , , , q=5, 1, 3, 4, 2.

Время пребывания заданий в очереди в этом случае определяется следующим образом:

;

;

;

;

.

Временная диаграмма, иллюстрирующая обработку заданий в рассматриваемом блоке в соответствии с порядком, определяемым заявляемым способом, представлена на фигуре 3.

Среднее время пребывания заданий в очереди в ожидании выполнения при применении заявляемого способа составит:

.

В пределах рассматриваемого блока среднее время выполнения заданий остается неизменным и составляет .

В соответствии с этим среднее время реакции системы на задания рассматриваемого блока:

.

Эффективность предлагаемого способа функционирования системы определяется отношением R среднего времени реакции распределенной измерительно-управляющей системы, функционирующей по известному способу и по предлагаемому способу:

.

В данном случае оно составляет:

.

Аналогично можно показать, что другой исходной последовательности тех же заданий : , , , , соответствует еще более высокая эффективность способа R=1,67.

Выбор числа заданий в блоке L выполняется, исходя из условия не превышения некоторого максимального времени пребывания заданий в очереди в пределах исполняемого блока заданий. Оно определяется при разработке или настройке системы с учетом решаемых ею задач.

Таким образом, при использовании заявляемого способа происходит улучшение одного из важных показателей распределенной измерительно-управляющей системы - среднего времени ее реакции на запросы пользователя в пределах блока заданий, которое сокращается в R раз по сравнению с известным способом. Данный факт позволяет судить о решении положенной в основу изобретения задачи.