ЖУРНАЛ СТА №4/2000

Ч то такое F ieldвus ? Так пишется оригинальный термин, который в русском переводе звучит как «промышленная сеть». Fieldbus — это не какойто определенный протокол передачи данных и не тип сетевой архи- тектуры, этот термин не принадлежит ни одной отдельно взятой компании и обозначает скорее сферу применения, чем какуюлибо конкретную сетевую технологию. Промышленные сети — это сегмент рынка, где сталкиваются интересы крупнейших корпораций, со- здаются и внедряюстя самые передовые технологии, ведется война стандартов, появляются новые участники и стара- ются удержаться старые. Промышлен- ная сеть — это среда передачи данных, которая должна отвечать множеству разнообразных, а зачастую противоре- чивых требований. Промышленная сеть — это набор стандартных прото- колов обмена данными, позволяющих связать воедино оборудование различ- ных производителей, а также обеспе- чить взаимодействие нижнего и верх- него уровней АСУ. Наконец, промыш- ленная сеть — это образ мысли инже- нера, определяющий конфигурацию и принципы построения системы. От то- го, какая сетевая архитектура выбира- ется сегодня, будут зависеть не только затраты на создание системы, но и срок ее жизни, ее способность к развитию, то есть, как принято сейчас говорить, интегральная стоимость владения. Давайте попробуем сформулировать лишь некоторые основные требования, которые можно предъявить к «идеаль- ной» промышленной сети. 1. Производительность. 2. Предсказуемость времени доставки информации. 3. Помехоустойчивость. 4. Доступность и простота организации физического канала передачи данных. 5. Максимальный сервис для приложе- ний верхнего уровня. 6. Минимальная стоимость устройств аппаратной реализации, особенно на уровне контроллеров. 7. Возможность получения «распреде- ленного интеллекта», путем предо- ставления максимального доступа к каналу нескольким ведущим узлам. 8. Управляемость и самовосстановле- ние в случае возникновения нештат- ных ситуаций. Как видно, в получившемся списке первое требование противоречит вто- рому, третье — четвертому и так далее. Более того, подобные противоречия приходится обходить постоянно и на всех уровнях проектирования, начиная с того, какой формат пакета передачи данных выбрать: тот, который позволит осуществлять расширенное управле- ние сетью и удаленную загрузку, или тот, который обеспечит максимально быструю работу с большим числом дискретных сигналов, заканчивая ре- шением философской проблемы, что лучше: применить не самое современ- ное, но проверенное годами решение, или применить кажущееся блестящим и современным решение, которое по- чемуто оказывается дороже и еще до сих пор не применяется на предприя- тииконкуренте. Таким образом, можно полагать, что промышленная сеть — суть один боль- шой компромисс. И от того, как рас- ставлены акценты в этом компромиссе, зависит успешность решения задач, стоящих перед сетевой архитектурой. К промышленным сетям вполне приме- нимы результаты теоретических изыс- каний в области коммуникационных сетей общего назначения, поэтому ста- новятся вполне понятными постоян- ные ссылки на Модель взаимодействия открытых систем (Open System Intercon- nection model), принятую Международ- ной организацией по стандартизации (ISO). Уместно напомнить назначение всех семи уровней этой модели. Попро- буем кратко проанализировать приве- денные далее сетевые решения именно с этой точки зрения. А именно, постара- емся понять, для решения каких основ- ных задач создавались эти сети, чем раз- работчики жертвовали, что выдвигали на первый план и какие возможности это дает конечным пользователям. Э кскуРс в теоРию Предлагаю выделить три наиболее значимых параметра, по которым мож- но некоторым образом сравнивать сети и которые послужат основой для даль- нейшей классификации, а именно: то- пология сети, объем информационно- го сервиса, предоставляемого сетью, и способ доступа к физическому кана- лу передачи данных. топология сети Наиболее распространенный тип се- тевой топологии — это общая шина. Основное преимущество — простота и дешевизна, легкость переконфигури- рования. Не боится отключения или подключения устройств во время ра- боты. Хорошо подходит для сильно распределенных объектов. Имеет ряд «генетических» недостатков, а именно: присутствие в каждой точке сети обще- го трафика, опасность потери связи при одиночном обрыве канала связи или фатальном выходе из строя одного узла. Топология типа «кольцо» очень по- пулярна со времен выхода на рынок сети Token Ring фирмы IBM. Исполь- зование протокола с циклической пе- редачей маркера (IEEE802.5) позволя- ет сетям с такой топологией обеспе- чить абсолютную предсказуемость и хорошую пропускную способность. Основными недостатками топологии являются высокая стоимость органи- зации канала связи, нерациональное (в большинстве случаев) использова- ние сетевого трафика и потеря всей синхронизации сети в случае сбоя и отключения хотя бы одного из узлов. Топология «звезда», являясь логичес- ким продолжением моноканала, обеспе- чивает дополнительную защиту всей сети от выхода из строя или отключения узлов, позволяет существенно оптими- зировать трафик, передавая пакеты толь- ко в те «лучи», где находятся их получа- тели. Последнее особенно существенно для сетей, где допускаются коллизии. Полнота информационного сервиса Существует хорошо известная модель Международной организации по стан- дартизации (ISO/OSI), призванная раз- граничить и формализовать функции, выполняемые различными уровнями аппаратного и программного обеспече- ния сетевой структуры. Данная модель определяет семь уровней сервиса, пре- доставляемого сетью (таблица 1). На физическом уровне определяются физические характеристики канала связи и параметры сигналов. Канальный уровень формирует ос- новную единицу передаваемых дан- ных — пакет и отвечает за дисциплину доступа устройства к каналу связи (Medium Access Control) и установле- 79 СТА 4/2000 www.cta.ru в зАПИСную кнИжк у ИнжЕнЕ РА Òàáëèöà 1. Óðîâíè, îïðåäåëÿåìûå ìîäåëüþ âçàèìîäåéñòâèÿ îòêðûòûõ ñèñòåì (ISO-Open System Interconnection Model) Application 7 Ïðèêëàäíîé óðîâåíü Presentation 6 Óðîâåíü ïðåäñòàâëåíèÿ Session 5 Óðîâåíü ñåññèé Transport 4 Òðàíñïîðòíûé óðîâåíü Network 3 Ñåòåâîé óðîâåíü Data Link 2 Êàíàëüíûé óðîâåíü Physical 1 Ôèçèчåñêèé óðîâåíü