Ένα στατικό μοντέλο κατανεμημένης αρχιτεκτονικής. Διαχείριση διανεμημένου επιπέδου αρχιτεκτονικής αποθήκευσης

βασισμένο σε L-Net επαναδιαμορφώσιμο περιβάλλον υπολογιστών πολλαπλών αγωγών

Ένα από τα επείγοντα καθήκοντα στον τομέα των συστημάτων ελέγχου είναι η ανάπτυξη λογισμικού για κατανεμημένα ανθεκτικά σε σφάλματα συστήματα ελέγχου. Οι λύσεις που υπάρχουν σήμερα σε αυτόν τον τομέα είναι ιδιόκτητες, ως εκ τούτου, ακριβές και όχι πάντα αποτελεσματικές.

Αυτές οι λύσεις δεν προβλέπουν την αποτελεσματική χρήση πόρων περιττών βάσεων, τεχνικού και λογισμικού, που επηρεάζει αρνητικά τόσο την ανοχή σφαλμάτων όσο και την επεκτασιμότητα τέτοιων λύσεων. Εάν παραβιαστεί η αρχιτεκτονική του δικτύου, δεν υπάρχει πιθανότητα δυναμικής αναδιάρθρωσης τόσο των διαδικασιών επεξεργασίας πληροφοριών όσο και της μετάδοσης ροών δεδομένων (έλεγχος και πληροφορίες). Η χρήση συγκεκριμένων μικροελεγκτών, η χρήση DCS / SCADA περιπλέκει την ανάπτυξη και υποστήριξη συστημάτων, την επέκταση της λειτουργικότητάς τους.

Κατανεμημένη αρχιτεκτονική συστήματος ελέγχου

Η γενικευμένη τυπική αρχιτεκτονική ενός κατανεμημένου συστήματος ελέγχου (DCS) περιλαμβάνει τρία ιεραρχικά συναφή επίπεδα: επίπεδο χειριστή, επίπεδο ελέγχου και επίπεδο I / O (βλ. Εικ. 1).

Το κύριο καθήκον του επιπέδου του χειριστή είναι να παρέχει μια διεπαφή ανθρώπου-μηχανής (HMI) για να διασφαλίσει τη διαμόρφωση και τον έλεγχο της λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος. Το επίπεδο ελέγχου είναι υπεύθυνο για τη λήψη και την επεξεργασία δεδομένων από αισθητήρες, τη μετάδοση δεδομένων στο επίπεδο του χειριστή και τη δημιουργία ενεργειών ελέγχου στους ενεργοποιητές. Το επίπεδο I / O αντιπροσωπεύει αισθητήρες και ενεργοποιητές που συνδέονται απευθείας με το ελεγχόμενο αντικείμενο.

Το έργο του λογισμικού, στο πλαίσιο της γενικευμένης αρχιτεκτονικής του DCS, είναι να διασφαλίσει τη λειτουργία του επιπέδου του χειριστή και τη σύνδεσή του με το επίπεδο ελέγχου του συστήματος. Κατά συνέπεια, το θεμελιώδες επίπεδο στη σχεδίαση λογισμικού και στην επίλυση θεμάτων της αλληλεπίδρασής του με το υλικό είναι το χειριστή. Το λογισμικό πρέπει να αξιοποιεί στο έπακρο τους διαθέσιμους πόρους υλικού του συστήματος ενώ είναι όσο το δυνατόν πιο ανεξάρτητος από την εσωτερική αρχιτεκτονική του υλικού.

Το υλικό παρέχει υπολογιστικούς πόρους, μνήμη και μέσα επικοινωνίας μεταξύ κόμβων σε ένα σύστημα. Κατά το σχεδιασμό της γενικής αρχιτεκτονικής του συστήματος, δεν λαμβάνονται υπόψη οι συγκεκριμένοι κόμβοι του επιπέδου I / O που θα συνδεθούν σε αυτό σε μια συγκεκριμένη υλοποίηση · επομένως, το επίπεδο χειριστή και το επίπεδο ελέγχου λαμβάνονται υπόψη στη γενική αρχιτεκτονική. Το υλικό πρέπει να είναι ευρέως διαδεδομένο, να συμμορφώνεται με τα σύγχρονα πρότυπα και να διαθέτει όλες τις ιδιότητες και τις δυνατότητες που απαιτούνται για την εφαρμογή της αρχιτεκτονικής.

Απαιτήσεις DCS

Οι απαιτήσεις για το DCS ισχύουν όχι μόνο για το σύστημα στο σύνολό του, αλλά και για τα εξαρτήματα του υλικού και του λογισμικού ξεχωριστά, καθώς οι συγκεκριμένες προσεγγίσεις για την ικανοποίηση αυτών των απαιτήσεων για αυτά τα στοιχεία μπορεί να είναι θεμελιωδώς διαφορετικές. Το DCS πρέπει, καταρχάς, να είναι ανεκτικό σε σφάλματα. Η απλούστερη μέθοδος αύξησης της ανοχής σφαλμάτων είναι ο πλεονασμός (επανάληψη) των λειτουργικών μονάδων ή του συνόλου τους. Η δεύτερη σημαντική ιδιότητα είναι η δυνατότητα κλιμάκωσης. Η δυνατότητα κλιμάκωσης βασίζεται στην εφαρμογή ειδικών αλγορίθμων στο λογισμικό και στην ικανότητα υλικού να αντικαθιστά και να προσθέτει νέους κόμβους ή τα συστατικά μέρη τους. Ταυτόχρονα, το σύστημα θα πρέπει να παραμείνει απλό για τη λειτουργία του, την ανάπτυξη νέων κόμβων ή ενοτήτων και την τροποποίηση της αρχιτεκτονικής του.

Επισκόπηση αρχιτεκτονικών DCS

Για την αναθεώρηση των αρχιτεκτονικών DCS, επιλέξαμε το Siemens SIMATIC PCS 7 DCS ως ένα από τα πιο απαιτητικά στην αγορά και το RTS S3 ως DCS που υλοποιήθηκε βάσει του QNX RTOS.

Siemens SIMATIC PCS 7

Η αρχιτεκτονική του συστήματος έχει όλες τις ιδιότητες μιας γενικής αρχιτεκτονικής DCS. Οι σταθμοί χειριστών είναι υπολογιστές που βασίζονται στην αρχιτεκτονική επεξεργαστών x86 με λειτουργικό σύστημα Windows και Siemens WinCC, το οποίο παρέχει HMI. Υπάρχουν διακομιστές με βάσεις δεδομένων. Οι σταθμοί χειριστών, οι μηχανολογικοί σταθμοί και οι διακομιστές συνδέονται με ένα τοπικό δίκτυο που βασίζεται σε Ethernet. Το επίπεδο χειριστή συνδέεται με το επίπεδο ελέγχου του περιττού δικτύου Industrial Ethernet. Στο επίπεδο ελέγχου υπάρχουν προγραμματιζόμενοι ελεγκτές λογικής (PLC) με δυνατότητα πλεονασμού λόγω επικάλυψης λειτουργικότητας. Είναι δυνατή η σύνδεση με εξωτερικά συστήματα και δίκτυα και η οργάνωση απομακρυσμένης πρόσβασης στο σύστημα.

RTS S3

Αυτή η αρχιτεκτονική αποτελείται ομοίως από τα στρώματα της γενικευμένης δομής του DCS. Οι σταθμοί χειριστών βασίζονται στην ίδια πλατφόρμα υλικού όπως στο SIMATIC DCS, αλλά μπορούν να λειτουργούν τόσο σε λειτουργικά συστήματα Windows όσο και σε Linux. Οι μηχανικοί σταθμοί συνδυάζονται με σταθμούς χειριστή. Το σύστημα παρέχει ένα ενοποιημένο περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών. Το Ethernet συνδέει κόμβους εντός του στρώματος φορέα και το ίδιο το επίπεδο του χειριστή με το επίπεδο ελέγχου χρησιμοποιώντας τη στοίβα πρωτοκόλλων TCP / IP. Στο επίπεδο ελέγχου υπάρχουν βιομηχανικοί υπολογιστές που εκτελούν QNX OS με τη δική τους βάση δεδομένων και την πιθανότητα πλεονασμού διπλασιάζοντας τη λειτουργικότητα του κόμβου.

Μειονεκτήματα των περιγραφέντων συστημάτων

Τα συστήματα που περιγράφονται παραπάνω χρησιμοποιούν διαφορετική πλατφόρμα υλικού / λογισμικού για το επίπεδο χειριστή και το επίπεδο ελέγχου. Μέσα στο επίπεδο του χειριστή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μία αρχιτεκτονική επεξεργαστή και απαιτείται ειδικός τεχνικός σταθμός για τη διαμόρφωση και την ανάπτυξη του επιπέδου ελέγχου. Αυτά τα DCS προσφέρουν μόνο πλεονασμό υλικού με επανάληψη της λειτουργικότητας του περιττού κόμβου ως τρόπο αύξησης της ανοχής σφαλμάτων, η οποία είναι παράλογη χρήση του περιττού υλικού.

Χαρακτηριστικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του συστήματος L-Net

Κατά την ανάπτυξη του συστήματος L-Net, ο στόχος ήταν να δημιουργηθεί ένα σύστημα ελέγχου που θα είχε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Δυναμική επαναδιαμόρφωση με πλήρη ανάκτηση με ελάχιστη απώλεια σε περίπτωση αποτυχίας κεντρικού υπολογιστή ή διακοπής τοπολογίας δικτύου.
• Αποτελεσματική κατανομή εργασιών μεταξύ των διαθέσιμων αποδοτικών κόμβων δικτύου.
• Επανάληψη καναλιών επικοινωνίας μεταξύ κόμβων με δυναμική αναδιάρθρωση ροών μετάδοσης δεδομένων.
• Ευκολία χρήσης και επεκτασιμότητα του συστήματος.
• Φορητότητα και απόδοση του συστήματος σε οποιαδήποτε πλατφόρμα υλικού που έχει σχεδιαστεί για συστήματα ελέγχου κτιρίων και ενσωματωμένα συστήματα.

Για τη δημιουργία ενός συστήματος με τα παραπάνω χαρακτηριστικά, απαιτείται ένα λειτουργικό σύστημα, το οποίο προορίζεται κυρίως για τη δημιουργία συστημάτων ελέγχου και ενσωματωμένων συστημάτων. Η ανάλυση των υπαρχόντων λειτουργικών συστημάτων έδειξε ότι το καταλληλότερο λειτουργικό σύστημα είναι το QNX 6 (Neutrino), το οποίο έχει πολύ αποτελεσματική κατανομή πόρων και δυνατότητες δικτύου. Ευρείες δυνατότητες δικτύωσης παρέχονται από το πρωτόκολλο δικτύου Qnet. Επιλύει το πρόβλημα της αξιοπιστίας και της δυναμικής εξισορρόπησης φορτίου των καναλιών επικοινωνίας, αλλά δεν επιλύει το πρόβλημα της ανοχής σφαλμάτων του συστήματος στο σύνολό του. Ως αποτέλεσμα, αναπτύχθηκε ένα καινοτόμο σύστημα ελέγχου βασισμένο σε ένα κατανεμημένο αναδιαμορφώσιμο περιβάλλον υπολογιστών πολλαπλών αγωγών. Το ανεπτυγμένο σύστημα διαθέτει αρχιτεκτονική peer-to-peer που περιλαμβάνει τρία λογικά μπλοκ: ένα μπλοκ εισόδου-εξόδου, ένα μπλοκ διακόπτη γενικής χρήσης και ένα μπλοκ αναδιαμορφώσιμου περιβάλλοντος υπολογιστών (RCS) (βλ. Εικ. 2).

Τα κύρια πλεονεκτήματα αυτής της αρχιτεκτονικής είναι:

• Τύπος peer-to-peer
• Αποκέντρωση
• Επεκτασιμότητα
• Χωρική κατανομή

Λειτουργικά χαρακτηριστικά αυτής της αρχιτεκτονικής:

• Επεξεργασία δεδομένων μέσω σωληνώσεων
• Απόλυση υλικού
• Κατανομή φορτίου
• Αναδιάρθρωση εν κινήσει

Στο πρώτο επίπεδο της αρχιτεκτονικής υπάρχει μονάδα εισόδου-εξόδου (I / O), η οποία περιλαμβάνει: κόμβους εισόδου-εξόδου, διακόπτη κόμβων εισόδου-εξόδου, διεπαφή εισόδου-εξόδου, αισθητήρες και ενεργοποιητές. Η μονάδα είναι υπεύθυνη για τους βασικούς μηχανισμούς για τη δημιουργία ενεργειών ελέγχου με βάση δεδομένα από τοπικούς αισθητήρες και δεδομένα που λαμβάνονται από άλλα επίπεδα του συστήματος ελέγχου. Οι ανατεθείσες εργασίες κατανέμονται μεταξύ των υγιών κόμβων εισόδου / εξόδου βάσει της τρέχουσας σχετικής απόδοσής τους ή χειροκίνητα από τον χειριστή. Οι αισθητήρες και οι ενεργοποιητές συνδέονται μέσω ενός διαύλου σε όλους τους κόμβους εισόδου / εξόδου στο μπλοκ, το οποίο επιτρέπει σε οποιονδήποτε κόμβο να ανακρίνει οποιονδήποτε αισθητήρα ή να δημιουργήσει ένα αποτέλεσμα σε οποιονδήποτε ενεργοποιητή. Ο διακόπτης κόμβου I / O παρέχει επικοινωνία μεταξύ όλων των κόμβων I / O για ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ τους και άλλων επιπέδων της αρχιτεκτονικής του συστήματος για τη λήψη δεδομένων ελέγχου και πληροφοριών. Με τις κατάλληλες δυνατότητες υλικού, οι κόμβοι επικοινωνούν μεταξύ τους και με κόμβους και διακόπτες σε άλλα επίπεδα του συστήματος απευθείας, γεγονός που μειώνει το χρόνο απόκρισης στο δίκτυο. Η άμεση επικοινωνία μεταξύ κόμβων και ενός συγκεκριμένου φορτίου κόμβων στον τρέχοντα τρόπο λειτουργίας της μονάδας I / O επιτρέπει την οργάνωση υπολογισμών αγωγών στη μονάδα, οι οποίοι είναι απαραίτητοι για τη λειτουργία αυτής της μονάδας χωρίς να καταφεύγουν σε εξωτερική υπολογιστική ισχύ του συστήματος ελέγχου ( DCS), το οποίο καθιστά δυνατή την αποτελεσματική χρήση δωρεάν πόρων που παρέχονται για κόμβους πλεονασμού του μπλοκ I / O τη στιγμή της αποτυχίας.

Το μπλοκ διακοπτών γενικής χρήσης, που βρίσκεται στο δεύτερο επίπεδο της αρχιτεκτονικής, οργανώνει γραμμές επικοινωνίας μεταξύ των μπλοκ εισόδου-εξόδου και του DCS και των εξωτερικών συστημάτων. Κάθε διακόπτης μπορεί να διασυνδέσει διάφορους δεσμούς και διακόπτες σε ολόκληρο το σύστημα ελέγχου. Ο αριθμός των γραμμών επικοινωνίας καθορίζεται από τις δυνατότητες υλικού των κόμβων και των διακοπτών που περιλαμβάνονται στα μπλοκ. Δεδομένου ότι το δίκτυο Qnet σας επιτρέπει να διανέμετε δυναμικά ροές δεδομένων, η κλιμάκωση αυτού του μπλοκ πραγματοποιείται απλώς με τη σύνδεση νέων συσκευών και δεν απαιτεί διαμόρφωση και εάν ένας από τους διακόπτες αποτύχει, η μεταφορά δεδομένων μεταξύ των κόμβων δεν θα διακοπεί εάν Ο άλλος διακόπτης παρέχει μια παρόμοια σύνδεση μεταξύ των κόμβων ή σχετίζονται άμεσα. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να προσέχετε επαρκές εύρος ζώνης δικτύου που απαιτείται για τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας ενός αποτυχημένου διακόπτη.

Το μπλοκ αναδιαμορφώσιμων δικτύων υπολογιστών (RCN), που βρίσκεται στο τρίτο επίπεδο της αρχιτεκτονικής, παρέχει ένα σύστημα διαχείρισης υψηλής υπολογιστικής ισχύος για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων επεξεργασίας πληροφοριών, λήψης αποφάσεων, αναγνώρισης κ.λπ. Το μπλοκ είναι υπεύθυνο για την προετοιμασία ολόκληρου του συστήματος ελέγχου: έλεγχος της λειτουργικότητας των διακοπτών και των κόμβων, ακεραιότητα δικτύου, δημιουργία γραφημάτων δικτύου ολόκληρου του συστήματος, ρύθμιση των παραμέτρων εκκίνησης για τη λειτουργία μπλοκ εισόδου-εξόδου. Οι κόμβοι αυτού του μπλοκ παρέχουν αρχειοθέτηση τόσο των δικών τους δεδομένων όσο και των δεδομένων τους από μπλοκ I / O. Κάθε κόμβος αυτού του μπλοκ μπορεί να παίξει το ρόλο ενός μηχανήματος χειριστή που έχει σχεδιαστεί για να παρακολουθεί τη λειτουργία του συστήματος και να κάνει προσαρμογές στα προγράμματα εργασίας τόσο αυτού του κόμβου όσο και όλων των κόμβων του συστήματος, και να εκτελεί επαναδιαμόρφωση κατόπιν αιτήματος.

Κατανομή φορτίου

Ένα από τα κύρια καθήκοντα του συστήματος L-Net είναι η κατανομή του υπολογιστικού φορτίου στους κόμβους δικτύου. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα βασίζεται στην κατασκευή υπολογιστικών αγωγών. Για να δημιουργήσετε έναν υπολογιστικό αγωγό, ένα γράφημα εργασιών κατασκευάζεται προκαταρκτικά - ένα σχήμα για την ανταλλαγή ροών δεδομένων από μια πηγή σε έναν δέκτη. Οι αισθητήρες λειτουργούν ως πηγή και οι ενεργοποιητές ενεργούν ως παραλήπτες. Ο ίδιος ο υπολογιστικός αγωγός είναι μια χαρτογράφηση του γραφήματος εργασιών (βλ. Εικ. 3) στο γράφημα δικτύου υπολογιστών (βλ. Εικ. 4), λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις της εργασίας για τους υπολογιστικούς πόρους του συστήματος και την τρέχουσα κατάστασή του.

Η λύση είναι να χρησιμοποιήσετε μια υπηρεσία που παρέχει στον παραλήπτη ολοκληρωμένες πληροφορίες σχετικά με το τρέχον υλικό, την κατάστασή του και τις διαθέσιμες πηγές δεδομένων, η οποία εκτελεί εργασία με γραφήματα δικτύου και εργασίες. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση αυξάνεται λόγω της σωληνώσεως των υπολογισμών και είναι οργανωμένη η ορθολογική χρήση όλων των υπολογιστικών πόρων που διατίθενται στο σύστημα.

ανοχή σε σφάλματα

Το κύριο πρόβλημα της λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος είναι η πλήρης διακοπή των υπολογιστικών αγωγών σε περίπτωση αποτυχίας οποιουδήποτε κόμβου αυτού του μεταφορέα ή παραβίασης της μεταφοράς δεδομένων μεταξύ τους. Τα βασικά μέσα του πρωτοκόλλου Qnet επιτυγχάνουν την αποκατάσταση συνδέσεων μεταξύ κόμβων σε περίπτωση μερικής παραβίασής τους λόγω των εφεδρικών γραμμών που παρέχονται από την αρχιτεκτονική. Το σύστημα L-Net επιλύει το πρόβλημα της αποκατάστασης της λειτουργικότητας σε περίπτωση πλήρους αστοχίας του κεντρικού υπολογιστή του υπολογιστικού συστήματος με δυναμική αναδιάρθρωση του αγωγού υπολογιστών, δηλ. χρησιμοποιώντας πόρους εργασίας για να αντικαταστήσετε το κακό μπλοκ. Το σύστημα παρέχει τρία σενάρια αποκατάστασης (αναδιάρθρωση) που διαφέρουν ως προς τον χρόνο απόκρισης ως προς την αποτυχία, τον χρόνο ανάκτησης και τους πόρους υλικού που χρησιμοποιήθηκαν: κατά την αποτυχία, με παθητική ετοιμότητα και ενεργή ετοιμότητα.

• Επαναδιαμόρφωση κατά την αποτυχία- μετά την ανίχνευση αστοχίας, πραγματοποιείται η αναζήτηση διαθέσιμου υλικού και η συμπερίληψή του στο γράφημα εργασιών.
• Αναδιαμόρφωση με παθητική ετοιμότητα- το περιττό υλικό καθορίζεται εκ των προτέρων, ξεκινά μια διαδικασία που διασφαλίζει την υλοποίηση της κορυφής του γραφήματος εργασιών στον κόμβο, δημιουργούνται συνδέσεις, αλλά η διαδικασία δεν επεξεργάζεται τα δεδομένα, εκτός εάν αποτύχει ο κύριος κόμβος.
• Επαναδιαμόρφωση με ενεργή ετοιμότητα- το πάνω μέρος του γραφήματος εργασιών εφαρμόζεται σε πολλούς κόμβους, οι οποίοι εκτελούν παράλληλη επεξεργασία δεδομένων και μεταδίδουν το αποτέλεσμα.

Ως αποτέλεσμα, το σύστημα παρέχει ευέλικτη ετοιμότητα για αστοχίες τόσο σε επίπεδο λογισμικού όσο και σε επίπεδο υλικού, τη δυνατότητα αλλαγής της διαμόρφωσης των κόμβων χωρίς διακοπή της εργασίας και απώλεια απόδοσης ανεξάρτητα από την υλοποίηση του δικτύου, τον αγωγό υπολογιστών και τον κόμβο.

συμπέρασμα

Το ανεπτυγμένο σύστημα L-Net, σε αντίθεση με τα υπάρχοντα ανάλογα, προϋποθέτει τη χρήση ενός μεγάλου εύρους χαρακτηριστικών υλικού των κόμβων DCS με την πλήρη συμβατότητα λογισμικού. Όταν οι κόμβοι λειτουργούν υπό τον έλεγχο ενός λειτουργικού συστήματος (QNX Neutrino), είναι δυνατή η κατασκευή τους σε διάφορες αρχιτεκτονικές επεξεργαστών (x86, ARM, MIPS κ.λπ.) με μια ποικιλία διεπαφών και περιφερειακών συσκευών. Η υλοποίηση των κόμβων είναι δυνατή με τη μορφή επιτραπέζιων υπολογιστών, βιομηχανικών υπολογιστών, φορητών υπολογιστών και υπολογιστών μονής πλακέτας. Όλα τα στοιχεία του συγκροτήματος λογισμικού του ανεπτυγμένου DCS μπορούν να εκκινηθούν σε οποιονδήποτε από τους κόμβους του με το QNX OS, ενώ παραμένει δυνατή η χρήση κόμβων με διαφορετικό λειτουργικό σύστημα. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει σε κάθε κόμβο να χρησιμοποιείται για την επίλυση εργασιών τόσο σε επίπεδο χειριστή όσο και σε επίπεδο ελέγχου. Κατά συνέπεια, υπάρχει ένα ευέλικτο σύστημα αλληλεπίδρασης μεταξύ ομοτίμων χωρίς μια άκαμπτη ιεραρχία επιπέδων εγγενών στην γενικευμένη αρχιτεκτονική DCS και συστήματα που χρησιμοποιούν αυτήν την αρχιτεκτονική ως βάση. Η δικτύωση peer-to-peer απλοποιεί την ανάπτυξη, τη λειτουργία, την κλιμάκωση και τον εντοπισμό σφαλμάτων συστήματος.

Για την πραγματοποίηση του υπολογιστικού δυναμικού του περιττού υλικού στο ανεπτυγμένο σύστημα, προτείνονται δυναμικοί αλγόριθμοι διαμόρφωσης και επαναδιαμόρφωσης με βάση το πρωτόκολλο δικτύου Qnet και το λογισμικό δικτύου L-Net. Ο αλγόριθμος δυναμικής διαμόρφωσης βασίζεται στην κατανομή του υπολογιστικού φορτίου σε όλους τους κόμβους μέσω σωληνώσεων και παράλληλων εργασιών και δυναμικής εξισορρόπησης του φορτίου στα κανάλια μετάδοσης δεδομένων μεταξύ κόμβων. Ο αλγόριθμος επαναδιαμόρφωσης του συστήματος προϋποθέτει την παρουσία τριών σεναρίων για την αποκατάσταση της λειτουργικότητας σε περίπτωση βλάβης, ανάλογα με το διαθέσιμο υλικό, τις προτεραιότητες και τις εργασίες που έχουν ανατεθεί στο σύστημα: κατά την αποτυχία, με παθητική ετοιμότητα (κατανομή πόρων) και με ενεργή ετοιμότητα (χρήση πόρων) . Οι αλγόριθμοι δυναμικής διαμόρφωσης και επαναδιαμόρφωσης βελτιώνουν την απόδοση και την αξιοπιστία χρησιμοποιώντας τα αποθέματα υλικού στο σύστημα.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του συστήματος είναι η μέγιστη διαφάνεια τόσο των τεχνολογιών υλικού και λογισμικού που χρησιμοποιούνται σε αυτό, γεγονός που καθιστά δυνατή την απλοποίηση της τεχνικής υποστήριξης του συστήματος και την ανάπτυξη νέων μονάδων για αυτό.

Παραγωγή

Οι ανεπτυγμένες αρχιτεκτονικές λύσεις καθιστούν δυνατή τη βελτίωση τέτοιων δεικτών κατανεμημένων συστημάτων ελέγχου όπως η αξιοπιστία, η απόδοση, το κόστος, η επεκτασιμότητα και η απλότητα λόγω της δυνατότητας χρήσης ενός ευρέος φάσματος υλικού, της εφαρμογής δυναμικών αλγορίθμων διαμόρφωσης και της ορθολογικής χρήσης των πόρων του συστήματος.

1. http://kazanets.narod.ru/DCSIntro.htm.
2. http://kazanets.narod.ru/PCS7Overview.htm.
3. http://www.rts.ua/rus/news/678/0/409.
4. Zyl S. QNX Momentics: Βασικά στοιχεία εφαρμογής. - SPb: BHV-Πετρούπολη, 2005.
5. Krten R. Εισαγωγή στο QNX Neutrino. Ένας οδηγός για την ανάπτυξη εφαρμογών σε πραγματικό χρόνο. - SPb: BHV-Πετρούπολη, 2011.

Λέξεις κλειδιά:κατανεμημένο σύστημα ελέγχου, υποστήριξη πληροφοριών για συστήματα ελέγχου, κατανεμημένα αναδιαμορφώσιμα συστήματα.

Αρχιτεκτονική ενός κατανεμημένου συστήματος ελέγχου βασισμένο σε επαναδιαμορφώσιμο περιβάλλον υπολογιστών πολλαπλών αγωγών L-Net

Σεργκέι Γιου. Potomskiy, Επίκουρος Καθηγητής του Εθνικού Πανεπιστημίου Ερευνών "Ανώτατη Σχολή Οικονομικών".

Nikita A. Poloyko, Πέμπτη φοιτήτρια του Εθνικού Ερευνητικού Πανεπιστημίου «Ανώτατη Σχολή Οικονομικών». Βοηθός μελέτης. Προγραμματιστής. Τομέας εκπαίδευσης: "Έλεγχος και πληροφορική στα τεχνικά συστήματα".

Αφηρημένη.Το άρθρο είναι αφιερωμένο σε ένα κατανεμημένο σύστημα ελέγχου βασισμένο σε αναδιαμορφώσιμο περιβάλλον υπολογιστών πολλαπλών αγωγών. Δίνεται η αρχιτεκτονική του συστήματος. Επίσης, δίνονται επίσης τα βασικά χαρακτηριστικά και οι λειτουργικές ιδιότητες του συστήματος. Το άρθρο παρουσιάζει μια λογική για την επιλογή του λειτουργικού συστήματος. Τα βασικά πλεονεκτήματα του συστήματος σε σύγκριση με τις υπάρχουσες παρόμοιες εξελίξεις παρουσιάζονται στο άρθρο.

Λέξεις κλειδιά:κατανεμημένο σύστημα ελέγχου, υποστήριξη λογισμικού συστημάτων, διανεμημένο αναδιαμορφώσιμο.

Σε επαφή με

Σύμφωνα με τον γνωστό εμπειρογνώμονα στον τομέα της πληροφορικής E. Tanenbaum, δεν υπάρχει γενικά αποδεκτός και ταυτόχρονα αυστηρός ορισμός ενός κατανεμημένου συστήματος. Μερικά μυαλά υποστηρίζουν ότι η διανομή είναι τέτοια υπολογιστικό σύστημα, στην οποία μια δυσλειτουργία ενός υπολογιστή, η ύπαρξη της οποίας οι χρήστες δεν είχαν καν υποψίες πριν, οδηγεί στον τερματισμό όλων των εργασιών τους. Ένα σημαντικό μέρος των κατανεμημένων υπολογιστικών συστημάτων, δυστυχώς, ικανοποιεί αυτόν τον ορισμό, αλλά επισήμως αναφέρεται μόνο σε συστήματα με ένα μοναδικό σημείο ευπάθειας ( μοναδικό σημείο αποτυχίας).

Συχνά, κατά τον καθορισμό ενός κατανεμημένου συστήματος, το επίκεντρο είναι η κατανομή των λειτουργιών του σε διάφορους υπολογιστές. Με αυτήν την προσέγγιση, κάθε διανέμεται υπολογιστικό σύστημαόπου η επεξεργασία δεδομένων χωρίζεται σε δύο ή περισσότερους υπολογιστές. Με βάση τον ορισμό του E. Tanenbaum, ένα κάπως πιο στενά κατανεμημένο σύστημα μπορεί να οριστεί ως ένα σύνολο ανεξάρτητων υπολογιστών που συνδέονται με κανάλια επικοινωνίας, οι οποίοι, από την άποψη ενός χρήστη κάποιου λογισμικού, μοιάζουν με ένα ενιαίο σύνολο.

Αυτή η προσέγγιση για τον ορισμό ενός κατανεμημένου συστήματος έχει τα μειονεκτήματά της. Για παράδειγμα, όλα όσα χρησιμοποιούνται σε ένα τέτοιο κατανεμημένο σύστημα λογισμικόθα μπορούσε να λειτουργήσει σε έναν μόνο υπολογιστή, αλλά από την άποψη του παραπάνω ορισμού, ένα τέτοιο σύστημα δεν θα διανέμεται πλέον. Επομένως, η έννοια ενός κατανεμημένου συστήματος θα πρέπει πιθανώς να βασίζεται στην ανάλυση του λογισμικού που σχηματίζει ένα τέτοιο σύστημα.

Ως βάση για την περιγραφή της αλληλεπίδρασης δύο οντοτήτων, εξετάστε το γενικό μοντέλο αλληλεπίδρασης πελάτη-διακομιστή, στο οποίο ένα από τα μέρη (ο πελάτης) ξεκινά την ανταλλαγή δεδομένων στέλνοντας ένα αίτημα στο άλλο μέρος (ο διακομιστής). Ο διακομιστής επεξεργάζεται το αίτημα και, εάν είναι απαραίτητο, στέλνει μια απάντηση στον πελάτη (Εικ. 1.1).

Σύκο. 1.1.

Η αλληλεπίδραση εντός του πλαισίου του μοντέλου διακομιστή-πελάτη μπορεί να είναι συγχρονισμένη, όταν ο πελάτης περιμένει τον διακομιστή να επεξεργαστεί το αίτημά του, ή ασύγχρονο, στην οποία ο πελάτης στέλνει ένα αίτημα στον διακομιστή και συνεχίζει την εκτέλεση χωρίς να περιμένει τον διακομιστή απάντηση. Το μοντέλο πελάτη και διακομιστή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για την περιγραφή διαφόρων αλληλεπιδράσεων. Για αυτό το μάθημα, είναι σημαντική η αλληλεπίδραση των συστατικών τμημάτων του λογισμικού που σχηματίζει ένα κατανεμημένο σύστημα.

Σύκο. 1.2.

Εξετάστε μια συγκεκριμένη τυπική εφαρμογή, η οποία, σύμφωνα με τις σύγχρονες έννοιες, μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα λογικά επίπεδα (Εικ.1.2): διεπαφή χρήστη(PI), λογική εφαρμογών (LP) και πρόσβαση δεδομένων (DD), σε συνεργασία με τη βάση δεδομένων (DB). Ο χρήστης του συστήματος αλληλεπιδρά με αυτό μέσω της διεπαφής χρήστη, η βάση δεδομένων αποθηκεύει δεδομένα που περιγράφουν τον τομέα της εφαρμογής και το επίπεδο λογικής εφαρμογής εφαρμόζει όλους τους αλγόριθμους που σχετίζονται με θεματική ενότητα.

Δεδομένου ότι, στην πράξη, διαφορετικοί χρήστες του συστήματος συνήθως ενδιαφέρονται να έχουν πρόσβαση στα ίδια δεδομένα, ο απλούστερος διαχωρισμός των λειτουργιών ενός τέτοιου συστήματος μεταξύ πολλών υπολογιστών θα είναι ο διαχωρισμός των λογικών επιπέδων της εφαρμογής μεταξύ ενός μέρους διακομιστή της εφαρμογής υπεύθυνος για την πρόσβαση στα δεδομένα και τα μέρη του πελάτη που βρίσκονται σε πολλούς υπολογιστές, εφαρμόζοντας το περιβάλλον εργασίας χρήστη. Η λογική της εφαρμογής μπορεί να αντιστοιχιστεί στο διακομιστή, στους πελάτες ή να μοιραστεί μεταξύ τους (Εικόνα 1.3).

Σύκο. 1.3.

Η αρχιτεκτονική των εφαρμογών που βασίζονται σε αυτήν την αρχή ονομάζεται διακομιστής-πελάτη ή δύο επιπέδων. Στην πράξη, τέτοια συστήματα συχνά δεν ταξινομούνται ως κατανεμημένα, αλλά επισήμως μπορούν να θεωρηθούν οι απλούστεροι αντιπρόσωποι των κατανεμημένων συστημάτων.

Η ανάπτυξη της αρχιτεκτονικής πελάτη-διακομιστή είναι μια αρχιτεκτονική τριών επιπέδων, στην οποία η διεπαφή χρήστη, η λογική της εφαρμογής και η πρόσβαση δεδομένων χωρίζονται σε ανεξάρτητα στοιχεία του συστήματος που μπορούν να λειτουργούν σε ανεξάρτητους υπολογιστές (Εικ. 1.4).

Σύκο. 1.4.

Το αίτημα του χρήστη σε τέτοια συστήματα επεξεργάζεται διαδοχικά από το τμήμα πελάτη του συστήματος, τον διακομιστή λογικής εφαρμογής και τον διακομιστή βάσης δεδομένων. Ωστόσο, ένα κατανεμημένο σύστημα νοείται συνήθως ως ένα σύστημα με πιο περίπλοκη αρχιτεκτονική από ένα τριών επιπέδων.

Το κατανεμημένο AIS έχει γίνει καθημερινή πραγματικότητα. Πολλές εταιρικές AIS χρησιμοποιούν κατανεμημένες βάσεις δεδομένων. Έχουν επεξεργαστεί μέθοδοι διανομής δεδομένων και διαχείρισης κατανεμημένων δεδομένων, αρχιτεκτονικές προσεγγίσεις που διασφαλίζουν την επεκτασιμότητα των συστημάτων, εφαρμόζοντας τις αρχές της αρχιτεκτονικής διακομιστή-διακομιστή πολλαπλών επιπέδων, καθώς και την αρχιτεκτονική του μεσαίου στρώματος.

Οι αρχιτεκτονικές για κινητές συσκευές αρχίζουν να εφαρμόζονται στην πράξη. Αυτό ισχύει τόσο για συστήματα βάσεων δεδομένων όσο και για εφαρμογές Web.

Αναβιώνεται μια προσέγγιση για την οικοδόμηση κατανεμημένων συστημάτων που βασίζονται στην αρχιτεκτονική peer-to-peer, στην οποία, σε αντίθεση με την αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή που κυριαρχεί σήμερα σε κατανεμημένα συστήματα, οι ρόλοι των αλληλεπιδρώντων μερών στο δίκτυο δεν είναι σταθεροί. Εκχωρούνται ανάλογα με την κατάσταση στο δίκτυο, τον φόρτο εργασίας των κόμβων του.

Σε συνδυασμό με την εντατική ανάπτυξη τεχνολογιών επικοινωνίας, το κινητό AIS αναπτύσσεται ενεργά. Τα τεχνικά μέσα και το λογισμικό για τη δημιουργία τους έχουν αναπτυχθεί. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη συστημάτων βάσης δεδομένων κινητής τηλεφωνίας. Πολλές ερευνητικές ομάδες διεξάγουν έρευνα σχετικά με τα ειδικά χαρακτηριστικά αυτών των συστημάτων και δημιουργούν τα διάφορα πρωτότυπα τους. Οι τεχνολογίες Java έχουν γίνει ένα σημαντικό εργαλείο για την ανάπτυξη λογισμικού για κινητά.

Ένα πρότυπο Wireless Application Protocol (WAP) έχει δημιουργηθεί και υποστηρίζεται ήδη από ορισμένα μοντέλα κινητών τηλεφώνων. Με βάση τα WAP και XML, το W3C έχει αναπτύξει μια γλώσσα σήμανσης για ασύρματες επικοινωνίες, WML (Wireless Markup Language).

Στην ανάπτυξη του AIS, έχει δοθεί περισσότερη προσοχή στα μεταδεδομένα. Εδώ, λαμβάνονται δύο κατευθύνσεις - τυποποίηση της παρουσίασης των μεταδεδομένων και διασφάλιση της υποστήριξής τους στο σύστημα.

Το AIS χρησιμοποιεί διάφορους τρόπους και μέσα παρουσίασης μεταδεδομένων (διάφορα είδη αποθετηρίων μεταδεδομένων). Η έλλειψη ενοποίησης σε αυτόν τον τομέα περιπλέκει σημαντικά την επίλυση των προβλημάτων της κινητικότητας των εφαρμογών, της επαναχρησιμοποίησης και της ολοκλήρωσης των πόρων πληροφοριών και των τεχνολογιών πληροφοριών, καθώς και τον ανασχεδιασμό του AIS.

Για να ξεπεραστούν αυτές οι δυσκολίες, συνεχίζεται ενεργά η ανάπτυξη προτύπων μεταδεδομένων που επικεντρώνονται σε διάφορες τεχνολογίες πληροφοριών. Σε αυτόν τον τομέα, υπάρχουν ήδη ορισμένα διεθνή, εθνικά και βιομηχανικά πρότυπα που καθορίζουν την παρουσίαση των μεταδεδομένων και την ανταλλαγή μεταδεδομένων στο AIS. Ορισμένα από αυτά έχουν ήδη αποκτήσει το καθεστώς των de facto προτύπων. Θα περιοριστούμε εδώ για να αναφέρουμε μόνο τα πιο σημαντικά από αυτά.

Πιθανώς το πρώτο de facto πρότυπο σε αυτήν την κατηγορία ήταν η γλώσσα περιγραφής δεδομένων CODASYL για βάσεις δεδομένων δικτύου. Πρέπει να ονομάζονται τα ακόλουθα πρότυπα: το πρότυπο της γλώσσας ερωτημάτων SQL για σχεσιακές βάσεις δεδομένων, που περιέχει τον ορισμό του λεγόμενου σχήματος πληροφοριών - ένα σύνολο αναπαραστάσεων σχεσιακών σχημάτων βάσεων δεδομένων. το τυπικό στοιχείο της βάσης δεδομένων αντικειμένων ODMG που περιγράφει τις διεπαφές αποθετηρίου σχήματος αντικειμένων · διεθνές πρότυπο IRDS (Information Resource Dictionary Systems), το οποίο περιγράφει συστήματα για τη δημιουργία και τη συντήρηση καταλόγων πληροφοριακών πόρων ενός οργανισμού.

Στη συνέχεια, θα πρέπει να γίνει αναφορά στο πρότυπο CWM (Common Warehouse Metamodel) για την αναπαράσταση μεταδεδομένων αποθήκης δεδομένων που αναπτύχθηκε από την κοινοπραξία OMG, με βάση το προηγουμένως δημιουργημένο για ευρύτερους σκοπούς πρότυπο OIM (Open Information Model) από την κοινοπραξία MDC (Meta Data Coalition) .

Η νέα XML για την πλατφόρμα τεχνολογίας Ιστού περιλαμβάνει επίσης πρότυπα παρουσίασης μεταδεδομένων. Η υποστήριξη μεταδεδομένων είναι μια από τις πιο σημαντικές καινοτομίες του Διαδικτύου, αλλάζοντας ριζικά την τεχνολογία διαχείρισης των πόρων της. Ενώ αρχικά απαιτείται υποστήριξη μεταδεδομένων στις τεχνολογίες βάσεων δεδομένων, τα μεταδεδομένα δεν υποστηρίχθηκαν στον Ιστό πρώτης γενιάς.

Τα πρότυπα μεταδεδομένων ιστού περιλαμβάνουν ένα υποσύνολο της γλώσσας XML που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη λογική δομή κάποιου τύπου εγγράφου XML. Αυτή η περιγραφή ονομάζεται DTD (ορισμός τύπου εγγράφου). Επιπλέον, η πλατφόρμα XML περιλαμβάνει το πρότυπο σχήματος XML, το οποίο προσφέρει πιο προηγμένες δυνατότητες για την περιγραφή εγγράφων XML. Το πρότυπο Resource Definition Framework (RDF) ορίζει μια απλή γλώσσα αναπαράστασης γνώσεων για την περιγραφή του περιεχομένου των εγγράφων XML. Τέλος, το υπό ανάπτυξη πρότυπο OWL (Ontology Web Language) ορίζει μια επίσημη γλώσσα περιγραφής οντολογίας για το Σημασιολογικό Ιστό.

Το πρότυπο Unified Modeling Language (UML), το οποίο παρέχει αναπαράσταση μεταδεδομένων για ανάλυση αντικειμένων CASE και εργαλεία σχεδίασης, αναπτύχθηκε από την κοινοπραξία OMG. Αυτή η γλώσσα υποστηρίζεται σε πολλά προϊόντα λογισμικού CASE. Το OMG δημιούργησε επίσης το πρότυπο XML Metadata Interchange (XMI) για την ανταλλαγή μεταδεδομένων μεταξύ εργαλείων CASE χρησιμοποιώντας το UML.

Θα πρέπει επίσης να γίνει αναφορά στο πρότυπο Dublin Core (DC), ένα σύνολο στοιχείων μεταδεδομένων για την περιγραφή του περιεχομένου εγγράφων διαφορετικής φύσης. Αυτό το πρότυπο γρήγορα κέρδισε δημοτικότητα και διαπίστωσε, ιδιαίτερα, ευρεία χρήση στο περιβάλλον του Διαδικτύου (βλ. Ενότητα 3.3).

Συνεχίζονται οι εργασίες για την ανάπτυξη υφιστάμενων και τη δημιουργία νέων προτύπων για την παρουσίαση μεταδεδομένων για το AIS. Αναλυτικότερες πληροφορίες σχετικά με τα εν λόγω πρότυπα μπορείτε να βρείτε στην εγκυκλοπαίδεια.

Το AggreGate είναι μια από τις λίγες πλατφόρμες IoT στον κόσμο που υποστηρίζει πραγματικά μια κατανεμημένη αρχιτεκτονική. Αυτό παρέχει απεριόριστη επεκτασιμότητα για εξισορρόπηση και διαχωρισμό όλων των λειτουργιών διακομιστή AggreGate σε διαφορετικά επίπεδα. Μια τέτοια αρχιτεκτονική μπορεί να αποτελέσει τη βάση τόσο για τις τρέχουσες προκλήσεις όσο και για τις μελλοντικές ανάγκες.

Σε αντίθεση με ένα σύμπλεγμα failover, οι διακομιστές AggreGate σε μια κατανεμημένη αρχιτεκτονική είναι εντελώς ανεξάρτητοι. Κάθε διακομιστής έχει τη δική του βάση δεδομένων, τους τοπικούς λογαριασμούς χρηστών και τα σχετικά δικαιώματα.

Η κατανεμημένη αρχιτεκτονική της AggreGate είναι εξαιρετικά ευέλικτη. Τεχνικά, βασίζεται στον σχηματισμό συνδέσεων peer-to-peer μεταξύ διακομιστών και στην προσάρτηση τμημάτων ενός μοντέλου δεδομένων ορισμένων διακομιστών ("προμηθευτές") σε άλλους ("καταναλωτές").

Στόχοι κατανεμημένων λειτουργιών

Οι κύριοι στόχοι μιας κατανεμημένης αρχιτεκτονικής είναι:

• Επεκτασιμότητα... Οι διακομιστές χαμηλότερου επιπέδου μπορούν να φορτωθούν σε μεγάλο βαθμό, να συλλέγουν δεδομένα και να διαχειρίζονται μεγάλο αριθμό συσκευών σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Ωστόσο, στην πράξη, ο αριθμός των συσκευών που μπορούν να εξυπηρετηθούν από έναν διακομιστή περιορίζεται σε αρκετές χιλιάδες. Κατά την κλιμάκωση του συστήματος για τη διαχείριση μεγάλου αριθμού συσκευών, είναι συνετό να δημιουργήσετε πολλούς διακομιστές και να τους συνδυάσετε σε μια κατανεμημένη εγκατάσταση.
• Εξισορρόπηση φορτίου... Κάθε διακομιστής σε μια κατανεμημένη εγκατάσταση επιλύει ένα διαφορετικό πρόβλημα. Οι διακομιστές διαχείρισης δικτύου ελέγχουν τη διαθεσιμότητα και την απόδοση της υποδομής δικτύου, ενώ οι διακομιστές ελέγχου πρόσβασης επεξεργάζονται αιτήματα από ελεγκτές θυρών και περιστροφικές πύλες. Οι λειτουργίες ελέγχου όπως η δημιουργία αναφορών και η διανομή τους μέσω ταχυδρομείου μπορούν να πραγματοποιηθούν σε έναν κεντρικό διακομιστή.
• Προστασία από εισβολή... Οι δευτερεύοντες διακομιστές ανιχνευτών μπορούν να εγκατασταθούν σε απομακρυσμένες τοποθεσίες και να συνδεθούν σε έναν κεντρικό διακομιστή. Οι διαχειριστές συστημάτων συνδέονται μόνο με τον κεντρικό διακομιστή, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη διαμόρφωσης VPN και προώθησης θύρας σε αυτούς τους διακομιστές.
• Συγκέντρωση... Οι δευτερεύοντες διακομιστές μπορούν να λειτουργούν σε πλήρως αυτόματη λειτουργία, ενώ η διαμόρφωση και η παρακολούθησή τους πραγματοποιούνται μέσω του κεντρικού διακομιστή που είναι εγκατεστημένος στην κεντρική αίθουσα ελέγχου.

Διανομή ρόλου διακομιστή

Σε αυτό το απλό σενάριο, δύο διακομιστές συνδυάζονται σε μια κατανεμημένη υποδομή. Οι διαχειριστές συστημάτων συνδέονται συνεχώς με τον διακομιστή παρακολούθησης, εκτελώντας τις καθημερινές τους εργασίες. Η διοίκηση της εταιρείας συνδέεται με τον διακομιστή αναφορών και αναλυτικών στοιχείων, όταν χρειάζεται να λάβει ένα κομμάτι των δεδομένων. Ανεξάρτητα από την ποσότητα δεδομένων και το φορτίο στον διακομιστή, αυτή η λειτουργία δεν θα επηρεάσει την εργασία των χειριστών.

Μεγάλη κλίμακα Cloud IoT Platform

Οι πάροχοι υπηρεσιών τηλεπικοινωνιών και cloud προσφέρουν υπηρεσίες IoT σε μοντέλα IaaS / PaaS / SaaS. Σε αυτές τις περιπτώσεις, μιλάμε για εκατομμύρια συσκευές που ανήκουν σε χιλιάδες χρήστες. Η συντήρηση μιας τόσο τεράστιας υποδομής απαιτεί εκατοντάδες διακομιστές AggreGate, οι περισσότεροι από τους οποίους μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο ομάδες:

• Διακομιστές που αποθηκεύουν το μητρώο χρηστών και των συσκευών τους, ανακατευθύνουν συνδέσεις χειριστών και συσκευών σε διακομιστές χαμηλότερου επιπέδου, καθώς και συγκεντρώνουν δεδομένα για επακόλουθη ανάλυση πληροφοριών με τη συμμετοχή διακομιστών χαμηλότερου επιπέδου
• Διακομιστές που παρακολουθούν και διαχειρίζονται συσκευές, καθώς και λαμβάνουν, αποθηκεύουν και επεξεργάζονται δεδομένα

Οι διακομιστές διαχείρισης χρηστών και συσκευών είναι επίσης υπεύθυνοι για την αλληλεπίδραση με το σύστημα διαχείρισης cloud, το οποίο είναι υπεύθυνο για την ανάπτυξη και παρακολούθηση νέων διακομιστών αποθήκευσης και αναλυτικών στοιχείων.

Οι διακομιστές αποθήκευσης και επεξεργασίας δεδομένων χρησιμοποιούν πόρους (συναγερμούς, μοντέλα, ροές εργασίας, πίνακες ελέγχου κ.λπ.) που λαμβάνονται από διακομιστές προτύπων, οι οποίοι με τη σειρά τους αποθηκεύουν κύρια αντίγραφα αυτών των πόρων.

Υποδομή με στρώσεις IoT

Χάρη στην κατανεμημένη υποδομή του AggreGate, οποιαδήποτε λύση μπορεί να περιλαμβάνει πολλούς διακομιστές διαφορετικών επιπέδων. Μερικά από αυτά μπορούν να λειτουργήσουν σε πύλες IoT, να συλλέξουν δεδομένα, άλλα - για να αποθηκεύσουν και να επεξεργαστούν πληροφορίες και τα υπόλοιπα - για να πραγματοποιήσουν συγκεντρωτικό επίπεδο υψηλού επιπέδου και κατανεμημένους υπολογιστές.

Ο εξοπλισμός πεδίου, όπως αισθητήρες και ενεργοποιητές μπορεί να συνδεθεί με διακομιστές απευθείας, μέσω πρακτόρων, μέσω πυλών ή συνδυασμού των δύο.

Έξυπνη διαχείριση πόλεων

Αυτό είναι ένα παράδειγμα πολυεπίπεδης αρχιτεκτονικής με βάση το AggreGate για πολύπλοκο αυτοματισμό μιας μεγάλης ομάδας κτιρίων:

• Επίπεδο 1: φυσικός εξοπλισμός (δρομολογητές δικτύου, ελεγκτές, βιομηχανικός εξοπλισμός κ.λπ.)
• Επίπεδο 2: διακομιστές διαχείρισης (διακομιστές παρακολούθησης δικτύου, διακομιστές ελέγχου πρόσβασης, διακομιστές αυτοματισμού κτιρίων και άλλοι)
• Επίπεδο 3: κτίρια κέντρων ελέγχου διακομιστή (ένας διακομιστής ανά κτίριο που συλλέγει πληροφορίες από όλους τους διακομιστές δεύτερης βαθμίδας)
• Επίπεδο 4: διακομιστές αστικής περιοχής (τελικός προορισμός για κλιμάκωση ειδοποιήσεων χαμηλότερου επιπέδου, παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο, ενσωμάτωση με συστήματα Service Desk)
• Επίπεδο 5: διακομιστές των κεντρικών γραφείων (έλεγχος περιφερειακών διακομιστών, συλλογή και σύνθεση αναφορών, ειδοποιήσεις)

Οποιοσδήποτε από τους παραπάνω διακομιστές μπορεί να είναι ένα σύμπλεγμα ανακατεύθυνσης πολλαπλών κόμβων.

Διαχείριση δικτύων πολλαπλών τμημάτων

Το AggreGate Network Manager βασίζεται στην πλατφόρμα AggreGate και είναι μια τυπική περίπτωση χρήσης για μια κατανεμημένη αρχιτεκτονική. Τα μεγάλα τμηματοποιημένα δίκτυα εταιρειών και τηλεπικοινωνιακών φορέων δεν μπορούν να παρακολουθούνται από ένα μόνο κέντρο λόγω περιορισμών δρομολόγησης, πολιτικών ασφαλείας ή περιορισμών εύρους ζώνης σε συνδέσεις με απομακρυσμένα τμήματα δικτύου.

Έτσι, ένα κατανεμημένο σύστημα παρακολούθησης αποτελείται συνήθως από τα ακόλουθα στοιχεία:

• Πρωταρχικόςή κεντρικόςένας διακομιστής που συλλέγει πληροφορίες από όλα τα τμήματα δικτύου
• Δευτερεύωνδιακομιστές ή διακομιστές διερεύνησηςσυσκευές ψηφοφορίας σε απομονωμένα τμήματα
• Ειδικευμένοςδιακομιστές όπως διακομιστές ανάλυσης κυκλοφορίας που επεξεργάζονται δισεκατομμύρια συμβάντα NetFlow ανά ημέρα

Οι δευτερεύοντες και εξειδικευμένοι διακομιστές είναι οι πάροχοι πληροφοριών στον κύριο διακομιστή, εκθέτοντας μέρος του μοντέλου δεδομένων τους στο κέντρο ελέγχου. Αυτό θα μπορούσε να είναι:

• Όλα τα περιεχόμενα του δέντρου περιβάλλοντος του διακομιστή ανίχνευσης, το οποίο επιτρέπει τον πλήρη έλεγχο της διαμόρφωσης από έναν κεντρικό διακομιστή. Σε αυτήν την περίπτωση, ο διακομιστής ανιχνευτών χρησιμοποιείται απλά ως διακομιστής μεσολάβησης για να ξεπεραστεί το πρόβλημα τμηματοποίησης δικτύου.
• Ειδοποιήσεις που δημιουργούνται από τον διακομιστή ανιχνευτών. Σε αυτήν την περίπτωση, το 99% των χώρων εργασίας μπορεί να είναι απομακρυσμένο και ο χειριστής του κεντρικού διακομιστή θα λάβει αμέσως ειδοποιήσεις από τους δευτερεύοντες διακομιστές.
• Προσαρμοσμένα σύνολα δεδομένων από διακομιστές ανιχνευτών, όπως πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο σχετικά με την κατάσταση των κρίσιμων συσκευών ή συνοπτικές αναφορές. Όλες οι σχετικές εργασίες θα γίνουν στον δευτερεύοντα διακομιστή, επιτρέποντας την εξισορρόπηση φορτίου.

Διαχείριση εκδηλώσεων υψηλής απόδοσης

Ορισμένες περιπτώσεις χρήσης για την πλατφόρμα AggreGate, όπως η κεντρική διαχείριση συμβάντων, απαιτούν ένα σημαντικό αριθμό συμβάντων για λήψη, επεξεργασία και μόνιμη αποθήκευση σε δομημένη μορφή. Μερικές φορές οι ροές μπορούν να προσεγγίσουν όγκους εκατομμυρίων συμβάντων ανά δευτερόλεπτο και να λαμβάνονται από διαφορετικές πηγές.

Σε τέτοιες περιπτώσεις, ένας διακομιστής AggreGate δεν θα αντιμετωπίσει ολόκληρη τη ροή των συμβάντων. Μια κατανεμημένη αρχιτεκτονική θα βοηθήσει στην οργάνωση του χειρισμού εκδηλώσεων:

• Πολλοί τοπικοί διακομιστές είναι εγκατεστημένοι στα αντικείμενα που δημιουργούν συμβάντα, τα οποία επεξεργάζονται αυτά τα συμβάντα. Πολλές πηγές (ανιχνευτές) μπορούν να συνδεθούν σε έναν διακομιστή επεξεργασίας.
• Ένας αποκλειστικός διακομιστής αποθήκευσης ή ένα σύμπλεγμα αποθήκευσης δεδομένων μεγάλων διακομιστών δεσμεύεται σε κάθε τοπικό διακομιστή επεξεργασίας. Ο αριθμός των κόμβων συμπλέγματος μπορεί να ποικίλει ανάλογα με το ρυθμό με τον οποίο δημιουργούνται τα συμβάντα.
• Όλοι οι διακομιστές αποθήκευσης εσωτερικής εγκατάστασης εκτελούν προ-φιλτράρισμα, διπλή αναπαραγωγή, συσχέτιση (χρησιμοποιώντας κανόνες που ισχύουν για τοπικά συνδεδεμένους ανιχνευτές), εμπλουτισμό και αποθήκευση συμβάντων.
• Οι τοπικοί διακομιστές αποθήκευσης συνδέονται με έναν κεντρικό διακομιστή συγκέντρωσης. Ο διακομιστής συγκέντρωσης είναι υπεύθυνος για τη συσχέτιση σημαντικών συμβάντων σε όλο το σύστημα.
• Οι κεντρικοί χειριστές διακομιστών μπορούν να περιηγηθούν σε ολόκληρη τη βάση δεδομένων συμβάντων, ενώ οι εργασίες εύρεσης ζωντανών δεδομένων κατανέμονται μεταξύ των διακομιστών αποθήκευσης. Έτσι, είναι δυνατή η δημιουργία κεντρικών αναφορών και ειδοποιήσεων με βάση μια βάση δεδομένων για όλα τα συμβάντα.

Ψηφιακή επιχείρηση

Το AggreGate μπορεί να λειτουργήσει ως πλατφόρμα συντονισμού για την ψηφιακή επιχείρηση. Καθένας από τους διακομιστές AggreGate μπορεί να εκτελέσει διάφορες λειτουργίες, από την παρακολούθηση και τη διαχείριση απομακρυσμένων αντικειμένων έως υπηρεσίες υψηλού επιπέδου, όπως επιχειρηματική ευφυΐα ή, για παράδειγμα, διαχείριση συμβάντων.

Όλοι οι διακομιστές σε μια ψηφιακή επιχείρηση συνδέονται μεταξύ τους μέσω κατανεμημένης υποδομής. Οι διακομιστές χαμηλότερου επιπέδου παρέχουν πρόσβαση σε ορισμένα από τα περιβάλλοντα ενός μοντέλου δεδομένων σε διακομιστές ανώτερου επιπέδου, επιτρέποντάς σας να δημιουργήσετε ένα κέντρο κατάστασης για ολόκληρη την επιχείρηση.

Προς το παρόν, όλα τα αναπτυγμένα για εμπορικούς σκοπούς IS έχουν κατανεμημένη αρχιτεκτονική, η οποία συνεπάγεται τη χρήση παγκόσμιων και / ή τοπικών δικτύων.

Ιστορικά, η αρχιτεκτονική του διακομιστή αρχείων ήταν η πρώτη που έγινε ευρέως διαδεδομένη, καθώς η λογική της είναι απλή και είναι ευκολότερο να μεταφερθεί σε μια τέτοια αρχιτεκτονική τα ήδη χρησιμοποιούμενα IS. Στη συνέχεια μετατράπηκε σε αρχιτεκτονική διακομιστή-πελάτη, η οποία μπορεί να ερμηνευθεί ως η λογική συνέχεια. Τα σύγχρονα συστήματα που χρησιμοποιούνται στο παγκόσμιο δίκτυο INTERNET σχετίζονται κυρίως με την αρχιτεκτονική των κατανεμημένων αντικειμένων (βλ. Εικ. III‑15 )

Το IS μπορεί να φανταστεί ότι αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία (Εικ. III-16)

III.03.2. εφαρμογές διακομιστή αρχείων.

Είναι ιστορικά η πρώτη κατανεμημένη αρχιτεκτονική (Εικ. III-17). Είναι οργανωμένη πολύ απλά: υπάρχουν μόνο δεδομένα στον διακομιστή και όλα τα άλλα ανήκουν στον υπολογιστή-πελάτη. Δεδομένου ότι τα τοπικά δίκτυα είναι αρκετά φθηνά, και λόγω του γεγονότος ότι με μια τέτοια αρχιτεκτονική το λογισμικό εφαρμογών είναι αυτόνομο, μια τέτοια αρχιτεκτονική χρησιμοποιείται συχνά σήμερα. Μπορούμε να πούμε ότι αυτή είναι μια παραλλαγή της αρχιτεκτονικής πελάτη-διακομιστή, στην οποία μόνο τα αρχεία δεδομένων βρίσκονται στον διακομιστή. Διαφορετικοί προσωπικοί υπολογιστές αλληλεπιδρούν μόνο μέσω ενός κοινού χώρου αποθήκευσης δεδομένων, επομένως τα προγράμματα που είναι γραμμένα για έναν υπολογιστή είναι ευκολότερα να προσαρμοστούν σε μια τέτοια αρχιτεκτονική.

Πλεονεκτήματα:

Πλεονεκτήματα της αρχιτεκτονικής διακομιστή αρχείων:

Ευκολία οργάνωσης

Δεν έρχεται σε αντίθεση με τις απαραίτητες απαιτήσεις για τη διατήρηση της ακεραιότητας και της αξιοπιστίας της βάσης δεδομένων.

Συμφόρηση δικτύου;

Απρόβλεπτη απάντηση σε ένα αίτημα.

Αυτά τα μειονεκτήματα εξηγούνται από το γεγονός ότι οποιοδήποτε αίτημα στη βάση δεδομένων οδηγεί στη μεταφορά σημαντικών ποσοτήτων πληροφοριών μέσω του δικτύου. Για παράδειγμα, για να επιλέξετε μία ή περισσότερες σειρές από πίνακες, ολόκληρος ο πίνακας μεταφορτώνεται στον υπολογιστή-πελάτη και το DBMS επιλέγει ήδη εκεί. Η σημαντική κίνηση του δικτύου είναι ιδιαίτερα γεμάτη με την οργάνωση της απομακρυσμένης πρόσβασης στη βάση δεδομένων.

III.03.2. b Εφαρμογές διακομιστή-πελάτη.

Σε αυτήν την περίπτωση, υπάρχει κατανομή αρμοδιοτήτων μεταξύ του διακομιστή και του πελάτη. Ανάλογα με το πώς διαχωρίζονται διακρίνουν Λίποςκαι λεπτός πελάτης.

Στο λεπτό μοντέλο πελάτη, όλη η εφαρμογή και η διαχείριση δεδομένων γίνεται στον διακομιστή. Η διεπαφή χρήστη σε αυτά τα συστήματα "μεταναστεύει" σε έναν προσωπικό υπολογιστή και η ίδια η εφαρμογή λογισμικού εκτελεί τις λειτουργίες ενός διακομιστή, δηλαδή εκτελεί όλες τις διαδικασίες εφαρμογής και διαχειρίζεται δεδομένα. Το λεπτό μοντέλο πελάτη μπορεί επίσης να εφαρμοστεί όπου οι πελάτες είναι υπολογιστές ή σταθμοί εργασίας. Οι συσκευές δικτύου εκτελούν το πρόγραμμα περιήγησης Διαδικτύου και το περιβάλλον εργασίας χρήστη που εφαρμόζεται στο σύστημα.

Κύριος μειονέκτημαλεπτά μοντέλα πελατών - υψηλή φόρτωση διακομιστή και δικτύου. Όλοι οι υπολογισμοί εκτελούνται στο διακομιστή και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική κίνηση δικτύου μεταξύ του πελάτη και του διακομιστή. Στους σύγχρονους υπολογιστές, υπάρχει αρκετή υπολογιστική ισχύ, αλλά ουσιαστικά δεν χρησιμοποιείται στο μοντέλο / λεπτό πελάτη της τράπεζας

Αντίθετα, το παχύ μοντέλο πελάτη χρησιμοποιεί την ισχύ επεξεργασίας των τοπικών μηχανών: η ίδια η εφαρμογή τοποθετείται στον υπολογιστή-πελάτη. Ένα παράδειγμα αυτού του τύπου αρχιτεκτονικής είναι τα συστήματα ATM, στα οποία το ATM είναι ο πελάτης και ο διακομιστής είναι ο κεντρικός υπολογιστής που εξυπηρετεί τη βάση δεδομένων λογαριασμών πελατών.

III.03.2. γ Αρχιτεκτονική διακομιστή-πελάτη δύο και τριών επιπέδων.

Όλες οι αρχιτεκτονικές που συζητήθηκαν παραπάνω είναι δύο επιπέδων. Διακρίνουν μεταξύ του επιπέδου πελάτη και του επιπέδου διακομιστή. Ακριβώς μιλώντας, το IC αποτελείται από τρία λογικά επίπεδα:

· Επίπεδο χρήστη

Επίπεδο εφαρμογής:

· Επίπεδο δεδομένων.

Επομένως, σε ένα μοντέλο δύο επιπέδων, όπου εμπλέκονται μόνο δύο επίπεδα, υπάρχουν προβλήματα κλιμάκωσης και απόδοσης εάν επιλεγεί το μοντέλο λεπτού πελάτη ή προβλήματα διαχείρισης συστήματος εάν επιλεγεί το παχύ μοντέλο πελάτη. Αυτά τα προβλήματα μπορούν να αποφευχθούν εάν εφαρμόσουμε ένα μοντέλο που αποτελείται από τρία επίπεδα, όπου δύο από αυτά είναι διακομιστές (Εικ. III-21).

Διακομιστής δεδομένων

Στην πραγματικότητα, ο διακομιστής εφαρμογών και ο διακομιστής δεδομένων μπορούν να βρίσκονται στον ίδιο υπολογιστή, αλλά δεν μπορούν να εκτελέσουν τις λειτουργίες του άλλου. Το καλό πράγμα για το μοντέλο τριών επιπέδων είναι ότι διαχωρίζει λογικά την εκτέλεση εφαρμογών και τη διαχείριση δεδομένων.

Πίνακας III-5 Εφαρμογή διαφορετικών τύπων αρχιτεκτονικών

Αρχιτεκτονική	εφαρμογή
Λεπτός πελάτης δύο επιπέδων	1 Παλαιά συστήματα στα οποία δεν συνιστάται ο διαχωρισμός της εκτέλεσης εφαρμογών και της διαχείρισης δεδομένων. 2 Υπολογίστε εντατικές εφαρμογές με λίγη διαχείριση δεδομένων. 3 Εφαρμογές με μεγάλες ποσότητες δεδομένων, αλλά λίγος υπολογισμός.
Πελάτης δύο επιπέδων	1 Εφαρμογές όπου ο χρήστης απαιτεί εντατική επεξεργασία δεδομένων, δηλαδή οπτικοποίηση δεδομένων. 2 Εφαρμογές με ένα σχετικά σταθερό σύνολο λειτουργιών χρήστη που εφαρμόζονται σε ένα καλά διαχειριζόμενο περιβάλλον συστήματος.
Διακομιστής-πελάτης τριών επιπέδων	1 Μεγάλες εφαρμογές με κελιά και χιλιάδες πελάτες 2 Εφαρμογές στις οποίες τόσο τα δεδομένα όσο και οι μέθοδοι επεξεργασίας αλλάζουν συχνά. 3 Εφαρμογές που ενσωματώνουν δεδομένα από πολλές πηγές.

Αυτό το μοντέλο είναι κατάλληλο για πολλούς τύπους εφαρμογών, αλλά περιορίζει τους προγραμματιστές IS που πρέπει να αποφασίσουν πού να παρέχουν υπηρεσίες, να παρέχουν υποστήριξη για επεκτασιμότητα και να αναπτύξουν εργαλεία για τη σύνδεση νέων πελατών.

III.03.2. δ Κατανεμημένη αρχιτεκτονική αντικειμένων.

Μια πιο γενική προσέγγιση παρέχεται από μια αρχιτεκτονική κατανεμημένων αντικειμένων, της οποίας τα αντικείμενα είναι τα κύρια συστατικά. Παρέχουν ένα σύνολο υπηρεσιών μέσω των διεπαφών τους. Άλλα αντικείμενα στέλνουν αιτήματα χωρίς διάκριση μεταξύ πελάτη και διακομιστή. Τα αντικείμενα μπορούν να εντοπιστούν σε διαφορετικούς υπολογιστές στο δίκτυο και να αλληλεπιδράσουν μέσω ενδιάμεσου λογισμικού, παρόμοιο με το δίαυλο συστήματος, το οποίο σας επιτρέπει να συνδέετε διαφορετικές συσκευές και να διατηρείτε επικοινωνία μεταξύ συσκευών υλικού.

…

Διευθυντής προγράμματος οδήγησης ODBC

Οδηγός 1

Οδηγός Κ

DB 1

DB Κ

Εργασία με SQL

…

Η αρχιτεκτονική ODBC περιλαμβάνει στοιχεία:

1. Εφαρμογή (π.χ. IS). Εκτελεί εργασίες: ζητά σύνδεση με την πηγή δεδομένων, στέλνει ερωτήματα SQL στην πηγή δεδομένων, περιγράφει την περιοχή αποθήκευσης και τη μορφή για ερωτήματα SQL, χειρίζεται σφάλματα και ειδοποιεί τον χρήστη για αυτά, δεσμεύει ή επαναφέρει συναλλαγές, ζητά σύνδεση με το πηγή δεδομένων.

2. Διαχείριση συσκευών. Φορτώνει προγράμματα οδήγησης κατά απαίτηση εφαρμογών, προσφέρει μία διεπαφή για όλες τις εφαρμογές και η διεπαφή διαχειριστή ODBC είναι η ίδια και ανεξάρτητα από το DBMS με την οποία θα αλληλεπιδράσει η εφαρμογή. Το Microsoft Manager Driver που παρέχεται είναι ένα δυναμικό DLL με δυνατότητα φόρτωσης.

3. Το πρόγραμμα οδήγησης εξαρτάται από το DBMS. Ένα πρόγραμμα οδήγησης ODBC είναι μια βιβλιοθήκη δυναμικής σύνδεσης (DLL) που εφαρμόζει συναρτήσεις ODBC και αλληλεπιδρά με μια πηγή δεδομένων. Ένα πρόγραμμα οδήγησης είναι ένα πρόγραμμα που επεξεργάζεται ένα αίτημα για μια συγκεκριμένη συνάρτηση για ένα DBMS (μπορεί να τροποποιήσει τα ερωτήματα σύμφωνα με το DBMS) και επιστρέφει το αποτέλεσμα στην εφαρμογή. Κάθε DBMS που υποστηρίζει τεχνολογία ODBC πρέπει να παρέχει στους προγραμματιστές εφαρμογών ένα πρόγραμμα οδήγησης για αυτό το DBMS.

4. Η πηγή δεδομένων περιέχει τις πληροφορίες ελέγχου που καθορίζονται από το χρήστη, πληροφορίες σχετικά με την πηγή δεδομένων και χρησιμοποιούνται για πρόσβαση σε ένα συγκεκριμένο DBMS. Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιούνται τα μέσα του λειτουργικού συστήματος και της πλατφόρμας δικτύου.

Δυναμικό μοντέλο

Αυτό το μοντέλο προϋποθέτει πολλές πτυχές, οι οποίες αντιπροσωπεύονται στη γλώσσα UML χρησιμοποιώντας τουλάχιστον 5 διαγράμματα, βλέπε σελ. 2.04.2- 2.04.5.

Εξετάστε τη διαχείριση. Το μοντέλο διακυβέρνησης συμπληρώνει τα διαρθρωτικά μοντέλα.

Ανεξάρτητα από το πώς περιγράφεται η δομή του συστήματος, αποτελείται από ένα σύνολο δομικών μονάδων (λειτουργίες ή αντικείμενα). Για να λειτουργήσουν ως σύνολο, πρέπει να ελέγχονται και δεν υπάρχουν πληροφορίες ελέγχου στα στατικά διαγράμματα. Τα μοντέλα ελέγχου σχεδιάζουν τη ροή ελέγχου μεταξύ συστημάτων.

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι ελέγχου στα συστήματα λογισμικού.

1. Κεντρική διαχείριση.

2. Διαχείριση βάσει εκδηλώσεων.

Η κεντρική διαχείριση μπορεί να είναι:

· Ιεραρχικός- βάσει της αρχής «επιστροφή κλήσης» (με αυτόν τον τρόπο λειτουργούν συνήθως τα εκπαιδευτικά προγράμματα)

· Μοντέλο αποστολέαπου χρησιμοποιείται για παράλληλα συστήματα.

ΣΕ μοντέλα αποστολέαθεωρείται ότι ένα από τα συστατικά του συστήματος είναι ένας αποστολέας. Διαχειρίζεται τόσο την εκκίνηση όσο και τον τερματισμό των συστημάτων και τον συντονισμό των υπόλοιπων διαδικασιών στο σύστημα. Οι διαδικασίες μπορούν να εκτελούνται παράλληλα μεταξύ τους. Μια διαδικασία αναφέρεται σε ένα πρόγραμμα, ένα υποσύστημα ή μια διαδικασία που εκτελείται αυτήν τη στιγμή. Αυτό το μοντέλο μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε διαδοχικά συστήματα, όπου το πρόγραμμα ελέγχου καλεί μεμονωμένα υποσυστήματα ανάλογα με ορισμένες μεταβλητές κατάστασης (μέσω του χειριστή υπόθεση).

Διαχείρηση γεγονότωνπροϋποθέτει την απουσία υπορουτίνας που είναι υπεύθυνη για τη διαχείριση. Ο έλεγχος πραγματοποιείται από εξωτερικά συμβάντα: πατώντας ένα κουμπί του ποντικιού, πατώντας ένα πληκτρολόγιο, αλλάζοντας τις ενδείξεις του αισθητήρα, αλλάζοντας τις μετρήσεις του χρονοδιακόπτη κ.λπ. Κάθε εξωτερικό συμβάν κωδικοποιείται και τοποθετείται στην ουρά συμβάντων. Εάν παρέχεται αντίδραση σε ένα συμβάν στην ουρά, τότε καλείται η διαδικασία (υπορουτίνα), η οποία εκτελεί την αντίδραση σε αυτό το συμβάν. Τα συμβάντα στα οποία αντιδρά το σύστημα μπορούν να συμβούν είτε σε άλλα υποσυστήματα είτε στο εξωτερικό περιβάλλον του συστήματος.

Ένα παράδειγμα τέτοιας διαχείρισης είναι η οργάνωση εφαρμογών στα Windows.

Όλα τα δομικά μοντέλα που περιγράφηκαν προηγουμένως μπορούν να εφαρμοστούν χρησιμοποιώντας κεντρική διαχείριση ή διαχείριση βάσει εκδηλώσεων.

Διεπαφή χρήστη

Κατά την ανάπτυξη ενός μοντέλου διεπαφής, πρέπει κανείς να λαμβάνει υπόψη όχι μόνο τις εργασίες του σχεδιασμένου λογισμικού, αλλά και τα χαρακτηριστικά του εγκεφάλου που σχετίζονται με την αντίληψη των πληροφοριών.

III.03.4. Ψυχοφυσικά χαρακτηριστικά ενός ατόμου που σχετίζεται με την αντίληψη και την επεξεργασία των πληροφοριών.

Το μέρος του εγκεφάλου, το οποίο μπορεί συμβατικά να ονομαστεί επεξεργαστής αντίληψης, συνεχώς, χωρίς τη συμμετοχή της συνείδησης, επεξεργάζεται τις εισερχόμενες πληροφορίες, τη συγκρίνει με την προηγούμενη εμπειρία και τις αποθηκεύει.

Όταν μια οπτική εικόνα προσελκύει την προσοχή μας, τότε οι πληροφορίες που μας ενδιαφέρουν φτάνουν στη βραχυπρόθεσμη μνήμη. Εάν η προσοχή μας δεν προσελκύθηκε, τότε οι πληροφορίες στο χώρο αποθήκευσης εξαφανίζονται, αντικαθιστώντας τις ακόλουθες μερίδες.

Σε κάθε στιγμή του χρόνου, η εστίαση της προσοχής μπορεί να καθοριστεί σε ένα σημείο, οπότε αν είναι απαραίτητο να παρακολουθείτε ταυτόχρονα διάφορες καταστάσεις, τότε η εστίαση μετακινείται από το ένα αντικείμενο που παρακολουθείται στο άλλο. Ταυτόχρονα, η προσοχή είναι διασκορπισμένη και ορισμένες λεπτομέρειες μπορεί να παραβλεφθούν. Είναι επίσης σημαντικό ότι η αντίληψη βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στα κίνητρα.

Όταν αλλάζετε ένα πλαίσιο, ο εγκέφαλος είναι μπλοκαρισμένος για λίγο: κυριαρχεί μια νέα εικόνα, επισημαίνοντας τις πιο βασικές λεπτομέρειες. Αυτό σημαίνει ότι εάν χρειάζεστε μια γρήγορη απάντηση από τον χρήστη, τότε δεν πρέπει να αλλάξετε τις εικόνες απότομα.

Η βραχυπρόθεσμη μνήμη είναι το εμπόδιο στο σύστημα επεξεργασίας πληροφοριών ενός ατόμου. Η χωρητικότητά του είναι 7 ± 2 μη συνδεδεμένα αντικείμενα. Οι πληροφορίες χωρίς αξίωση αποθηκεύονται σε αυτό για όχι περισσότερο από 30 δευτερόλεπτα. Για να μην ξεχάσουμε σημαντικές πληροφορίες για εμάς, τις επαναλαμβάνουμε συνήθως, ενημερώνοντας τις πληροφορίες σε βραχυπρόθεσμη μνήμη. Έτσι, κατά το σχεδιασμό διεπαφών, πρέπει να έχουμε κατά νου ότι η συντριπτική πλειοψηφία δυσκολεύεται, για παράδειγμα, να θυμάται και να εισάγει αριθμούς που περιέχουν περισσότερα από πέντε ψηφία σε μια άλλη οθόνη.

Αν και η χωρητικότητα και ο χρόνος αποθήκευσης της μακροπρόθεσμης μνήμης είναι απεριόριστος, η πρόσβαση στις πληροφορίες δεν είναι εύκολη. Ο μηχανισμός για την εξαγωγή πληροφοριών από τη μακροχρόνια μνήμη είναι σχετικός στη φύση. Για τη βελτίωση της απομνημόνευσης των πληροφοριών, συνδέεται με τα δεδομένα που αποθηκεύει ήδη η μνήμη και διευκολύνει την απόκτηση. Δεδομένου ότι η πρόσβαση στη μακροπρόθεσμη μνήμη είναι δύσκολη, συνιστάται να μην περιμένετε από τον χρήστη να θυμάται τις πληροφορίες, αλλά ότι ο χρήστης θα τις αναγνωρίσει.

III.03.4. b Βασικά κριτήρια για την αξιολόγηση διεπαφών

Πολλές έρευνες και έρευνες που πραγματοποιήθηκαν από κορυφαίες εταιρείες ανάπτυξης λογισμικού έχουν δείξει ότι οι χρήστες εκτιμούν σε μια διεπαφή:

1) ευκολία μάθησης και απομνημόνευσης - εκτιμήστε συγκεκριμένα τον χρόνο μάστερ και τη διάρκεια διατήρησης πληροφοριών και μνήμης.

2) την ταχύτητα επίτευξης αποτελεσμάτων κατά τη χρήση του συστήματος, το οποίο καθορίζεται από τον αριθμό των εντολών και των ρυθμίσεων που έχουν εισαχθεί ή επιλεγεί από το ποντίκι.

3) υποκειμενική ικανοποίηση με τη λειτουργία του συστήματος (ευκολία χρήσης, κόπωση κ.λπ.).

Επιπλέον, για επαγγελματίες χρήστες που εργάζονται συνεχώς με το ίδιο πακέτο, το δεύτερο και τρίτο κριτήριο έρχονται γρήγορα στην πρώτη θέση και για μη επαγγελματίες χρήστες που εργάζονται με λογισμικό περιοδικά και εκτελούν σχετικά απλές εργασίες - το πρώτο και το τρίτο.

Από αυτήν την άποψη, οι διεπαφές με δωρεάν πλοήγηση έχουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά για επαγγελματίες χρήστες σήμερα, και άμεσες διεπαφές χειρισμού για μη επαγγελματίες χρήστες. Έχει παρατηρηθεί εδώ και πολύ καιρό ότι κατά την αντιγραφή αρχείων, όλα τα άλλα πράγματα είναι ίδια, οι περισσότεροι επαγγελματίες χρησιμοποιούν κελύφη όπως το Far, ενώ οι μη επαγγελματίες χρησιμοποιούν Windows drag and drop.

III.03.4. γ Τύποι διεπαφών χρήστη

Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι διεπαφών χρήστη:

Πρωτόγονος

Δωρεάν πλοήγηση

Άμεσος χειρισμός.

Η διεπαφή είναι πρωτόγονη

Πρωτόγονοςονομάζεται διεπαφή που οργανώνει την αλληλεπίδραση με τον χρήστη και χρησιμοποιείται σε λειτουργία κονσόλας. Η μόνη απόκλιση από τη διαδοχική διαδικασία που παρέχει τα δεδομένα είναι η βρόχος μέσω πολλαπλών συνόλων δεδομένων.

Διεπαφή μενού.

Σε αντίθεση με την πρωτόγονη διεπαφή, επιτρέπει στον χρήστη να επιλέξει μια λειτουργία από μια ειδική λίστα που εμφανίζεται από το πρόγραμμα. Αυτές οι διεπαφές περιλαμβάνουν την εφαρμογή πολλών σεναρίων εργασίας, την ακολουθία ενεργειών στην οποία καθορίζονται από τους χρήστες. Η δενδρική οργάνωση των μενού δείχνει ότι η εύρεση ενός αντικειμένου σε περισσότερα από δύο επίπεδα μενού είναι δύσκολη.