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第8章分布式测控网络技术讲解

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chap8 计算机分布式控制系统

chap8 计算机分布式控制系统

chap8 计算机分布式控制系统Chapter 8 计算机分布式控制系统主要内容8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 分布式控制系统概述分布式系统平台模型网络与通信网络协议网络控制系统网络一组互联的资源主机(Hosts)运行网络应用软件：客户/服务器对等节点网络基础设施由一组互联的设备构成：网络节点：接收/发送、转发、路由选择的主机及软硬件连接：传送信息的通道8.1.1 分布式系统定义一个分布式系统是一组由网络联接的具有独立功能的计算机，在一套特殊软件的管理下，整个系统在用户面前呈现为一个透明的整体。

(Tanenbaum et al. 2002)一个分布式系统是一组位于网络计算机上的并发构件，这些构件之间的通信以及任务协调都只能通过信件传递进行，其目的是实现资源共享。

(Coulouris et al. 2021)分布式控制网络结构分布式系统与单机系统的比较单机系统分布式系统用户共享一台计算机可以访问所有资源单一时钟单一系统控制单一地理位�Z 单一故障点一组由网络互联的、自治的计算机和资源资源为用户所共享可以集中控制，也可以分布控制计算机可以同构，也可以异构分散的地理位�Z 分布式故障点没有全局时钟没有共享内存(大多数情况)任何一台计算机都不可能掌握全局状态任何一台计算机都根据自己的局部信息做出决定一台计算机的故障不会导致全局崩溃不存在全局时钟调节对象：系统规模，系统功能，管理结构调节方法：隐蔽通信延迟，资源分布，资源复制等分布式系统的发展简史系统名称 CM* 组织机构卡内基.· 梅隆大学网络要求层次总线计算机 PDP 研制日期 1975Cambridge DCSLocus V System Mach CORBA Distributed COM JINI剑桥大学加州大学洛杉矶分校斯坦佛大学卡内基.· 梅隆大学 OMG 微软公司 Sun Microsystems剑桥环以太网以太网以太网互联网互联网互联网LSI-4PC Sun Sun, PC 任何机器 PC 任何机器19791980 1982 1985 1990 1996 2000经典分布式系统应用 rlogin or telnet (远程访问) 网络文件系统 ATM (银行自动取款机) 分布式数据库 WWW (万维网) 全球定位系统自动售货终端机航空管制系统网络拍卖系统8.1.2 典型的网络拓扑结构星形环形二叉树形全连通形正则形任意形星形路径算法连通性负载均匀易差否易差是环形二叉树形易较差否全连通形易好是正则形易较好是任意形不易不详不详主要内容8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 分布式控制系统概述分布式系统平台模型网络与通信网络协议网络控制系统8.2 分布式系统平台模型客户/服务器模型：把使用者看成客户 (client),把应用的具体实现者看成服务器 (server),可以帮助人们容易理解分布式系统，也便于人们管理一个复杂的分布式系统。

(软件工程理论、方法与实践)第8章分布式系统体系结构

(软件工程理论、方法与实践)第8章分布式系统体系结构
代理具有自治性，可以独立于其他代理进行操作，并能够与其他代理进行协调。基于代理的设计方法强调动态性 和灵活性，适用于构建可扩展、可重构和自适应的分布式系统。
基于服务的架构设计方法
总结词
基于服务的架构设计方法是一种以服务为中心的设计方法，通过将系统功能封装为可复用的服务，实 现松耦合的分布式系统。
详细描述
01
02
分布式性
组件分布在不同的物理节点上，可以 位于不同的地理位置。
03
通信能力
组件之间通过通信进行协调和交互。
可靠性
分布式系统具有容错性和可恢复性， 能够保证系统的可靠运行。
05
04
并发性
多个组件可以并行执行，提高系统的 整体性能。
分布式系统的应用场景
云计算平台
如亚马逊AWS、谷歌云等，提供计算、存储、网络等 服务。
总结词
基于代理的分布式系统通过使用智能 代理来处理分布式任务，具有自治性、 智能性和协作性等特点。
详细描述
基于代理的分布式系统案例包括：1. 分布式 计算市场案例，如网格计算和云计算平台， 通过智能代理实现资源的共享和交易；2. 智 能家居案例，通过智能代理实现家庭设备的 互联和控制，提高生活便利性。
运维
分布式系统的运维需要关注系统的运行状态 和性能，以及服务的可用性和可靠性。这需
要使用一些监控工具和技术，如 Prometheus、Grafana等，以便及时发现 和处理系统中的问题。同时，还需要建立完 善的运维流程和规范，以确保系统的高可用
性和高可靠性。
05
分布式系统案例分析
基于代理的分布式系统案例
测试方法
对于分布式系统的测试，需要采用一些特定 的方法，如模拟测试、灰度测试、故障注入 测试等。这些方法可以帮助开发人员模拟各 种实际运行场景，以便更好地发现和修复系 统中的问题。

分布式测控网络技术

分布式测控网络技术
即
冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD)； 令牌环(Token Ring)； 令牌总线(Token Bus)。 三种方式都得到IEEE802委员会的认可，成为 国际标准。
1) 冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD) 又称为随机访问技术或争用技术——适用于总
线形和树形网络结构。 工作原理：当某一结点要发送信息时，首先要
工作过程：当某一结点想要传输数据时，它首 先向中心结点发送一个请求，以便同另一个目的结 点建立连接。一旦两个结点建立了连接，则在这两 点间就象是一条专用线路连接起来一样，进行数据 传输。
特点：
① 网络结构简单，便于控制和管理，建网容易； ② 网络延迟时间短，传输错误率较低； ③ 网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致 全网瘫痪； ④ 网络资源大部分在外围点上，相互结点必须经过 中央结点才能转发信息； ⑤ 通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成 本较高。
特点： ① 信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个
结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制； ② 环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，
控制软件较简单； ③ 环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方
法，提高了可靠性； ④ 环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，
故扩展受到一定的限制。 环形网络结构较适合于信息处理和自动化系统
特点：
①结构简单灵活，扩展方便； ②可靠性高，网络响应速度快； ③共享资源能力强，便于广播式工作； ④设备少，价格低，安装和使用方便； ⑤由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送 的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要 求高的场合。
4）树形结构
结构：分层结构，适用于分级管理和控制系统。 特点： ①通讯线路总长度较短，连网成本低，易于扩展， 但结构较星形复杂； ②网络中除叶结点外，任一结点或连线的故障均 影响其所在支路网络的正常工作。

分散型测控网络技术50页PPT

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25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
分散型测控网络技术
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 不 容忽视 的。— —爱献 生
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚

分散型测控网络技术50页PPT

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42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
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56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹

计算机测控技术与系统第8章 计算机测控系统的设计与实现

计算机测控技术与系统第8章 计算机测控系统的设计与实现

8.2 计算机测控系统设计方法
1. 测控系统总体方案设计
（1）确定系统的结构和类型
测控系统类型多、选型范围广，可根据主要功能要求、技术指标进行 系统结构和类型的选择。选型要保证性能指标与技术措施，达到或超过 技术指标要求，在满足需求的前提下，选择性价比高的系统。
（2）确定系统的构成方式
① 专用测控系统
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2
（2）可靠性要高
系统的可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能 的能力。
可靠性的指标一般采用平均无故障工作时间（MTBF）和故障修复时 间（MTTR）表示。MTBF反映了系统可靠工作的能力，MTTR则反映了 系统出现故障后恢复工作的能力。通常要求MTBF有较高的数值，如达到 几万小时，同时尽量缩短MTTR，以达到很高的运行效率。
这种方式可提高研制和开发速度，提高系统的技术水平和性能，增 加可靠性，容易实现各种复杂的控制功能。
对于大中型规模的测控系统设计，要求设计者具有丰富的专用理论 和实际工程设计能力与经验，系统设计工作量大，过程复杂，通用测控 系统方式是理想的选择。
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（3）测控系统主机的选择
主机是整个测控系统的核心，它的选择将对整个系统产生决定性的影 响。目前，可担当测控系统主机的机型很多，如IPC、PLC、PAC、各类 嵌入式微控制器等。在具体选型时，可以选择IPC、PLC、智能仪表等现 有测控硬件设备，设计者只需要根据测控任务选择相应的硬件配置，再 配以软件设计，即可完成测控任务。
可以根据以下几点选用传感器。
•根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
•灵敏度的选择
•频率响应特性
•线性范围
•稳定性
•精度

第8章 分布式系统的可靠性

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故障的处理
节点故障的处理 拜占庭式故障的处理 通信故障的处理 软件故障的处理
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节点故障的处理
使用主动复制的方法处理节点故障，相对来说比较简 单和容易，但其代价较大：
– 处理“永久”故障的硬件冗余比较昂贵； – 处理“暂时”故障的时间冗余（重试）其效率受到较大影 响。
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向后式恢复
一个进行新旧检查点保存替换的方案（Sequoia）：
– 使用2个处于稳定存储器中的内存库（ A库和B库）作为检 查点的双份保存。 – 在对新检查点状态信息进行保存以刷新旧检查点状态信息 时，同时写入 4 个固定、相同的时戳： A 库，刷新前 Ta1， 刷新后Ta2；B库，刷新前Tb1，刷新后Tb2。 – 通过分析替换操作后的时戳结果，确定下一步的措施，以 及是否导致替换操作成功：
我们的讨论中，以基于进程的模型为例。
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7
容错系统设计的构件模块
具备容错能力的、可靠的分布式系统中涉及到三种逻 辑实体，包括二种构件模块：
– 稳定存储器 – 故障－停止处理器
和一个用于构件模块的：
– 原子操作
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稳定存储器
稳定存储器是在系统失效的情况下，可以躲过系统错 误的特定存储空间的抽象概念。也就是说，稳定存储 器空间里的内容不被一个失效所摧毁。 存储器的两个基本操作是读和写，稳定存储器的目标 是在系统失效的情况下，屏蔽不希望的事件，正确地 执行读、写操作。
将A库复制到B库
是
是
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（例中假设先刷新A库；若相反，则类似）
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