选择分布式控制系统结构-分布式计算机控制系统成果

本章已分别介绍了适用于分布式计算机控制系统的互连结构，这些结构从性能上看各有特色。

从可靠性角度来看，全互连结构的可靠性最高，部分互连结构次之，树形结构、总线式结构与环形结构再次之，而星形结构的可靠性在同等条件下则最差。对于树形结构来说，某个节点计算机或通信线路发生故障，仅会引起系统性能有所降低，整个系统仍可照常工作，出现故障的层次越高，对系统造成的影响就越大，当最高层节点计算机发生故障时，对整个系统造成的影响将是较为严重的。对于环形结构来说，通信线路的故障会使单向环路系统无法正常工作，但对双向环路结构则不会造成严重影响；环路中的某个节点计算机的故障会给整个系统带来较大影响，为了弥补这一弱点，可采用旁路的办法进行补救。对于总线式结构来说，某个节点故障不会对整个系统造成严重影响。但是，如果总线本身出现故障，则会导致系统瘫痪。对于这三种结构，都可以采取一定的冗余措施来提高系统的可靠性。

从成本的角度看，系统的成本与所采用的计算机数目、通信线路的种类和长度，以及通信网络和控制系统的硬件、软件的复杂程度有关，一般来说，全互连结构的成本最高，在计算机的位置比较分散且相距较远时，树形结构与星形结构的成本比总线式结构与环形结构高。

从灵活性与可扩充性来看，总线式结构与环形结构显得比较灵活，其次是星形结构与树形结构，再次是部分互连结构，而全互连结构的灵活性与可扩充性则最差。

从上面的分析可以看出，几种互连结构在性能上各有千秋。在一个具体的应用环境下，究竟选用何种分布式系统结构，是一个比较复杂的问题，涉及的因素较多。一般来说，主要取决于具体应用环境的特点和在该环境下哪些性能是应该侧重考虑的。通常对于一个具体的应用环境来说，可能同时有几种可供选择的互连结构方案，这时往往要综合权衡各方面的因素，再从中进行取舍。例如，从可靠性角度考虑，全互连结构或部分互连的报文交换结构占有一定优势，但在许多兼顾控制与管理的应用场合，特别是系统局限在一个建筑物内的情况下，这两种结构通常并不是优选的方案。在许多企业、事业部门中，生产控制与管理的功能呈现比较明显的层次性，因而树形的分级分布式系统便是一种很自然的选择方式。尤其是在一些数据采集与控制系统中，传感器与输入设备之间通常没有数据通信要求，在这种情况下，采用分级分布式结构是比较合适的。此外，当传感器数目比较多以及数据传输量较大时，分级分布式结构也比较经济实用。在有些要求可靠性、可用性比较严格的应用场合，正如前面所分析的，可以采用冗余技术来提高分级分布式系统的性能。(www.xing528.com)

随着微型计算机局部网络的迅速发展，总线式结构和环形结构逐渐成为分布式控制系统中占主导地位的互连结构。它们的应用范围越来越广泛，商品化的产品也越来越多。无论采用何种类型的系统结构，通常在具体实现中总希望采用同一类型的计算机或互相兼容的计算机，这样在技术上和软硬件开发上比较容易实现。

还有一点值得指出的是，互连结构的选择与硬件的工艺水平也是有密切关系的，随着半导体集成电路工艺技术的发展，计算机的可靠性已大大提高。因此，即使从互连结构角度而言可靠性相对较差的星形结构，其在硬件可靠性提高后往往也能满足许多应用环境的要求，这就是近年来星形的计算机控制与管理系统在一定范围内获得应用，甚至某些大型系统也采用了星形结构的缘故。

总之，适用于控制与管理的分布式计算机系统结构是多样化的。对于一个具体的应用系统来说，有多个可供选择的系统结构方案，它们各具特色，又很难进行定量比较，必须综合权衡各方面的因素，才能进行选取。此外，本章仅分析了几种常用的系统结构，实际上还有许多不同类型或派生出来的系统结构。在有的应用系统中，还把几种不同的互连结构综合在一起，形成新型的（或组合式的）系统结构，使它兼顾几种结构的优点。例如，有的分级分布式系统中采用多层次的总线式结构，各层次的上位机与多台下位机之间的通信由共享总线来完成，从而使系统兼有树形结构和总线结构的优势。