Дипломная работа
Созданиеинформационно-справочной подсистемы САПР конструкторско-технологического назначения.Внешние соединители
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ,СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
1.1 Наименование, область применения, цель создания информационно-справочной подсистем САПР конструкторско-технологического назначения
1.2 Задачи, решаемые подсистемой
1.3 Функциональные требования к подсистеме
2. ОБЗОР ОБЪЕКТА ОБРАБОТКИИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНОЙ ПОДСИСТЕМЫ
2.1 Модульные соединители
2.2 Коаксиальные коннекторы
2.3 Возможности соединения оптического волокна
2.3.1 Механические соединители оптических волокон
2.3.2 Малогабаритные оптические соединители
3.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНОЙ ПОДСИСТЕМЫ САПРКОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.1 Проектирование хранилища данных
3.2 Особенности проектирования современных базданных
3.3 Реляционная структура данных
3.4 Процедура проектирования
3.5 Характеристика связей и язык моделирования
ВЫВОДЫ
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
БД – База данныхЭВМ – Электронно-вычислительная машина
САПР –Система автоматизации производства
ВОЛС –волоконно-оптические линии связи
СУБД –система управления базами данными
ВВЕДЕНИЕ
Длясоединения компьютеров и прочего производственного оборудования подлежащегодистанционному управлению между собой используют средства коммутации.
В качестветаких средств наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабельоптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:
а) стоимостьмонтажа и обслуживания,
б) скоростьпередачи информации,
в) ограниченияна величину расстояния передачи информации (без дополнительныхусилителей-повторителей (репитеров)),
г) безопасностьпередачи данных.
Дляобеспечения соединения средств коммутации служат соединители которыепредставляют собой различные разйомы, вилки и розетки. При разрыве или нехваткекабелей используют соединители.
Выплываетследующее, что для обеспечения быстрого и надежного соединения нужноиспользовать качественные и практические соединители. Поэтому соедините важнаячасть в создании и поддержке управления автоматизированного оборудования вещь.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
1.1 Наименование, областьприменения, цель создания информационно-справочной подсистем САПРконструкторско-технологического назначения
Разрабатываемаяподсистема, называемая «Информационно-справочная подсистема САПРконструкторско-технологического назначения. «Внешние соединители» предназначенадля учета, сбора, содержания справочной информации дляконструкторско-технологических целей.
Цельразработки – создать информационно-справочную подсистему, которая обеспечитавтоматизированный доступ и учет информации с помощью разработанной специальнодля этих целей базой данных (БД).
Информационно-справочнаясистема – это комплекс программ, которые будут реализовывать заданные им функции,поэтому главной задачей дипломного проекта является построение наиболее точнойинформации об объектах, которые будут учтены в информационную систему.
Даная системабудет располагаться на производстве и содержать справочную информацию обиспользующихся на производстве соединителях, что позволит в случаенеисправности кабеля быстро подобрать нужную деталь и устранить неисправность.
Созданиеподсистемы включает в себя ряд вопросов о типе, виде, месте установки,параметрах соединителей, поэтому описание объекта обработки справочной системыдолжно производиться на техническом языке, с учетом того, что персонал,работающий с данной системой, будет достаточно квалифицирован.
Системадолжна обладать большой производительностью так как при устранении неисправностейнеобходимо быстрый поиск нужных запчастей.
1.2 Задачи решаемыеподсистемой
Даная системадолжна увеличить производительность или скорость модернизации, так как припоявлении неисправностей или нового оборудования поможет быстро устранитьнеисправности или быстро создать систему управления из-за учета современныхтехнологий монтажа и соединения производственного и технического оборудования.
А значит,данная информационно-справочная подсистема должна обладать такими свойствами:
а) Распределениесоединителей по типу
б) Распределенияпо назначению
в) Посреднему сроку службы
г) Возможностьобновления и учета новых технологий монтажа
д) Обеспечениелегкости работы и поиска информации
е) Учетимеющихся в наличии элементов
1.3 Функциональные требования к подсистеме
Подсистемадолжна обеспечивать следующие функциональные возможности автоматизированнаясистема учёта внешних соединителей:
а) добавление новых объектовв базу данных (БД);
б) изменение характеристикобъектов базы данных;
в) удаление объектов из базыданных.
г) информированиео появлении новых элементов и технологий
Придобавлении базы данных выбор общих характеристик (наименование, код, и т.п.)объекта возлагается на оператора. Параметры учета о изменении количества и наличиемикросхем на производстве оператор использующий данную подсистему не имеетправо менять эти параметры вручную, так как изменение производит работниксклада глее хранятся и производится заказ и выдача этих элементов.
Подсистемаобеспечивает обновление существующих соединителей за счётобъектно-ориентированной структуры программного комплекса – перекомпоновка безизменения базовых объектов программного комплекса.
2. ОБЗОР ОБЪЕКТА ОБРАБОТКИИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНОЙ ПОДСИСТЕМЫ
2.1 Модульные соединители
Модульные соединители Modular Jack(гнезда, розетки) и Modular Plug (вилки) являются наиболее употребимымиразъемами для 1-, 2-, 3-, 4-парных кабелей категорий 3-6. В кабельных системахприменяются 8- и 6- позиционные соединители, больше известные под названиямиRJ-45 и RJ-11 соответственно.
/>
Рисунок 2.1 – Геометрия модульныхрозеток: а – 6-позиционные, б – 8-позиционные, в – модифицированные(MMJ), г – с ключем
Представление о конструкции гнезд ивилок распространенных видов соединителей дают приведенные схемы. Корректноеобозначение для розетки, используемой для подключения сетевой аппаратуры, имеетвид «Modular Jack 8P8C», для вилки — «Modular Plug 8Р8С», где 8Р указывает наразмер (8-позиционный), а 8С — на число используемых контактов (8). Дляподключения телефонов используют конфигурацию 6Р4С (6 позиций, 4 контакта).Встречаются и иные обозначения, например «Р-6-4» — вилка (plug) на 6 позиций и4 контакта, «PS-8-8» — вилка экранированная (plug shielded) на 8 позиций и 8контактов. 6-позиционные вилки могут быть вставлены и в 8-позиционные розетки,но не наоборот. Кроме обычных симметричных разъемов, встречаютсямодифицированные MMJ (Modified Modular Jack) и с ключом (keyed). В некоторыхслучаях применяют и 10-позиционные 10-контактные соединители.
/>
Рисунок 2.2 – Модульная вилка
Обозначение RJ (Registered Jack — зарегистрированное гнездо) на самом деле относится к разъему с определеннойраскладкой проводов и происходит из телефонии. Каждый из изображенных нарисунке разъемов может использоваться с разными номерами RJ.
/>
Рисунок 2.3 – Способ подключения модульныхсоединителей
Приведенные раскладки различаютсяположением пар проводов, цвета проводов пар должны соответствовать стандартнойпоследовательности синий—оранжевый—зеленый—коричневый. При монтажеструктурированной кабельной системы передачи данных следует использовать8-позиционные соединители с раскладкой EIA/TIA-568A, сокращенно Т568А (таблицаниже), или EIA/TIA-568B, сокращенно Т568В. Обе эти раскладки совместимы совсеми сетевыми технологиями. Раскладка Т568 по первым двум парам совместима сUSOC RJ-61, применяемой в телефонии. Раскладка Т568В, известная и под именемАТ&Т258А или WECO, от Т568А отличается только положением пар 2 и 3. Для6-позиционных соединителей (телефонная проводка) применяют раскладку USOC на 1пару (RJ-11), 2 пары (RJ-14), а иногда и 3 пары (RJ-25) проводов. Есть и более«экзотические» варианты раскладки, например RJ-48X: 8-позиционный соединитель,где пары на контактах 1-2 и 4-5 запараллелены перемычками (1-4 и 2-5).
Таблица 2.1 Описание состава проводки />Контакт Т568А Т568В Цвет: основной/полоски Пара Цвет: основной/полоски Пара 1 Белый/зеленый 3 (Tip) Белый/оранжевый 2 (Tip) 2 Зеленый 3 (Ring) Оранжевый 1 (Rmg) 3 Белый/оранжевый 2 (Tip) Белый/зеленый 3 (Tip) 4 Синий 1 (Ring) Синий 1 (Ring) 5 Белый/синий 1 (Tip) Белый/синий 1 (Tip) 6 Оранжевый 2 (Ring) Зеленый 3 (Ring) 7 Белый/коричневый 4 (Tip) Белый/коричневый 4 (Tip) 8 Коричневый 4 (Ring) Коричневый 4 (Ring)
Недостатком всех раскладок является то,что по крайней мере одна пара (а в USOC 2 или 3) разделывается не на соседниеконтакты, а внутрь нее вклинивается другая пара. Это приводит к увеличениюперекрестных наводок и отражения сигнала от неоднородности, возникающей прибольшем расплетении проводов данных пар. По этой причине применение обычных модульныхсоединителей для категорий выше 6-й проблематично. Наиболее распространенныемодульные соединители имеют категорию 5 или 3, соединители категории 5 и вышевыпускаются и для экранированной проводки.
Таблица 2.2 Использование пар проводов вмодульных соединителяхКоммуникационное приложение Пары на контактах (нумераиия 8-позиционного разъема) 1-2 3-б 4-5 7-8 Телефон (аналоговый) - - + - ISDN S/T BRI - Tx Rx (Pwr) ISDN U BRI - - U (Pwr) 10BaseT Tx Rx - - 100BaseTX Tx Rx - - 1000BascTX BD BD BD BD 100BaseT4 Tx Rx BD BD 100BaseVG BD BD BD BD TokenRing - Tx Rx - TP-PMD (FDDI) Tx + + RX ATM Tx + + Rx
Обозначения в таблице:
+ — не используются;
— — используются;
Тх — передатчик;
Rx — приемник (функции указаны дляоконечных устройств);
Pwr — питание;
BD — двунаправленный.
Модульные розетки категории 5 и вышевсегда имеют соответствующее обозначение, от розеток 3-й категории они заметноотличаются конструкцией и способом присоединения проводов. Здесь собственнорозетка смонтирована на печатной плате, на которой устанавливаются и ножевыеконтакты (типа S110, Krone или иной конструкции) для заделки проводов кабеля(рис. «а». Печатными проводниками цепи разводятся так, что проводакаждой пары присоединяются к соседним контактам коннектора. Кроме того, наплате имеются реактивные элементы, согласующие импеданс, выполненные печатнымспособом (рис. «б»). Без этих элементов на высокоскоростныхтехнологиях (100 Мбит/с и выше) возможны проблемы, связанные с отражением,сигналов от коннекторов. В розетках категории 6 для снижения перекрестныхнаводок и отражений применяют контакты сложной формы (рис. «в»). Врозетках категории 3 применяют зажим провода под винт (рис. «г») —дешево, но нетехнологично в монтаже. Встречаются и розетки категории 3 сподсоединением по методу IDC с разрезными цилиндрическими контактами.
/>По исполнению и способу крепления розеток существует множествовариантов, которые можно разделить на фиксированные конфигурации и наборные(модульные) системы. Розетки фиксированной конфигурации — настенные на 1 или 2однотипных гнезда и блоки по 4, 6 или 8 розеток для коммутационных панелей —обычно крепятся за печатную плату, на которой они смонтированы. В розетках длянаборных блоков несущим является пластмассовый корпус розетки, и для крепленияв арматуре — блоках розеток или на коммутационных панелях — используются зацепыэтого корпуса. Здесь миниатюрная печатная плата с коннектором для проводовустанавливается на пластмассовом корпусе гнезда (одиночного или сдвоенного).Для защиты от пыли применяют розетки с откидными крышками или отодвигающимисяподпружиненными шторками. Для коммутационных панелей лучше всего подходитфронтальное положение гнезда (вилка входит спереди). Для розеток рабочих местрозетка может смотреть и вниз, и вбок (вверх нежелательно из-за скопленияпыли). Во многих случаях удобны угловые розетки. Вариантов крепления много, ипри внешней похожести розеток от разных изготовителей они часто не подходят к«неродной» арматуре, казалось бы, с теми же габаритами.
2.2 Коаксиальныеконнекторы
Развитие истановление коаксиальных коннекторов пошло от компании «LEMO S.A.».
Историяшвейцарской компании «LEMO S.A.» началась в 1946 году. Троеспециалистов разработали и запатентовали новую оригинальную систему коммутации- «Самозащелкивающийся механизм LEMO»«Тяни-Толкай»(Push-Pull). Этой новинкой сразу же заинтересовалась CERN (Европейскаялаборатория физики высоких энергий) и заключила договор на поставкусоединителей нового типа для своих телефонных станций.
Удачно освоивпроизводство коннекторов на основе цветных и редкоземельных металлов, в 1957году компания LEMO начинает выпуск униполярных коннекторов серии S.
После успехапервых продуктов на рынке, компания сконцентрировала свои усилия на разработкеи производстве высококачественных соединителей и разъемов, адаптированных подконкретные нужды заказчиков, что позволило ей развить производство идистрибьюторскую сеть практически во всем мире.
В 1961 годукомпания LEMO построила новый завод в Лоне (Швейцария), через три года вМоргесе начался выпуск коннекторов серии Е.В середине семидесятых в швейцарскомДеламонте в производство были запущены мультиполярные коннекторы серий В и К,затем была создана лаборатория волоконной оптики в Ворсинге (Великобритания),начато производство высокочастотных коннекторов в США, низкочастотных вИспании, разъемов на пластиковой основе в Венгрии.
Сегодня вассортименте продукции компании LЕМО — 55 тысяч наименований различных видовсоединителей и разъемов из металла, пластмассы и других материалов. При необходимостиLEMO модифицирует уже существующие либо разрабатывает и производитпринципиально новые модели.
КоннекторыLЕМО применяются в космических и глубоководных аппаратах, железнодорожном,автомобильном, воздушном и водном транспорте, автоматизированных ироботизированных производственных процессах, в телекоммуникациях, аудио-ивидеотехнике, радарах, в ядерной индустрии, тяжелом машиностроении, военнойтехнике, экспериментальной физике, медицинском оборудовании и внаучно-исследовательских лабораториях (рис.2.4). Продукция LЕМО исправно служитна расстоянии 36 тыс. км от Земли и на глубине 600 метров, надежно передает сигнал при температуре от –200 до +500 °С.
/>
Рисунок 2.4 – Областиприменения коннекторов LЕМО
Деталисоединителей изготавливаются на автоматизированных линиях, а их сборка восновном выполняется вручную специалистами высокой квалификации. Благодарясистеме тотального управления качеством (Total Quality Management) изделия LEMOудовлетворяют самым высоким требованиям производителей. Не случайноавтомобильная компания McLarren, принимающая участие в гонках «Формула-1 »,заказала у LЕМО специальные соединители для систем мониторинга работы основныхузлов и механизмов болида во время гонок. Благодаря блестящему решению задачипо разработке легких, виброустойчивых, водонепроницаемых, ударопрочных иогнеупорных соединителей, компания Lemo получила заказ на изготовлениеаналогичных изделий для обеспечения связи в танковых войсках НАТО.
Спектрсоединителей и разъемов, производимых компанией, весьма широк. На рис.2.5представлены серии и основные характеристики изделий, наиболее распространенныхна российском рынке.
Коаксиальныеконнекторы LEMO (50 и 75 Ом) нашли широкое применение во многих сферахдеятельности человека (рис.2.6). В аудио-и видеотехнике часто используются стандартныеконнекторы cерии S, разъемы-ключи серии В используют в медицине. Остальныесерии коаксиальных коннекторов задействованы в коммуникации и информационныхсистемах.
/>
Рисунок 2.5 – Продажикомпании LЕМО
Высоковольтныеконнекторы (3, 5, 8, 10, 15, 30, 50 кВ) используются в медицине иисследовательской отрасли, оптоволоконные разъемы LEMO применяются в авиации,военной индустрии и видеотехнике.
/>
Рисунок 2.6 –Коаксиальные коннекторы
/>
Рисунок 2.7 – Униполярныеи мультиполярные коннекторы
Фактически вовсех вышеперечисленных областях используют униполярные и мультиполярные разъемы(рис.2.7). Фирма LEMO выпускает 40 серий униполярных и мультиполярныхконнекторов, разделенных на семь групп, каждая из которых представляет собойширокое разнообразие гнезд и разъемов, совместимых с семейством кабелей до 106жил и диаметром до 30 мм.
Все сериимультиполярных, униполярных и коаксиальных коннекторов снабжены системойсамозащелкивающегося соединения (Push-Pull). Эта система получила всемирноепризнание, так как она обеспечивает легкую и быструю расстыковку и состыковкусоединения, гарантирует защищенность от вибрации, толчков и рывков кабеля,обеспечивает влагозащищенность и легко эксплу тируется в ограниченномпространстве. Система позволяет разъему сопряг ться с помощью простогопроталкивания штекера в гнездо, разъединить же разъем можно однократным сооснымусилием, приложенным к внешней освобождающей муфте (рис.2.8).
/>
Рисунок 2.8 – СоединениеPush-Pull
Механическиехарактеристики соединения Push-Pull некоторых мультиполярных и униполярныхконнекторов представлены в таблице 1, Fv — сила защелкивания, Fd — силаразъединения, приложенная к освобождающей муфте, Fa — сила разъединения,приложенная к цанге штекера.
Таблица 2.3 – Механическиехарактеристики коннекторов серии E и ВСила (Н) Серия 0E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 00 0B 1B 2B 2G 3B 4B 5B Fv 14 16 20 32 65 85 100 9 10 14 15 12 17 39 48 Fd 9 10 13 25 40 60 75 7 8 11 12 12 14 38 38 Fa 250 300 400 550 700 800 900 120 250 300 400 400 550 700 800
Надежноесоединение контактов в разъеме Lemo обеспечивается в основном за счет двухособенностей дизайна гнезда контакта (рис.2.9):
1), оно имееткорректирующий стыковку вход, который гарантирует идеальное соединение даже вслучае небрежного направления штекера;2) зажимная пружина столь эластична, чтоне ослабевает после соединения, а рабочая сторона пружины предохраняется отстирания золотым покрытием.
/>
Рисунок 2.9 – Гнездаконтакта
В большинствеслучаев корпус коннекторов изготавливается из латуни. На наружную часть корпусананосится никелевое покрытие, являющееся отличной защитой от промышленныхгазов, солевых испарений и других источников коррозии. Альтернативнымизащитными покрытиями являются электролитический никель и никелированное золото.
Корпусконнекторов, эксплу тируемых в суровых условиях, изготавливается из нержавеющейстали. Для ядерной индустрии, где разъемы подвергаются действию радиации ипаров азотной кислоты, LEMO рекомендует использовать корпус из стали AISI 304.Сталь AISI 316L идеальна для использования в медицинских целях.
В случае,когда вес разъема имеет критическое значение (авиа-, автомобилестроение) вкачестве материала корпуса соединителя часто используют сплавы алюминия,которые обладают высокой прочностью и стойкостью к коррозии.
Некоторыемодели разъемов имеют пластмассовый корпус. Черный полиоксиметилен применяетсяв сериях 00 и S, которые идеально работают в медицинской промышленности. Серыйили белый полисульфон обладает превосходными механическими свойствами иэффективен для стерилизации газов. Этот материал используется в моделях серий2В и 3В.
Контактыгнезда разъема Lemo (рис.2.9) изготавливаются из бронзы, а контакты штекера —из латуни. Рабочая поверхность обрабатывается медью (0,5 мкм), никелем (3 мкм)и золотом (1 мкм)(рис.2.10).
/>
Рисунок 2.10 – Материалконтакта
Изоляторразъемов LEMO изготавливается из термопластика, характеристики которогосоответствуют типу коннектора. К этим характеристикам относят диэлектрическуюпроницаемость, водопроницаемость, устойчивость к радиации, воспламеняемость,рабочий температурный диапазон. Для улучшения механических характеристикизолятора в термопластик добавляют стекловолокно. Наиболее часто используетсятермопластик Peek, разработанный специально для Lemo,— он имеет удельноесопротивление 10 15 Ом, диэлектрическую постоянную 3,5 .10 6 Гц, р — бочийдиапазон температур от –50 до +250 °С, радиорезистентность 10 7 Гр, пределпрочности при растяжении 142 МПа при 23 °С. При производстве корпусов иизоляторов разъемов в компании Lemo используется порядка десяти типовтермопластиков.
Внешниеконтакты разъемов делятся на 3 типа: «на пайку », «на зажим », «для печатныхплат ».
Входной каналконтакта «на пайку » обработан под углом для придания формы, упрощающейпроцедуру паяния (рис.2.11).
/>
Рисунок 2.11 – Контакт«на пайку»
Зажимныеконтакты обладают рядом преимуществ: разъемы можно применять при высокихтемпературах, соединение разъема и кабеля происходит быстро и не затрагиваетизолятор, отсутствует риск нагревания изолятора.
Контакты «назажим » бывают двух форм (рис.2.12):
а)стандартная — для большого диаметра провода;
б)уменьшенная — для небольших диаметров.
/>
Рисунок 2.12 – Контакты«на зажим »
Дляуниполярных коннекторов применяется метод зажима — квадрат, для мультиполярныхи экрана коаксиальных — крест (рис.2.12). Подобный метод требует контролясимметричности деформации контакта и провода. Радиальное отверстие со стороныконтакта позволяет проверить корректность соединения.
/>
Рисунок 2.13 – Методзажима
Штекерконтакта для печатных плат бывает двух видов: прямой и угловой (рис.2.14).
/>
Рисунок 2.14 – контактыдля печатных плат
Ключконнектора подразумевает уникальное соответствие гнезда и штекера, чтообеспечивается за счет индивидуальной формы (табл.2.3). Данная системапредотвращает ошибки при соединении, увеличивает его плотность и обеспечиваетсоосность штекера и гнезда.
Такимобразом, серийный номер разъема определяется его типом, серией, размером,материалом корпуса и изолятора, типом контакта и внешним диаметром кабеля(Таблица 2.4).
Таблица 2.4 Ключимультиполярных коннекторов серии ВГнездо коннектора (вид спереди) Модель Угол Серия 00 0B 1B
/> **B 0 ° 0 ° 0 ° **A 30 ° 30 ° 30 ° **B 60 ° 60 ° 60 ° **C – 90 ° 90 ° **D – 135 ° 135 ° **E – 145 ° 145 ° **F – 155 ° 155 ° **J 45 ° 45 ° 45 ° **K – 70 ° 70 ° **L – 80 ° 80 ° **M – 110 ° –
Таблица 2.5. Системаопределения серийного номера разъема LEMO1. Внешнее исполнение разъема выбирается в соответствии с назначением и принципом крепления. Например: FGG – прямой разъем с цангой, «папа».
/> 2. Серия и размер разъема определяется частными характеристиками, необходимыми для применения.
/> 3. Тип разъема и количество контактов соответствует типу кабеля.
/> 4. Материал корпуса определяется средой применения.
/> 5. Материал изолятора соответствует типу изолятора.
/> 6. Тип контакта и крепление «мама» или «папа», «на пайку», «на зажим» и т. д.
/> 7. Внешний диаметр кабеля необходим для определения кода зажимной гайки.
/>
В следующихномерах журнала мы продолжим обзор продукции, производимой компании Lemo.
2.3 Возможностисоединения оптического волокна
Вопросысоединения волоконных световодов приобрели особую актуальность при разработкетехнологии их промышленного применения. Выбор способа сращивания зависит отусловий применения волоконной оптики.
Очевидно, чтозначительные преимущества при использовании волоконно-оптических технологий втелекоммуникационной отрасли, связанные с улучшением целого рядатехнико-экономических показателей (возрастанием скорости передачи информации,увеличением длины регенерационного участка, уменьшением массогабаритныххарактеристик кабелей, экономией цветных металлов и др.), предопределят вбудущем широкое внедрение волоконной оптики при построении линий связиразличных уровней. Однако необходимо было разработать методики сращиванияволоконных световодов, обеспечивающие высокие качественные и вместе с темдостаточно технологичные и доступные показатели, чтобы сделать возможнымприменение этих световодов не только в стационарных, но и в полевых условиях.
Строительнаядлина волоконно-оптического кабеля на практике устанавливается, исходя из рядафакторов. Прокладка больших длин кабеля неудобна вследствие необходимостисматывания с барабана и манипуляций с кабелем как во время прокладки в полевыхусловиях (при пересечении других подземных коммуникаций), так и в городскихусловиях (при прокладке в кабельную канализацию). Прокладывая кабель с помощьюкабелеукладочной техники, также возникают неудобства, связанные с манипуляциямибольшими длинами, если для погрузочно-разгрузочных работ приходитсяиспользовать специализированную технику. Особенно остро стоит проблемаманипуляции строительными длинами с большой удельной массой при прокладкеглубоководных морских кабелей и кабелей для прибрежной зоны. Из-занеобходимости инсталляции кабелей максимально возможной длины для ихтранспортировки по суше используются спаренные железнодорожные платформы, накоторых кабели выкладываются в форме «8», а не на кабельные барабаны.Таким образом кабель транспортируется по суше до погрузки на судно.
Длясоединения оптических волокон разработаны два способа соединений: разъемные инеразъемные. Неразъемные соединения оптических волокон осуществляются методомсварки, методом склеивания, а также с помощью механических соединителей. Длясоздания разъемных соединений оптических волокон используются оптические коннекторы.
2.3.1 Механическиесоединители оптических волокон
Механическиесоединители оптических волокон разрабатывались как более дешевый и быстрыйспособ сращивания оптических волокон. Применение аппарата для сварки оптическихволокон сопряжено с необходимостью соблюдения ряда условий: для работыиспользуется помещение, параметры которого (температурный диапазон, влажность,давление, вибрации и проч.) соответствуют требованиям производителей сварочногооборудования; также необходима организация питания от сети переменного тока сдостаточно жестко регламентированными параметрами. При стоимости комплектаоборудования для сварки оптических волокон, составляющей десятки тысяч долларовСША, амортизационные отчисления, а также техническое обслуживание и ремонт являютсядовольно дорогостоящими.
/>
Рисунок 2.15 –Механический соединитель Corelink производства AMP
Достаточновысокие требования предъявляются также к персоналу, производящему работы по сваркеоптических волокон. Часто этими же лицами производится наладка и обслуживаниеаппаратов для сварки оптических волокон (очистка направляющих поверхностей изажимов, замена электродов и проч.), для чего требуются специалисты с высокимуровнем квалификации.
/>
Рисунок 2.16 –Механический соединитель ленточных элементов оптических волокон производстваLucent Technologies
/>
Рисунок 2.17 –Механический соединитель Fibrlok II производства 3M
/>
Рисунок 2.18 –Механический соединитель Fibrlok производства 3M
Всех этихсложностей можно избежать, применяя механические соединители оптическихволокон. Конструкция оптических соединителей относительно проста. Основнымиузлами являются направляющие для двух оптических волокон и устройство фиксацииволокон. Внутреннее пространство заполняется тиксотропным гелем для защитыоткрытых участков оптических волокон от воздействия влаги. Одновременно гельобладает иммерсионными свойствами — его показатель преломления близок кпоказателю преломления сердцевины волокна.
Процедурамонтажа оптических соединителей является частью процедуры монтажапромежуточного или оконечного устройства — кабельной муфты, бокса или стойки.Размеры и форма оптических соединителей позволяют устанавливать их в кассетумуфты или бокса аналогично сросткам оптических волокон, полученных путемсварки.
Процедурамонтажа включает в себя следующие технологические операции:
• разделкакабелей;
• очисткаоптических волокон от гидрофобного геля (при его наличии);
• снятиебуферных покрытий соединяемых оптических волокон на участках длиной,рекомендуемой производителями оптических соединителей конкретного типа;
• скалываниеоптических волокон;
• проверкакачества скола волокон;
• введениесоединяемых волокон в отверстия с направляющими;
•позиционирование волокон в соединителе для достижения оптимальных параметровсоединения;
• фиксацияоптических волокон в соединителе;
• тестовыеизмерения соединения.
Особое место средиоптических механических соединителей занимает RMS (Rotary Mechanical Splice)как наиболее сложный среди аналогов. Процесс его монтажа наиболее трудоемок,однако он позволяет достичь наименьших потерь при соединении одномодовыхволокон. В отличие от остальных соединителей, где величина потерь главнымобразом зависит от качества скола торцевых поверхностей оптических волокон,этот соединитель позволяет юстировать волокна простым вращением вокруг своейоси стеклянных втулок, удерживающих подготовленные оптические волокна, идобиваться наилучших результатов.
/>
Рисунок 2.19 –Механический соединитель RMS производства AT&T
/>
Рисунок 2.20 –Механический соединитель ленточных элементов оптических волокон производстваSumitomo
/>
Рисунок 2.21 –Механические соединители производства Fujikura
Следуетотметить, что применение механических соединителей является наиболее быстрымспособом соединения оптических волокон. При этом вносимое затухание практическине отличается от затухания, создаваемого сварным соединением. Достаточноустойчивое функционирование механических соединителей в процессе эксплуатациипозволяет уже сегодня рекомендовать их для широкого внедрения нателекоммуникационных сетях с невысокими требованиями к качеству соединений, атакже в случаях, когда использование аппарата для сварки оптических волоконтехнологически затруднено или вообще невозможно. В дальнейшем статистикатехнической эксплуатации, а также совершенствование материалов компонентовмеханических соединителей, вероятно, определит их более широкое применение длястроительства телекоммуникационных волоконно-оптических линий различныхуровней.
Обращает насебя внимание тот факт, что механические соединители оптических волокон условнодопускают однократное использование, однако на практике встречаются ситуации ихмногократного применения. Производители гарантируют качество соединенияоптических волокон при повторном монтаже соединителя не более 2-3 раз, однакопри повторном наполнении внутреннего пространства иммерсионным гелем (в техконструкциях, где это предусмотрено) такие соединители использовалисьмногократно без ущерба для качества стыков. Некоторыми производителямимеханических соединителей разработаны механизмы фиксации, предусматривающиеиспользование специального ключа для открытия фиксатора.
Сегодняиспользование механических соединителей наиболее удобно при проведенииаварийного ремонта волоконно-оптическихлиний для технологической операцииорганизации временной вставки.
2.3.2 Малогабаритныеоптические соединители
Многократновозросшие объемы прокладки оптических кабелей, рост емкости кабелей иоптических кроссов выдвигают новые требования ко всем компонентам оптическихсетей, в том числе и к оптическим соединителям (ОС).
Широкоиспользуемые в волоконно-оптических системах ОС типа FC, ST, SC обладают однимсущественным недостатком — имеют большие габаритные размеры. Уменьшениегабаритов оптических коннекторов является актуальной задачей как вмагистральных линиях связи, так и в локальных сетях и СКС. Малогабаритные ОСпозволяют эффективно увеличивать емкость оптических устройств, уменьшатьтрудоемкость инсталляции и улучшать качество обслуживания ВОЛС.
Именно этифакторы и привели к разработке и появлению на рынке нового типа оптическихсоединителей — SFF-соединителей (Small Form Factor). При разработке ставиласьзадача обеспечить повышение плотности монтажа оптических сетей при снижениистоимости соединителей.
В настоящеевремя существует целый ряд SFF-соединителей: MT-RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, MU,LX.5, E-2000 и другие. Однако явного лидера в разработке и производствемалогабаритных соединителей нет. Более того, сложно прогнозировать, какой извариантов коннекторов станет будущим стандартом.
Основные типымалогабаритных соединителей:
СоединительOpti-Jack (Fiber Jack) был разработан фирмой PANDUIT в 1996 году и был первымОС, выполненным в форм-факторе RJ-45 (рис. 2.13). В его конструкциииспользованы прецизионные наконечники (феррулы), в которых закрепляетсяоптическое волокно. Использование широко распространенных наконечниковобеспечивает высокие параметры ОС. Для снижения стоимости многомодовыеOpti-Jack изготавливаются с пластиковыми феррулами.
/>
Рисунок 2.22 –Соединитель Opti-Jack
СоединительE-2000. Разработчик — фирма DIAMOND. Коннектор E2000 имеет “фирменный” составнойнаконечник D=2,5 мм, может быть дуплексным за счет попарной фиксацииконнекторов (рис. 2.14). Соединитель E2000 имеет защитную крышку, закрывающуюнаконечник коннектора в неподключенном состоянии. Соединитель примерно в 2 разакомпактнее, чем SC, и широко используется в системах кабельного телевидения,где де-факто уже стал стандартом.
/>
Рисунок 2.23 –Соединитель E-2000
СоединительLC. В конце 1995 г. фирма LUCENT TECHNOLOGIES предложила новый ОС LC(Link-Control). В основе конструкции лежит традиционный способ юстировкиволокон с наконечниками и центратором (рис. 2.24). Диаметр наконечника уменьшендо 1,25 мм, что позволило уменьшить габариты соединителя. Использованиекерамических наконечников позволило сохранить высокие параметры традиционныхОС. Дуплексность LC достигается попарной фиксацией коннекторов.
/>
Рисунок 2.24 –Соединитель LC
СоединительMU. Разработчик соединителя — компания NTT. Соединитель MU напоминаетуменьшенный коннектор SC-типа (рис. 2.25). В конструкции использованыкерамические наконечники типоразмера 1,25 мм. От коннектора SC этот тип ОС отличает также более простая конструкция и меньшее число деталей. Коннекторы ирозетки MU могут объединяться в блоки до 16 соединителей и использоваться вкачестве разъемного соединения печатных плат врубного типа.
/>
Рисунок 2.25 –Соединитель MU
СоединительLX.5 (рис. 2.26). Разработчик — фирма ADC TELECOMMUNICATION. В ОС LX.5используется керамический наконечник диаметром 1,25 мм. Коннектор имеет защитную крышку. Дуплексная LX.5 розетка имеет форм-фактор одиночной розеткиSC.
/>
Рисунок 2.26 –Соединитель LX
СоединительMT-RJ (рис. 2.27) был совместно разработан компаниями AMP, FUJIKURA, HEWLETPACKARD (AGILENT TECHNOLOGIES), SIECOR и US CONEC и появился на рынке в 1997 г. В основу ОС был положен прямоугольный пластиковый наконечник соединителя MT, разработанныйранее компанией NTT. Коннектор MT-RJ — дуплексный, по конструктиву максимальноприближен к коннектору RJ-45. Достоинством ОС MT-RJ является отсутствие в нихтаких дорогостоящих деталей, как керамический наконечник и центратор в розетке.Соединители MT-RJ следует считать преимущественно многомодовыми, посколькудуплексный пластиковый феррул приводит к ухудшению такого важного дляодномодовых ОС параметра, как уровень обратного отражения. Тем не менеепоставляются и одномодовые компоненты MT-RJ.
/>
Рисунок 2.27 –Соединитель MT-RJ
СоединительVF-45 был разработан компанией 3M в составе полностью оптической СКС 3MVolition. Соединитель VF-45 (рис. 2.28) дуплексный, конструктивно близок кRJ-45. Поперечная фиксация волокон в коннекторе обеспечивается V-канавками.Отсутствие дорогостоящих феррулов и центраторов обеспечивает низкую стоимостьсоединителя. На базе 3M Volition наиболее экономично реализуется концепция“волокно до рабочего места” (fiber to the desk). К недостаткам ОС можно отнестиневысокие параметры по вносимым потерям и уровню обратного отражения, а такжеих низкую стабильность.
/>
Рисунок 2.28 –Соединитель VF-45
Таблица 2.6 Некоторыепараметры основных типов малогабаритных оптических соединителей
/>
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНОЙПОДСИСТЕМЫ САПР КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.1 Проектирование хранилища данных
/>
/>Рисунок 3.1- Состав и взаимосвязь задач работы«Проектирование данных хранилища»
При разработке ER-модели необходимопомнить, что это наиболее общий вид модели, с которым имеет дело разработчик –в том смысле, что модели этого вида практически не привязаны к компьютернымреалиям (абстрагированы от них). Это «понятийная модель», модель понятийпредметной области. Таким образом, при разработке ER-модели проектируетсясхема понятий прикладной области в их взаимосвязи.
Основными понятиями ER-модели являются сущность,связь и атрибут.
Сущность — это реальный или представляемый объект,информация о котором должна сохраняться и быть доступна. Имя сущности — это имякласса, а не некоторого конкретного экземпляра этого класса. Для большейвыразительности и лучшего понимания имя сущности может сопровождаться примерамиконкретных объектов этого типа. Каждый экземпляр сущности должен быть отличимот любого другого экземпляра той же сущности.
Связь — это графически изображаемая ассоциация,устанавливаемая между двумя сущностями. Эта ассоциация всегда является бинарнойи может существовать между двумя разными сущностями или между сущностью и ей жесамой (рекурсивная связь).
Атрибутом сущности является любая деталь, которая служитдля уточнения, идентификации, классификации, числовой характеристики иливыражения состояния сущности.
Уникальным идентификатором сущности являетсяатрибут, комбинация атрибутов, комбинация связей или комбинация связей иатрибутов, уникально отличающая любой экземпляр сущности от других экземпляровсущности того же типа.
Сущность может быть расщеплена на два или болеевзаимно исключающих подтипа, каждый из которых включает общие атрибуты и/илисвязи. Эти общие атрибуты и/или связи явно определяются один раз на болеевысоком уровне. В подтипах могут определяться собственные атрибуты и/или связи.В принципе подтипизация может продолжаться на более низких уровнях, но опытпоказывает, что в большинстве случаев оказывается достаточно двух-трех уровней.
Сущность, на основе которой определяются подтипы,называется супертипом. Подтипы должны образовывать полное множество, т.е. любойэкземпляр супертипа должен относиться к некоторому подтипу.
ER-модель — это модель понятий предметной областив их взаимосвязи, и иерархии среди этих объектов.
После того, как будет сформирована ER-модель,разработчик хранилища данных разрабатывает реляционную и физическую моделиданных.
Реляционная модель данных представляет собойтрансформацию ER-модели и описывает следующие элементы проектирования:
/> описаниетаблиц, столбцов и представлений,
/> описанияпервичных, уникальных и внешних ключей,
/> правилапо уровням валидации столбцов и строк (ограничения проверок),
/> правилазаполнения отдельных столбцов (последовательность, источники).
Разработка реляционной модели ведется на основеER-модели с учетом особенностей выбранного типа базы данных. В отличие отпостроения ER-модели, построение реляционной модели несет в себе сравнительномалую семантическую нагрузку, и часто понимается уже как «логическоемоделирование базы данных» (а не прикладной области). В таком понимании цельего состоит в том, чтобы описать базу данных безотносительно к конкретной СУБД(считается, что проектируется как бы «логически одна» база данных для всегохранилища данных ИАС). Основная цель разработки реляционной модели — сформировать домены, их атрибуты и взаимосвязи с учетом требований постановкизадачи и независимости данных (а они могут противоречить друг другу).
Физическая модель данных описывает структурыхранения данных с использованием всех особенностей конкретной СУБД. Онанепосредственно учитывает такие аспекты, как архитектуру, безопасность,эффективность доступа и другие.Результат выполнения работы«Проектирование данных хранилища»
В результате выполнения этой работы формируетсямодель хранилища данных, включающая в себя следующие артефакты, «ER-модель»,«Реляционная модель данных», «Физическая модель данных».
ER-модель — это модель объектов предметнойобласти в их взаимосвязи, и иерархии среди этих объектов.
Реляционная модель данных описывает следующиеэлементы проектирования хранилища данных:
/> таблицы,столбцы и представления,
/> первичные,уникальные и внешние ключи,
/> правилапо уровням валидации столбцов и строк (ограничения проверок),
/> правилазаполнения отдельных столбцов (последовательность, источники).
Физическая модель представляет собой SQL скрипт, позволяющийсоздать реальную базу данных. В ряде случаев может потребоваться также включитьв физическую модель описание дополнительных настроек СУБД, необходимых дляреализации БД.
Физическая модель данных содержит следующуюинформацию:
/> описаниебазы данных, сегментов отката и табличных областей,
/> описанияфайлов и структуры памяти,
/> типыиндексов,
/> описанияобъектов, связанных с хранилищем данных (физическое размещение, включаясегментацию).3.2 Особенности проектирования современных базданных
Современные объемы хранимых данных,обязательные требования к их доступности и скорости обработки, динамикаразвития систем обуславливают важность исследования факторов, влияющих накачество баз данных (БД), лежащих в основе современных информационных систем.
Обычно жизненный цикл БД включает в себяэтапы концептуального и логического проектирования, разработки, сопровождения иразвития. Рассмотрим каждый этап.
На этапе концептуального проектированияанализируются свойства и характеристики исследуемой предметной области иформируются канонические структуры баз данных, обычно представляемые в видеграфов, узлами которых являются объекты предметной области, а дугами — отношения между ними. Для описания канонической структуры базы данныхиспользуются разные технологии и инструментальные средства, например RationalRose и реализованная в нем нотация UML (Unified Modeling Language — унифицированный язык моделирования). UML обеспечивает описание предметнойобласти на наиболее естественном языке: как классы, объекты и отношения междуними. Язык описания предметной области на данном этапе крайне важен:проектировщик анализирует и моделирует ее в обязательном контакте спользователями, большинство из которых не являются техническими специалистами,поэтому для корректной интерпретации моделей язык их описания должен бытьпростым и понятным. На данном этапе моделирование осуществляется без привязки кконкретной СУБД.
На следующем этапе каноническаяструктура преобразуется в логическую структуру баз данных, которая учитываетограничения выбранной СУБД. Рассмотрим особенности построения логическихструктур для объектно-ориентированных и реляционных СУБД.
Известно, что реляционные базы данныхпредставляют собой множество двумерных таблиц и отношений между ними,задаваемых структурой внешних ключей. Каноническая структура часто содержитсложные объекты и связи — как межобъектные, так и внутриобъектные (сложные типыданных). Поэтому процесс проектирования логических структур баз данныхреляционного типа сводится к следующей последовательности операций: анализ предметнойобласти и выделение базовых типов сущностей, нормализация типов сущностей иформирование логических записей, установление связей между записями.
Несмотря на формальную строгость методовпроектирования реляционных баз данных, им присущ ряд недостатков. Припостроении информационных систем, использующих большое число информационныхэлементов, логические структуры БД для данных систем ввиду многочисленныхмногозначных зависимостей между данными могут состоять из десятков и даже сотентаблиц, что делает такие БД плохо обозримыми и управляемыми. Более того, засчет разбиения объектов предметной области на плоские нормализованные отношениятеряется семантика исследуемой предметной области, что усложняет сопровождениеи модернизацию систем. Данные методы не позволяют также адекватно моделироватьотдельные свойства данных.
Для адекватного моделирования сложныхструктур данных проектировщик должен иметь возможность определять свои типыданных, не ограничиваясь теми данными, которые предоставляются определеннойреляционной СУБД. Реляционная модель не позволяет также определить наборопераций, связанных с данными определенного типа, что часто являетсяестественным требованием при моделировании объектов предметной области.Операции приходится задавать в конкретном приложении. Поэтому использованиетаких методов проектирования требует высокой квалификации проектировщиков.
В основе объектно-ориентированногоподхода к моделированию предметных областей лежат такие понятия, как объект исвойства инкапсуляции, наследования и полиморфизма.
· Свойствоинкапсуляции означает, что объекты имеют некоторую структуру и определенныйнабор операций, т.е. поведение. Внутренняя структура объекта скрыта отпользователя. Манипулирование объектом, изменение его состояния возможны лишь спомощью специальных методов, определяемых заданным набором операций.
· Свойствонаследования позволяет создавать из объектов новые объекты. Они наследуютструктуру и поведение своих предшественников, к которым добавляютсяхарактеристики, отражающие их индивидуальность.
· Свойствополиморфизма означает, что различные объекты могут получать одинаковыесообщения, но реагировать на них по-разному — в зависимости от того, какимобразом в них реализованы методы реакции на сообщения.
Объектно-ориентированные технологииобеспечивают естественный переход от концептуальной структуры БД к логическойструктуре БД. В отличие от реляционных БД при проектированииобъектно-ориентированных БД (ООБД) не требуется декомпозиция и нормализацияобъектов, выделенных на этапе концептуального проектирования. Объектыпредставляются в том же виде, что наделяет объектно-ориентированные структурынаглядностью и прозрачностью и позволяет значительно сократить время на ихразработку и повысить степень преемственности. ООБД определяют возможностьсоздания и использования сложных типов данных. При этом не требуетсямодификации ядра ООБД и для создания нового типа необходимо унаследоватьхарактеристики любого имеющегося типа, наиболее подходящего по своему поведениюи состоянию, расширить недостающие операции и атрибуты и переопределить ужеимеющиеся. Полученные объектно-ориентированные структуры обладают высокойстепенью модульности, что позволяет вносить в них изменения наиболее простым ибезболезненным способом. При этом изменения влияют на один класс (или связаннуюподсистему классов) и могут эффективно управляться и проверяться. Развитыеобъектно-ориентированные СУБД содержат эффективные интерфейсы интеграции сизвестными инструментальными средствами проектирования, обеспечивающие автоматическуюгенерацию логической структуры и ее загрузку в ООБД. Например, СУБД Cache откомпании InterSystems содержит интерфейс RoseLink, обеспечивающий теснуюинтеграцию с продуктом Rational Rose.
Рассмотрим этап разработки. Всемножество запросов пользователей к БД можно разделить на два класса — множествозапросов на модификацию данных и множество запросов на выборку данных. На этомэтапе сложно сказать, какая структура — объектная или реляционная — наиболеепредпочтительна. Простой, в то же время крайне эффективный истандартизированный язык SQL обеспечивает наиболее удобные на данный моментмеханизмы для выборки и анализа данных и значительно превосходит повозможностям и удобству использования другие языки выборки и анализа данных. Сдругой стороны, объектно-ориентированные БД за счет поддержки сложных типовданных и отношений, механизмов свизлинга и двухэтапной фиксации данныхпредоставляют более развитые в сравнении с реляционными БД средства для работыс отдельными записями в БД. В отдельный класс запросов пользователей следуетвынести задачи, связанные с массовой загрузкой, выгрузкой и обработкой данных.Данные задачи обычно выполняются в эксклюзивном режиме и часто требуютмаксимальной скорости выполнения. Известно, что максимальную скорость при работес большими объемами данных обеспечивают иерархические базы данных. Такимобразом, можно сделать вывод, что на этапе разработки выгодно использоватьсразу три способа работы с данными. Что же делать? Создавать различные БД подуправлением различных СУБД и регулярно их синхронизировать? Дорогое и оченьсомнительное решение...
Последний этап — это этап развитиясистемы. Безусловным лидером по удобству и скорости является объектный подход,который за счет реализации принципов наследования и полиморфизма обеспечиваетнаиболее простой и эффективный способ адаптации схемы БД в условияхизменяющихся требований пользователей.
Приведенный анализ нагляднодемонстрирует неэффективность «чистых» СУБД (будь то реляционные илиобъектно-ориентированные СУБД) для построения БД, входящих в состав современныхинформационных систем. Так, на этапах проектирования (концептуального илогического), сопровождения и развития целесообразно использоватьобъектно-ориентированные технологии. На этапе разработки для реализации задачвыборки и анализа данных — SQL, для работы с отдельными записями в БД — объекты, для массовой обработки данных — иерархические массивы.
В этой связи все большую популярностьприобретают гибридные или постреляционные СУБД, которые реализуют сразунесколько моделей данных в рамках единого хранилища данных, а наиболее развитые- и в рамках единого хранилища метаданных.
На рынке представлено несколькогибридных СУБД от разных поставщиков. Условно их можно разделить на два класса.К первому относятся реляционно-объектные (объектно-реляционные) СУБД, в которыхимеется объектная или реляционная надстройка над соответственно реляционной илиобъектной моделью данных. Эту модель активно продвигают традиционные поставщикиреляционных СУБД.
Второй класс — постреляционные СУБД. Онине строятся ни на реляционной, ни на объектной модели, однако также позволяютпредставлять хранимые данные в виде как реляционных таблиц, так и классовобъектов. К этому классу СУБД относится и СУБД Cache от компании InterSystems.
Обоим типам гибридных систем свойственныненормализованная модель данных, инкапсулированная семантика приложений имножество внешних интерфейсов — как объектных, так и реляционных. Рассмотрим ихособенности.
Объектная или реляционная надстройка надсуществующим ядром системы позволяет обойти часть ограничений, присущих ядру.Однако в этом случае складывается многоуровневая архитектура (рис.), чтоотрицательно влияет на производительность надстроек и утяжеляет само ядросистемы. Кроме того, такая надстройка в большинстве случаев ограничена и несоответствует стандартам на реализацию модели (SQL92, SQL99) или рекомендациямкомитетов по стандартизации (ODMG).
Сравнение Сache и реляционно-объектныхархитектур
Ядро постреляционных СУБД не используетни реляционную, ни объектную схему — обычно оно построено на базе сетевой илииерархической модели. Зачем это делается? Известно, что реализации сетевой и вособенности иерархической модели БД отличаются высокой скоростью работы сданными и простотой масштабируемости. При этом гибкость языковой средыиерархических БД позволяет весьма эффективно воплощать ту или иную модельданных. Именно поэтому многие специалисты рекомендуют использоватьиерархическую СУБД в качестве основы даже для «чистых» реляционных иобъектных СУБД. Для работы с данными в постреляционных СУБД применяютсямеханизмы, которые представляют массивы данных иерархического или сетевого ядрасистемы в виде классов объектов и реляционных таблиц и обеспечивают необходимыемеханизмы (например, встроенные языки третьего поколения или интерфейсы квнешним инструментариям) для работы с ними.
Основное отличие и преимуществопостреляционных СУБД в сравнении с реляционно-объектными СУБД состоит в том,что в постреляционных СУБД механизмы работы с объектами и реляционнымитаблицами находятся на одном логическом уровне, что обеспечивает более высокуюскорость доступа и работы с данными, функциональную полноту, в т.ч.соответствие определенным стандартам и спецификациям.3.3 Реляционная структура данных
В конце 60-х годов появились работы, вкоторых обсуждались возможности применения различных табличных даталогическихмоделей данных, т.е. возможности использования привычных и естественныхспособов представления данных. Наиболее значительной из них была статьясотрудника фирмы IBM д-ра Э.Кодда (Codd E.F., A Relational Model of Data forLarge Shared Data Banks. CACM 13: 6, June 1970), где, вероятно, впервые былприменен термин «реляционная модель данных».
Будучи математиком по образованию Э.Коддпредложил использовать для обработки данных аппарат теории множеств(объединение, пересечение, разность, декартово произведение). Он показал, чтолюбое представление данных сводится к совокупности двумерных таблиц особоговида, известного в математике как />отношение – relation(англ.)
Наименьшая единица данных реляционноймодели – это отдельное />атомарное (неразложимое) для данноймодели значение данных. Так, в одной предметной области фамилия, имя и отчествомогут рассматриваться как единое значение, а в другой – как три различныхзначения.
/>Доменом называется множество атомарных значений одного и того же типа.Так домен пунктов отправления (назначения) – множество названий населенныхпунктов, а домен номеров рейса – множество целых положительных чисел.
Смысл доменов состоит в следующем. Еслизначения двух атрибутов берутся из одного и того же домена, то, вероятно, имеютсмысл сравнения, использующие эти два атрибута (например, для организациитранзитного рейса можно дать запрос «Выдать рейсы, в которых время вылетаиз Москвы в Сочи больше времени прибытия из Архангельска в Москву»). Еслиже значения двух атрибутов берутся из различных доменов, то их сравнение,вероятно, лишено смысла: стоит ли сравнивать номер рейса со стоимостью билета?
Отношение на доменах D1, D2, ..., Dn (необязательно, чтобы все они были различны) состоит из заголовка и тела. На рис.3.2 приведен пример отношения для расписания движения самолетов
/>Заголовок состоит из такого фиксированного множества атрибутов A1, A2, ...,An, что существует взаимно однозначное соответствие между этими атрибутами Ai иопределяющими их доменами Di (i=1,2,...,n).
/>/>
Рис. 3.2. Отношение с математическойточки зрения (Ai — атрибуты, Vi — значения атрибутов)
/>
Тело состоит изменяющегося во времени множества />кортежей, где каждыйкортеж состоит в свою очередь из множества пар атрибут-значение (Ai:Vi),(i=1,2,...,n), по одной такой паре для каждого атрибута Ai в заголовке. Длялюбой заданной пары атрибут-значение (Ai:Vi) Vi является значением изединственного домена Di, который связан с атрибутом Ai.
/>Степень отношения – это число его атрибутов. Отношение степени один называютунарным, степени два – бинарным, степени три – тернарным, ..., а степени n –n-арным. Степень отношения «Рейс» – 8.
/>Кардинальноечисло или />мощность отношения – это число егокортежей. Мощность отношения «Рейс» равна 10. Кардинальное числоотношения изменяется во времени в отличие от его степени.
Поскольку отношение – это множество, амножества по определению не содержат совпадающих элементов, то никакие два кортежаотношения не могут быть дубликатами друг друга в любой произвольно-заданныймомент времени. Пусть R – отношение с атрибутами A1, A2, ..., An. Говорят, чтомножество атрибутов K=(Ai, Aj, ..., Ak) отношения R является возможным ключом Rтогда и только тогда, когда удовлетворяются два независимых от времени условия:
/>1. Уникальность:в произвольный заданный момент времени никакие два различных кортежа R не имеютодного и того же значения для Ai, Aj, ..., Ak.
/>2. Минимальность:ни один из атрибутов Ai, Aj, ..., Ak не может быть исключен из K без нарушенияуникальности.
Каждое отношение обладает хотя бы однимвозможным ключом, поскольку по меньшей мере комбинация всех его атрибутовудовлетворяет условию уникальности. Один из возможных ключей (выбранныйпроизвольным образом) принимается за его первичный ключ. Остальные возможныеключи, если они есть, называются альтернативными ключами.
Вышеупомянутые и некоторые другиематематические понятия явились теоретической базой для создания реляционныхСУБД, разработки соответствующих языковых средств и программных систем,обеспечивающих их высокую производительность, и создания основ теориипроектирования баз данных. Однако для массового пользователя реляционных СУБДможно с успехом использовать неформальные эквиваленты этих понятий:
Отношение – Таблица (иногда Файл),Кортеж – />Строка (иногда Запись), Атрибут – />Столбец,Поле.
При этом принимается, что«запись» означает «экземпляр записи», а />«поле»означает «имя и тип поля».3.4 Процедура проектирования
Процесс проектирования информационныхсистем является достаточно сложной задачей. Он начинается с построенияинфологической модели данных (п. 2), т.е. идентификации сущностей. Затемнеобходимо выполнить следующие шаги процедуры проектирования даталогическоймодели.
1. Представить каждый стержень(независимую сущность) таблицей базы данных (базовой таблицей) испецифицировать первичный ключ этой базовой таблицы.
2. Представить каждую ассоциацию (связьвида «многие-ко-многим» или «многие-ко-многим-ко-многим» ит.д. между сущностями) как базовую таблицу. Использовать в этой таблице внешниеключи для идентификации участников ассоциации и специфицировать ограничения,связанные с каждым из этих внешних ключей.
3. Представить каждую характеристику какбазовую таблицу с внешним ключом, идентифицирующим сущность, описываемую этойхарактеристикой. Специфицировать ограничения на внешний ключ этой таблицы и еепервичный ключ – по всей вероятности, комбинации этого внешнего ключа и свойства,которое гарантирует «уникальность в рамках описываемой сущности».
4. Представить каждое обозначение,которое не рассматривалось в предыдущем пункте, как базовую таблицу с внешнимключом, идентифицирующим обозначаемую сущность. Специфицировать связанные скаждым таким внешним ключом ограничения.
5. Представить каждое свойство как полев базовой таблице, представляющей сущность, которая непосредственно описываетсяэтим свойством.
6. Для того чтобы исключить в проектенепреднамеренные нарушения каких-либо принципов нормализации, выполнитьописанную в п. 4.6 процедуру нормализации.
7. Если в процессе нормализации былопроизведено разделение каких-либо таблиц, то следует модифицироватьинфологическую модель базы данных и повторить перечисленные шаги.
8. Указать ограничения целостностипроектируемой базы данных и дать (если это необходимо) краткое описаниеполученных таблиц и их полей.
На рис. 3.2 показан синтаксиспредложения, предлагаемого для регистрации принимаемых проектных решений.
/>/>
Рис. 3.3 Синтаксис описания проектныхрешений
Таблица 3.1 – Для примера приведем описаниятаблиц «Блюда» и «Состав»
СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Блюда *( Стержневая сущность )
ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( БЛ )
ПОЛЯ ( БЛ Целое, Блюдо Текст 60, Вид Текст 7 )
ОГРАНИЧЕНИЯ ( 1. Значения поля Блюдо должны быть
уникальными; при нарушении вывод
сообщения «Такое блюдо уже есть».
2. Значения поля Вид должны принадлежать
набору: Закуска, Суп, Горячее, Десерт,
Напиток; при нарушении вывод сообщения
«Можно лишь Закуска, Суп, Горячее,
Десерт, Напиток»);
СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Состав *( Связывает Блюда и Продукты )
ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( БЛ, ПР )
ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( БЛ ИЗ Блюда
NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ
УДАЛЕНИЕ ИЗ Блюда КАСКАДИРУЕТСЯ
ОБНОВЛЕНИЕ Блюда.БЛ КАСКАДИРУЕТСЯ)
ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( ПР ИЗ Продукты
NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ
УДАЛЕНИЕ ИЗ Продукты ОГРАНИЧИВАЕТСЯ
ОБНОВЛЕНИЕ Продукты.ПР КАСКАДИРУЕТСЯ)
ПОЛЯ ( БЛ Целое, ПР Целое, Вес Целое )
ОГРАНИЧЕНИЯ ( 1. Значения полей БЛ и ПР должны принадлежать
набору значений из соответствующих полей таблиц
Блюда и Продукты; при нарушении вывод сообщения
«Такого блюда нет» или «Такого продукта нет».
2. Значение поля Вес должно лежать в пределах
от 0.1 до 500 г. );
Рассмотренный язык описания данных,основанный на языке SQL [5], позволяет дать удобное и полное описание любойсущности и, следовательно, всей базы данных. Однако такое описание, как и любоеподробное описание, не отличается наглядностью. Для достижения большейиллюстративности целесообразно дополнять проект инфологической моделью, номенее громоздкой.
Для наиболее распространенныхреляционных баз данных можно предложить язык инфологического моделирования />«Таблица-связь», пример использования которого приведенна рис. 3.3. В нем все сущности изображаются одностолбцовыми таблицами сзаголовками, состоящими из имени и типа сущности. Строки таблицы – это переченьатрибутов сущности, а те из них, которые составляют первичный ключ,распологаются рядом и обводятся рамкой. Связи между сущностями указываютсястрелками, направленными от первичных ключей или их составляющих.
/>/>
Рис. 3.4. Инфологическая модель базыданных «Питание», построенная с помощью языка«Таблицы-связи»3.5 Характеристика связей и языкмоделирования
При построении инфологических моделейможно использовать язык />ER-диаграмм (от англ.Entity-Relationship, т.е. сущность-связь). В них сущности изображаютсяпомеченными прямоугольниками, ассоциации – помеченными ромбами илишестиугольниками, атрибуты – помеченными овалами, а связи между ними –ненаправленными ребрами, над которыми может проставляться степень связи (1 илибуква, заменяющая слово «много») и необходимое пояснение.
Между двумя сущностям, например, А и Ввозможны четыре вида связей.
Первый тип –связь ОДИН-К-ОДНОМУ (1:1): в каждый момент времени каждому представителю(экземпляру) сущности А соответствует 1 или 0 представителей сущности В:
/>
Студент может не «заработать»стипендию, получить обычную или одну из повышенных стипендий.
Второй тип –связь ОДИН-КО-МНОГИМ (1: М): одному представителю сущности А соответствуют 0, 1или несколько представителей сущности В.
/>
Квартира может пустовать, в ней можетжить один или несколько жильцов.
Так как между двумя сущностями возможнысвязи в обоих направлениях, то существует еще два типа связи МНОГИЕ-К-ОДНОМУ(М:1) и МНОГИЕ-КО-МНОГИМ (М:N).
/>Пример 2.1. Если связь между сущностями МУЖЧИНЫ и ЖЕНЩИНЫ называется БРАК, тосуществует четыре возможных представления такой связи:
/>
Характер связей между сущностями неограничивается перечисленными. Существуют и более сложные связи:
· множествосвязей между одними и теми же сущностями
/>
(пациент, имея одного лечащего врача,может иметь также несколько врачей-консультантов; врач может быть лечащимврачом нескольких пациентов и может одновременно консультировать несколькодругих пациентов);
· тренарныесвязи
/>
(врач может назначить несколькопациентов на несколько анализов, анализ может быть назначен несколькими врачаминескольким пациентам и пациент может быть назначен на несколько анализовнесколькими врачами);
· связиболее высоких порядков, семантика (смысл) которых иногда очень сложна.
В приведенных примерах для повышенияиллюстративности рассматриваемых связей не показаны атрибуты сущностей иассоциаций во всех ER-диаграммах. Так, ввод лишь нескольких основных атрибутовв описание брачных связей значительно усложнит ER-диаграмму (рис. 2.1, а). Всвязи с этим язык ER-диаграмм используется для построении небольших моделей ииллюстрации отдельных фрагментов больших. Чаще же применяется менее наглядный,но более содержательный />язык инфологического моделирования(ЯИМ), в котором сущности и ассоциации представляются предложениями вида:
СУЩНОСТЬ (атрибут 1, атрибут 2, ..., атрибут n)
АССОЦИАЦИЯ [СУЩНОСТЬ S1, СУЩНОСТЬ S2, ...]
(атрибут 1, атрибут 2, ..., атрибут n)
где S – степень связи, а атрибуты,входящие в ключ, должны быть отмечены с помощью подчеркивания.
Так, рассмотренный выше пример множествасвязей между сущностями, может быть описан на ЯИМ следующим образом:
Врач (Номер_врача, Фамилия, Имя, Отчество, Специальность)
Пациент (Регистрационный_номер, Номер койки, Фамилия,
Имя, Отчество, Адрес, Дата рождения, Пол)
Лечащий_врач [Врач 1, Пациент M]
(Номер_врача, Регистрационный_номер)
Консультант [Врач M, Пациент N]
(Номер_врача, Регистрационный_номер).
/>/>
Рис. 3.5. Примеры ER-диаграмм
Для выявления связей между сущностяминеобходимо, как минимум, определить сами сущности. Но это не простая задача,так как в разных предметных областях один и тот же объект может быть сущностью,атрибутом или ассоциацией. Проиллюстрируем такое утверждение на примерах,связанных с описанием брачных связей (см. пример 2.1).
/>Пример 2.2. Отдел записей актов гражданского состояния (ЗАГС) имеет дело несо всеми людьми, а только с теми, кто обратился с просьбой о регистрации брака,рождения или смерти. Поэтому в странах, где допускаются лишь традиционныебраки, отделы ЗАГС могут размещать сведения о регистрируемых браках вединственной сущности:
Брак (Номер_свидетельства, Фамилия_мужа, Имя_мужа,
Отчество_мужа, Дата_рождения_мужа, Фамилия_жены,
…, Дата_регистрации, Место_регистрации, ...),
ER-диаграмма которой приведена на рис.2.1, б.
/>Пример 2.3. Теперь рассмотрим ситуацию, когда отдел ЗАГС расположен в стране,допускающей многоженство. Если для регистрации браков использовать сущность«Брак» примера 2.2, то будут дублироваться сведения о мужьях, имеющихнесколько жен (см. табл. 2.1).
Таблица 2.1Номер свидетельства Фамилия мужа ... Фамилия жены ... Дата регистрации 1-ЮБ 154745 Петухов ... Курочкина ... 06/03/1991 1-ЮБ 163489 Петухов ... Пеструшкина ... 11/08/1991 1-ЮБ 169887 Петухов ... Рябова ... 12/12/1992 1-ЮБ 169878 Селезнев ... Уточкина ... 12/12/1992 1-ЮБ 154746 Парасюк ... Свинюшкина ... 06/03/1991 1-ЮБ 169879 Парасюк ... Хаврония ... 12/12/1992 ... ... ... ... ... ...
Дублирование можно исключить созданиемдополнительной сущности «Мужья»
Мужья (Код_М, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, Место рождения)
и заменой сущности «Брак»характеристикой (см. п. 2.3) со ссылкой на соответствующее описание в сущности«Мужья».
Брак (Номер свидетельства, Код_М, Фамилия жены, ...,
Дата регистрации, ...){Мужья}.
ER-диаграмма связи этих сущностейпоказана на рис. 2.1, в, а пример их экземпляров в табл. 2.2 и 2.3.
Таблица 2.2Код_М Фамилия Имя Отчество Год/р. Место рожд. 111 Петухов Альфред Остапович 1971 г. Цапелька 112 Селезнев Вавила Абрамович 1973 г. Гусев 113 Парасюк Гораций Федулович 1972 г. Свиньин ... ... ... ... ... ...
Таблица 2.3Номер свидетельства Код_М Фамилия жены Имя жены Дата регистрации ... 1-ЮБ 154745 111 Курочкина Августина 06/03/1991 ... 1-ЮБ 163489 111 Пеструшкина Мариана 11/08/1991 ... 1-ЮБ 169877 111 Рябова Милана 12/12/1992 ... 1-ЮБ 169878 112 Уточкина Вероника 12/12/1992 ... 1-ЮБ 154746 113 Свинюшкина Эльвира 06/03/1991 ... 1_ЮБ 169879 113 Хаврония Руфина 12/12/1992 ... ... ... ... ... ... ...
/>
Пример 2.4. Наконец, рассмотрим случай, когда какой-либо организациипотребовались данные о наличии в ней семейных пар, а для хранения сведений осотрудниках уже имеется сущность
Сотрудники (Табельный_номер, Фамилия, Имя, ...).
Использование, рассмотренной в примере2.2, сущности «Брак» нецелесообразно: в «Сотрудники» ужеесть фамилии, имена, отчества супругов. Поэтому создадим ассоциацию
Брак [Сотрудник 1, Сотрудник 1]
(Табельный_номер_мужа, Табельный_номер_жены, ...),
связывающую между собой определенныеэкземпляры сущности «Сотрудники» (рис. 2.1, г).
В заключение отметим, что ER-диаграммарис. 2.1, а описывает структуру размещения данных о браках в отделах ЗАГС стран,допускающих групповые браки, а ER-диаграммы примера 2.1, описания любых видовбраков в организациях, где есть сущности «мужчины» и«женщины», включающие холостых и незамужних.
/>Что же такое«связь»? В ER-диаграммах это линия, соединяющая геометрическиефигуры, изображающие сущности, атрибуты, ассоциации и другие информационныеобъекты. В тексте же этот термин используется для указания на взаимозависимостьсущностей. Если эта взаимозависимость имеет атрибуты, то она называетсяассоциацией.
ВЫВОДЫ
Техническиехарактеристики оптических соединителей различных типов и разных производителейнесколько отличаются, но все они лежат в определённых пределах.
В настоящеевремя в мире стандартизовано более 20 типов разъёмных оптических соединителей.Но на практике администрации связи различных стран останавливают свой выборлишь на нескольких типах, так как наличие в сети связи соединителей разныхтипов может привести к сложностям при проведении измерений, вызовет необходимостьиспользования гибридных адаптеров. Это усложнит эксплуатацию ВОЛС.
РазработалиБД которая написана на Visual C++, версия 6,0. И приведена в приложении А.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Барабанов. С и др.Компьютерные сети: вчера, сегодня, завтра.// Компьютер Пресс — 1997- №2 — с.152 — 158.
2. Клименко С., УразметовВ. Internet. Среда обитания информационного сообщества. Протвино, 1995.
3. Крол Э. Все обInternet. Киев, 1995.
4. Рамодин Д. Начальникупро Internet Мир ПК, 1998, № 8
5. Суханов А. Internet:первое знакомство. Мир ПК 1998 №3
стр. 124-130.
6. Фигурнов В.Е. IBM PCдля пользователей. М:, ЮНИТИ,1997.
7. Журнал Компьютерра от 22 мая 2000г.
8. www.adp.ru/
9. Журнал «Сети и системы связи № 6». №11сентябрь 1999. ccc.ru/magazine/depot/00_06/. «Пластиковое оптическоеволокно на пути к домашним кабельным проводкам».
10. Основы волоконно-оптической связи, подред. Е.М.Дианова, перевод с англ.