Если обратиться к программному обеспечению, то можно отметить что в кросс-средстве Редитор для контроллера Ремиконт Р-130 имеется подобный алгоритм. Это алгоритм ЗАП (рисунок 1) [1].

Рисунок 1 – Функциональная схема алгоритма «Запаздывание ЗАП».

При этом стандартом программирования промышленных контроллеров МЭК 61131-3 также предусматривается реализация алгоритма цифровой задержки (рисунок 2) [2]. В таблице 1 представлен перечень входов и выходов функционального блока «DELAY» из стандарта МЭК 61131-3.

Рисунок 2 – Функциональный блок цифровой задержки в стандарте МЭК 61131-3.

Таблица 1 – Входы и выходы алгоритма «DELAY» стандарта МЭК 61131-3.

Если обратиться к современным средам автоматизации, таким как Codesys [3], Step 7 [4, 5], PC Worx [6], TwinCat [7], то данный алгоритм отсутствует в стандартных библиотеках перечисленных средств программирования.

В данной статье предлагается рассмотреть возможность применения алгоритма цифровой задержки из пользовательской библиотеки упомянутой в статьях [8, 9, 10]. В качестве среды разработки для него было выбрана программная среда Codesys, поскольку среди перечисленных имеет широкий круг программируемых ПЛК. На рисунке 3 представлен внешний вид функционального блока «DELAY» на графических языках FBD / CFC. В таблице 2 представлены значения входных и выходных переменных функционального блока «DELAY».

Рисунок 3 – Внешний вид функционального блока «DELAY»для пользовательской библиотеки.

Таблица 2 – Входы и выходы алгоритма «DELAY».

На рисунке 4 представлена реализация алгоритма цифровой задержки на языке ST. 

Рисунок 4. Реализация алгоритма «DELAY» на языке ST.

При этом если на вход N, отвечающий за количество циклов задержки подано нулевое значение, или на вход RESET, отвечающий за сброс работы алгоритма подана значение TRUE, алгоритм не работает, о чем сигнализирует выход Q, принимающий значение FALSE, и на выход OUT подаётся вход IN. В противном случае Q принимает значение TRUE, а входная переменная буферизируется во временной переменной BUF. Далее организован цикл с накоплением переменной i. При этом выходной переменной OUT присваивается значение буфера BUF, что организует задержку.

Проверка работоспособности алгоритма «цифровой задержки DELAY» была проведена в среде Codesys в режиме эмуляции, а также при использовании контроллера ОВЕН ПЛК-150.У-М. Для этого была использована программа, представленная на рисунке 5, в результате работы программы была получена диаграмма, изображенная на рисунке 6.

Рисунок 5. Программа для проверки алгоритма «DELAY».

Рисунок 6. Демонстрация работы алгоритма «DELAY».

На рисунке 6 изображена трассировка переменных с помощью, встроенной в среду Codesys возможности. Входной сигнал IN представляет собой синусоиду, подаваемый с генератора, Выходной сигнал OUT имеет задержку от входного сигнала на N циклов. В данном случае задержка N равна 60 циклам, в контроллере Овен ПЛК-150.У-М было установлено значение цикла в 2мс, это значит, что задержка функции происходила на 30 мс. Это значение можно выставить в диапазоне от 1 до 4095 циклов. Это значение – размер буфера памяти BUF и оно может быть отрегулировано в соответствии с нуждами пользователя.

Разработанный алгоритм имеет широкие возможности в области применения в различных программах. Помимо этого, данный алгоритм может быть использован в процессе обучения и исследования возможностей современных программных комплексов.

Система SCRAM (Signal Coordination of Regional Areas in Melbourne) [1] и система предоставления приоритета для рельсового транспорта, предложенная McGinley и Stolz [2] являлись основными проектами по координации сигналов светофоров и введения приоритета для ТОП на пересечениях в Мельбурне, Австралия. SCRAM использовал расширенную версию SCATS, предоставляя приоритет для проезда трамвая на основе пассивного и активного методов. Пассивные методы предоставления приоритета выполняли расчет сигнальных планов, используя статистические данные по движению трамвая. Приоритет обеспечивался применением следующих стратегий:

– уменьшением длительности цикла;

– смещением разрешающегося сигнала к моменту подхода трамвая;

– выделением специальной фазы, активирующейся при подъезде трамвая и связанной с его  прогрессией;

– расчет сдвига, используя более низкую скорость сообщения.

Активный приоритет предоставляется при обнаружении  трамвая и предоставлялся в любой момент в цикле регулирования.

Целью разработки UTCS/BPS [3] являлось предоставление приоритетного проезда ТОП в пересечении, не вызывая задержку потока на пересекаемой улице. Использовалась такие стратегии предоставления приоритета, как продление разрешающего сигнала и сокращение запрещающей фазы. Если ТОП приближался во время запрещающей фазы, то обеспечивалось минимальное время разрешающего сигнала на пересекаемой улице. Если ТОП прибыл во время конца разрешающего сигнала, то фаза продлялся на время, пока ТОП не покидал пересечение.

В вышеупомянутых системах приоритет предоставлялся только с ограничениями на минимальную и максимальную продолжительность разрешающего сигнала, не учитывая влияние эффекта предоставления приоритета в проезде на индивидуальный автотранспорт. В отличие от указанных систем PRODYN, UTOPIA и SCOOT при предоставлении приоритета ТОП оценивают воздействие на остальной поток.

В системе SCOOT [4] с целью сокращения чрезмерных задержек на не приоритетных направлениях приоритет ТОП предоставляется при условии обеспечения определенной инженером степени насыщенности пересечения. Предоставление приоритета осуществлялось только для ТОП, которые отставали от расписания движения в форме продлений или прерывания фаз. Когда автобус прибывал в конце разрешающего сигнала, текущая фаза продлялась сверх номинальной длительности, что позволяло ТОП покинуть стоп – линию. Продление фазы осуществлялось при условии, что степень насыщенности в пересечении ниже порогового значения. Когда ТОП прибыл на запрещающий сигнал, разрешающий сигнал включается, если степень насыщенности была ниже установленного порога для пересечения. Полевые оценки показали, что происходит снижение задержки ТОП на 5 – 10 секунд без увеличения задержки  остальной части потока.

Система PRODYN [5] была инновационной разработкой в области  управления транспортными потоками. В  PRODYN задача оптимизации сигнальных планов для транспортной сети преобразовывалась в несколько меньших задач, каждая из которых была определена в пределах отдельного пересечения и решалась методом динамического программирования. Глобальная задача оптимизации решалась для сети, используя итерационную процедуру первичной оптимизации на уровне пересечения с последующей передачей решения верхнему уровню, где выполнялось моделирование сети с начальным решением и находилось оптимальное управление. Целевой функцией оптимизации была сумма задержек за период 15 интервалов, продолжительностью каждый 5 секунд с ограничениями на длительность максимального и минимального разрешающего сигнала. В оригинальной версии PRODYN уделялось первостепенное значение пропуску ТОП, рассматривая его как несколько индивидуальных автомобилей.

Появление системы UTOPIA (Urban Traffic OPtimization by Integrated Automation) [6] сделало возможным абсолютный приоритет ТОП на регулируемых пересечениях при фактическом улучшении движения индивидуальных автомобилей во всех состояниях потока. Аналогично PRODYN, проблема управления транспортными потоками  подвергалась декомпозиции на меньшие подпроблемы, принадлежащие двум различным классам – уровню пересечения и уровню области. На уровне пересечения решение задачи управления сигналами светофора принималась на основе предсказанного времени прибытия автомобилей к стоп-линии, оптимизируя функцию взвешенных сумм задержек, остановок транспортных средства, максимальной длиной очереди для каждой связи пересечения и задержках ТОП. Оптимизация проводилась с горизонтом времени прогноза 120 секунд и повторялась каждые 6 секунд. Уровень области обновляет веса в функции оптимизации путем оптимизации на период 30 минут полного времени движения индивидуальных автомобилей в пределах области.

В работах Yagar S.  и Han B. [7, 8]  предложена процедура Signal Priority Procedure for Optimization in Real-Time  (SPPORT) для нахождения сигнальных планов в реальном времени. В SPPORT поиск оптимального плана производился на основании базы правил (rule-based) предоставления приоритетов. Последовательность фаз определяется на основе индекса работы, который являелся полной задержкой пассажиров в течение анализируемого периода. Период анализа определен как период времени, для которого доступна прогнозируемая информация о потоке. Выбирается тот сигнальный план, который приведет к наименьшему количеству задержек. Эксперименты показали, что SPPORT предоставлял приоритет в проезде с минимальным воздействием на поток индивидуальных автомобилей. Однако авторы не рассматривали ситуацию преждевременного прибытия ТОП. Автобус, который появляется раньше срока, не имеет гарантированного приоритета над другими автомобилями. Кроме того, если велико отставание от расписания, то и весовой фактор для ТОП должен быть высоким. Следовательно, указанные факторы также необходимо учитывать в модели задержки для получения оптимального сигнального плана.

Chang G.L., Vasudevan M.  и  Su C.C. [9] исследовали преимущества объединения предоставления приоритета с адаптивным управлением для изолированных пересечений. Подобно SPPORT, их модель оценила эффект воздействия предоставления приоритета ТОП на других участников движения. Решение предоставить приоритет принималось ежесекундно, основываясь на индексе работы – взвешенной комбинации задержки пассажиров, транспортных средств и отставания автобуса от расписания. Целевая функция оценивалась для каждого возможного состояния сигналов, и самое выгодное решение выбиралось как оптимальное. При этом накладывались ограничения на минимальное время разрешающего сигнала для каждой фазы для обеспечения безопасности движения и для того, чтобы обеспечить разгрузку усредненной очереди. Следует отметить, что в отличие от других стратегий предоставления приоритета, данное исследование рассматривало эффект предоставления приоритета на соблюдение расписание движения ТОП. Однако, поиск сигнального плана производился на основе анализа работы системы в течение нескольких секунд без учета  будущих последствий.

В работе [10] был предложен метод, который предоставлял приоритет в движении ТОП не нарушая координацию сигналов светофоров вдоль магистрального направления. Цель проекта состояла в том, чтобы, не разрушая прогрессию, обеспечить приоритет за счет смены последовательности и продолжительности некоординированных фаз. Приоритет предоставлялся только тем автобусам, которые испытывали в нем потребность на основе определенных пользователем критериев. Система включала четыре модуля:

1) модуль предсказания времени прибытия;

2) модуль оценки приоритета;

3) модуль выбора стратегии;

4) модуль реализации стратегии.

Модуль предсказания времени прибытия, используя данные GPS и статистическую информацию, определял время прибытия ТОП к остановке, время стоянки и время прибытия к стопе – линии. В модуле оценки приоритета выполнялась оценка, был ли ТОП кандидатом на обработку приоритета или нет. В исследовании под данным критерием подразумевалось соблюдение расписания движения. Когда ТОП отстает от расписания на 5 минут, он генерировал запрос на предоставление приоритета. Другим ТОП приоритет не предоставлялся.

В модуле выбора стратегии выполнялся выбор способа предоставления приоритета – продление фазы, прерывание фазы или вызов отдельной фазы ТОП. Критерием выбора стратегии было то, что ни одна из фаз в рассчитанном плане не будет пропущена и каждая фаза, если была активизирована, имела хотя бы минимальную длительность. Как только стратегия выбрана, она исполнялась в модуле выполнения стратегий.

Эксперименты показали, что наблюдалось минимальное увеличение  полной задержки системы, при загруженности сети менее 0.95. Пересекаемые улицы испытали существенное увеличение задержек, что ожидаемо, так как данный метод не оценивал воздействие на индивидуальный автотранспорт при предоставлении приоритета ТОП.

Duerr. P.A. [10] предложил систему предоставления приоритета ТОП под названием DARVIN для улучшения прогрессии ТОП в смешанном потоке, оптимизируя полную работу сети. Основные цели системы состояли в том, чтобы уменьшить время прохождения для приоритетных автомобилей, повысить точность соблюдения графика движения и минимизировать воздействие на общий транспортный поток. DARVIN  использовала микроскопическую модель транспортного потока и генетический алгоритм для оптимизации сигнальных планов, минимизирующих взвешенную комбинацию задержек и остановок. Эксперименты показали, что DARVIN позволяет существенно сократить полные задержки пассажиров.

Обобщая выше изложенный опыт реализации предоставления активного  приоритета в проезде ТОП в современных АСУД можно сделать следующие выводы:

– целью предоставление приоритета в проезде ТОП может являться либо повышение скорости сообщения и соответственно сокращение количества подвижного состава на маршруте движения (или увеличения количества совершаемых рейсов), либо повышение равномерности движения и соблюдению расписания движения ТОП. В первом случае приоритет предоставляется всем транспортным средствам указанной категории, во втором – только отстающим от графика движения;

– при предоставлении приоритета в проезде ТОП необходим учет воздействия на индивидуальные транспортные средства на неприоритетных направлениях;

– применение оптимального управления, выполняющего минимизацию полных потерь пассажиров, позволяет не только учесть воздействие на индивидуальный автотранспорт эффекта предоставления приоритета, но и решить проблему обработки запросов с конфликтных направлений;

– снижению воздействия на индивидуальный автотранспорт и повышению эффективности предоставления приоритета способствует выполнение прогноза прибытия ТОП к пересечению.

Разделение игрового движка на компоненты позволяет гибко распределять задачи между устройством пользователя, граничным узлом и центральным облаком. В две тысячи двадцать шестом году разработчики используют архитектуру, где расчеты столкновений и перемещений игроков происходят на границе сети, а хранение глобальной базы данных и прогресса остается в центре. Это позволяет поддерживать огромное количество одновременных подключений в одной игровой сессии без ущерба для скорости реакции. Граничные узлы также выполняют функции интеллектуального кэширования игрового контента, мгновенно подгружая необходимые текстуры и модели. Подобный гибридный подход оптимизирует использование сетевых ресурсов и вычислительных мощностей, снижая общие затраты на поддержку игровых миров. Мы наблюдаем переход от монолитных игровых серверов к распределенным интеллектуальным экосистемам.

Искусственный интеллект на периферии сети в две тысячи двадцать шестом году используется для предсказания действий игрока и превентивной подготовки кадров видео. Алгоритмы машинного обучения анализируют паттерны поведения пользователя и «достраивают» промежуточные состояния игры в случае кратковременных сбоев связи. Это делает игровой процесс нечувствительным к микроскопическим задержкам, создавая иллюзию идеального отклика даже при нестабильном интернете. Граничные ИИ-агенты также занимаются фильтрацией игрового трафика, обнаруживая и блокируя попытки использования читов на самом раннем этапе. Такая интеллектуальная обработка данных непосредственно на границе сети повышает честность соревнований и улучшает общий пользовательский опыт. Технологии предсказания стали важным дополнением к физическому уменьшению задержек.

Облачный гейминг нового поколения полностью опирается на возможности граничного рендеринга для поддержки сверхвысоких разрешений и частоты кадров. В две тысячи двадцать шестом году пользователи могут транслировать игры в разрешении 8K с частотой сто двадцать кадров в секунду, не испытывая видимых задержек. Использование кодеков нового поколения, оптимизированных для работы на граничных узлах, позволяет передавать видеопоток с минимальным сжатием и высокой точностью цветопередачи. Граничные серверы оснащены мощнейшими графическими ускорителями, которые обновляются чаще, чем домашнее оборудование большинства игроков. Это позволяет даже обладателям слабых устройств наслаждаться самыми требовательными новинками с максимальными настройками графики. Граница между локальным и облачным геймингом становится окончательно невидимой для человеческого глаза.

Экономическая модель развития граничных вычислений в игровой индустрии строится на партнерстве между издателями игр, облачными провайдерами и операторами связи. В две тысячи двадцать шестом году геймеры все чаще выбирают подписочные сервисы, которые гарантируют доступ к библиотеке игр и высококлассному соединению. Операторы связи монетизируют свою инфраструктуру, предоставляя ресурсы граничных узлов для аренды игровым студиям. Это снижает порог входа для разработчиков независимых игр, которым больше не нужно строить собственные глобальные серверные сети. Снижение затрат на передачу данных и содержание огромных дата-центров делает игровую индустрию более устойчивой и прибыльной. Совместное использование ресурсов становится основой процветания цифрового рынка развлечений.

Проблемы масштабирования граничных систем в две тысячи двадцать шестом году связаны с необходимостью стандартизации интерфейсов взаимодействия между различными провайдерами. Разработчики стремятся создать универсальные программные инструменты, позволяющие играм бесшовно мигрировать между граничными узлами разных владельцев. Это необходимо для поддержки игроков, находящихся в движении, например, в поездах или автомобилях, чтобы их сессия не прерывалась при переключении между зонами покрытия. Вопросы интероперабельности решаются через создание открытых стандартов и протоколов обмена данными на периферии. Важно обеспечить единый уровень безопасности и качества сервиса во всей распределенной сети, независимо от конкретного поставщика оборудования. Стандартизация — залог глобального успеха технологий граничных вычислений.

Экологический аспект использования граничных вычислений заключается в более рациональном распределении нагрузки и снижении потерь энергии в магистральных сетях. Локальная обработка данных требует меньше энергии на передачу информации через океаны и континенты, что снижает общий углеродный след интернета. В две тысячи двадцать шестом году микроцентры обработки данных на периферии часто интегрируются с системами умного города, используя избыточное тепло для нужд отопления. Энергоэффективность граничных процессоров постоянно растет, что делает облачный гейминг более «зеленым» видом досуга. Компании активно инвестируют в возобновляемые источники энергии для питания своих распределенных вычислительных мощностей. Гейминг будущего стремится быть не только быстрым, но и ответственным по отношению к природе.

Социальное значение доступного гейминга с низкими задержками проявляется в демократизации доступа к высокотехнологичным развлечениям. В две тысячи двадцать шестом году жителям удаленных регионов больше не нужно покупать дорогостоящее оборудование, чтобы участвовать в глобальных киберспортивных турнирах. Это способствует развитию талантов в странах с разным уровнем дохода, создавая равные возможности для всех. Игры становятся мощным инструментом социальной интеграции и общения, объединяющим людей через виртуальные миры. Высокая скорость связи позволяет проводить массовые культурные мероприятия в метавселенных, где миллионы аватаров взаимодействуют без задержек. Технологии граничных вычислений делают цифровое общество более связанным и открытым.

Безопасность данных на граничных узлах в две тысячи двадцать шестом году обеспечивается за счет использования защищенных анклавов и аппаратного шифрования. Поскольку персональные данные и игровые команды обрабатываются локально, риск их перехвата на длинных маршрутах значительно снижается. Разработчики внедряют системы аутентификации, которые проверяют подлинность пользователя и устройства непосредственно на границе сети. Это предотвращает взлом аккаунтов и защищает внутриигровую экономику от манипуляций. В случае обнаружения подозрительной активности на конкретном узле, система может мгновенно изолировать его, не прерывая работу всей глобальной сети. Надежность граничной инфраструктуры является фундаментом доверия со стороны миллионов игроков.

Перспективы на ближайшие годы связаны с развитием тактильного интернета, где граничные вычисления позволят передавать не только звук и видео, но и физические ощущения. В две тысячи двадцать шестом году уже появляются первые прототипы костюмов и перчаток с обратной связью, требующие задержек менее пяти миллисекунд для реалистичного восприятия. Это откроет совершенно новые горизонты для погружения в игру, позволяя чувствовать текстуры поверхностей и силу столкновений. Только граничная архитектура способна обеспечить необходимую скорость для синхронизации тактильных сигналов с визуальным рядом. Мы стоим на пороге превращения виртуальных миров в полноценную чувственную реальность. Будущее игр — это не просто картинка, а полный спектр ощущений, доступный каждому.

Критическое осмысление зависимости от инфраструктуры напоминает о необходимости создания резервных механизмов на случай сбоев в работе граничных сетей. В две тысячи двадцать шестом году игры сохраняют базовую работоспособность даже при временном переходе на централизованные сервера, хотя и с потерей части визуальных эффектов. Это обеспечивает живучесть игровых сервисов и предотвращает массовое недовольство пользователей при технических работах на периферии. Баланс между мощью граничных вычислений и надежностью классических облаков остается важным архитектурным решением. Инженеры постоянно работают над улучшением систем автоматического восстановления и перераспределения нагрузки. Устойчивость технологий является залогом их долгосрочного успеха.

Заключение

В две тысячи двадцать шестом году граничные узлы позволяют организовывать игровые сессии с экстремально низким пингом для жителей одного квартала, создавая атмосферу компьютерного клуба в масштабе города. Это стимулирует развитие локальных киберспортивных лиг и укрепляет социальные связи между соседями-геймерами. Муниципалитеты поощряют развитие такой инфраструктуры как часть программ по созданию умных городов и пространств для досуга молодежи. Таким образом, технологии способствуют возвращению игрового общения из полной анонимности в реальное физическое пространство.