Современный комплекс технических средств систем управления характеризуется следующими особенностями:

-большой сложностью;

-распределенностью обработки данных;

-распределенностью управления техническими средствами;

-распределенностью многоуровневой памяти;

-разнородностью обрабатываемой информации;

-динамичностью реконфигурации системы;

-высокой производительностью;

-разнородностью используемых компонент;

-эффективностью;

-изменчивостью вычислительной среды;

-параллельностью вычислений;

-живучестью;

-надежностью;

-эргономичностью.

5.1. Модель проектирования комплекса технических средств

В общем случае модель проектирования комплекса технических средств систем управления включает в себя проработку следующих компонентов:

-кабельных и цифровых сетей;

-спутниковых сетей передачи данных;

-сетей передачи данных пакетной коммутации Х25;

-локальных и корпоративных вычислительных сетей;

-системы распределенных серверов для информационных

систем с распределенной обработкой информации;

-центрального сервера для информационных систем с центра­ лизованной (терминальной) обработкой информации;

-резервных серверов, обеспечивающих надежность информа­ ционной системы;

-сетевого оборудования (концентраторов, коммутаторов, мостов, сборщиков и разборщиков пакетов);

-периферийного и нестандартного оборудования;

-оборудования жизнеобеспечения технических средств;

-возможного использования стандартных сетевых протоколов

TCP/IP, IPX/SPX, Х 25 и др.;

-системного и специального программного обеспечения, необ­ ходимого для управления техническими средствами.

Все вышеперечисленные компоненты взаимодействуют (инте­ грированы) между собой. Это взаимодействие можно представить в виде семиуровневой модели проектирования КТС системы управ­ ления (рис. 5.1), которая включает:

-подсистему жизнеобеспечения;

-подсистему технического обеспечения;

-кабельную подсистему;

-подсистему связи;

-подсистему доступа и шифрации;

-подсистему передачи информации;

-подсистему специального и системного программного обеспечения.

Рис. 5.1 Семиуровневая модель проектирования комплекса технических средств СУ

Структурная схема семиуровневой модели проектирования комплекса технических средств СУ представлена на рис. 5.2.

Рис.5.2. Структурная схема семиуровневой модели проектирования комплекса технических средств СУ

Подсистема жизнеобеспечения

Подсистема жизнеобеспечения предназначена для беспере­ бойного снабжения электроэнергией всего спектра оборудования СУ. Структурная схема подсистемы жизнеобеспечения (рис. 5.3) включает

всебя:

-модуль аварийной коммутации фидеров электрического

питания с блоком анализа электрической сети и управления вклю­ чением дизеля;

-модуль дизель-электростанции;

-модуль общего электроснабжения;

-модуль электроснабжения оборудования информационной системы;

-модуль аварийного электроснабжения;

-модуль инвертора (блока бесперебойного питания) с блоком стабилизации напряжения;

-основную электрическую подстанцию;

-резервную электрическую подстанцию;

-потребителей гарантированного электрического питания (производственные помещения, подсистемы передачи данных, связи

итехнического обеспечения).

Рис.5.3. Структурная схема подсистемы жизнеобеспечения СУ:

1 - модуль аварийной коммутации, 2 - модуль дизельэлектростанции, 3 - модуль общего электроснабжения, 4 - модуль электроснабжения оборудования, 5 - модуль аварийного электроснабжения, 6 - модуль инвертора, 7 - основная подстанция, 8 - резервная подстанция,

9 - потребители электроэнергии

Подсистема жизнеобеспечения стабилизирует напряжение, выполняет функцию сетевого фильтра и обеспечивает полную гальваническую развязку от питающей сети.

Подсистема технического обеспечения

Подсистема технического обеспечения представляет собой сово­ купность технических средств выполняющих конкретные функции в различных подсистемах СУ. Структурная схема подсистемы техни­ ческого обеспечения (рис. 5.4) включает:

-модуль серверов;

-модуль персональных ЭВМ и терминалов;

-модуль концентраторов персональных ЭВМ;

-модуль терминальных концентраторов;

-модуль мостов;

-модуль маршрутизаторов;

-модуль сборщиков/разборщиков пакетов;

-модуль цифровых АТС;

-модуль земных спутниковых станций;

-модуль модемного оборудования;

-модуль телексного оборудования;

-модуль факсимильного оборудования;

-модуль считывателей (ридеров) пластиковых карт;

-модуль шифраторов;

-модуль сетевых адаптеров.

Каждый модуль содержит большое количество различного обору­ дования, выполняющего свойственные ему функции. Необходимо также учитывать и модуль периферийного оборудования (принтеры, сканеры и т.д.), который может взаимодействовать практически со всем оборудованием в зависимости от операций, выполняемых на конкретном рабочем месте.

Рассмотрим основные функции и свойства некоторых видов используемого оборудования.

Основными функциями мостов и маршрутизаторов являются

следующие: определение маршрута следования пакета от источника к потребителю; анализ адресной части; обеспечение контроля за сете­ вым трафиком; поддержка межсетевых протоколов передачи данных. В процессе работы производится фильтрация поступающей инфор­ мации в соответствии с установленными протоколами и осущес­ твляется поддержка множества путей следования пакетов между сегментами объединенной локальной вычислительной сети.

Рис. 5.4. Структурная схема подсистемы технического обеспечения с у .

1 - модуль серверов; 2 - модуль персональных ЭВМ,

3 - модуль концентраторов; 4 - модуль терминальных

концентраторов^ 5 - модуль мостов; 6 - модуль маршрутизаторов; концентраторе сб»рЩИКов/разборщиков пакетов;

8 - модуль цифровых АТС; 9 - модуль спутниковых станции; 10 - модуль модемного оборудования; 11 - модуль телексного оборудования; 12 - модуль факсимильного оборудования,

13 - модуль ридеров; 14 - модуль шифраторов;

15-адаптеры

Косновным свойствам мостов и маршрутизаторов относятся:

-способность работать одновременно как многопротокольный маршрутизатор и как мост;

-способность при поддержке стандартного программного обеспечения осуществлять маршрутизацию сетей IP, IPX/SPX, XIVS, DECNet, ApplTalk, X25;

-возможность управления с использованием SNMP или асинхронного терминала как локально, так и удаленно;

-использование /г/ЯС-архитектуры, что позволяет проводить маршрутизацию и фильтрацию информации данных без потери производительности;

-повышение уровня защиты информации за счет применения оригинальных алгоритмов сжатия информации, ограничения доступа конечного пользователя к определенным серверам;

- легкость в управлении за счет автоматического создания таблиц адресов и дружественного интерфейса;

- многопортовая поддержка локальных сетей Ethernet и WAN; - модульный подход и гибкость в создании необходимой

конфигурации; - возможность дальнейшего наращивания при увеличении

числа сегментов локальной вычислительной сети и количества конеч­ ных пользователей.

Концентратор представляет собой интеллектуальное устрой­ ство, способное сконцентрировать нагрузку рабочих станций и предо­ ставить возможность оперативно расширять число пользователей отдельно взятого сегмента локальной вычислительной сети. Сетевой концентратор дает возможность оперативно контролировать нагрузку

игибко вносить изменения в конфигурацию локальной сети. Концен­ тратор предоставляет возможность без существенных расходов на эксплуатацию сети производить ее реконфигурацию при помощи программного обеспечения, а не путем аппаратного увеличения оборудования и кабельной сети.

Косновным свойствам сетевых концентраторов относятся:

-способность объединения рабочих мест в группу от 12 до 60 пользователей;

-способность гибкого каскадного наращивания концентра­ торов в зависимости от необходимого числа пользователей;

- наличие в каскадном соединении одного ведущего концен­ тратора и нескольких ведомых, что значительно снижает общую стоимость оборудования локального каскада;

-использование гибкой конфигурации при концентрации нагрузки на порты BNC и AUI;

-способность управления концентратором при помощи SNMP-

управления; - способность подключения к мостам или маршрутизаторам

по портам BNC и AUI на правах отдельного сегмента локальной вычислительной сети с возможностью STVMP-управления от моста или маршрутизатора;

-постоянная готовность к работе по принципу “включил - готов к работе”;

-возможность локальной настройки концентратора за счет хранения управляющей программы в ППЗУ концентратора;

-работа под управлением программы PENView, работающей под управлением Windows на персональном компьютере через асинхронный порт RS-232.

Взаимодействие всех видов оборудования происходит за счет подсистем программного обеспечения, передачи данных, связи, доступа и шифрации.

Кабельная подсистема

Основой любой автоматизированной системы является интегри­ рованная кабельная подсистема (кабельная сеть), способная удовлет­ ворить потребности подсистем связи, передачи данных, доступа и шифрации.

Технология построения современных кабельных подсистем бази­ руется на их способности пропускать потоки информации со скорос­ тью не менее 100 Мбит/с. Применяются горизонтальные и верти­ кальные разновидности разводок. Горизонтальная, этажная, разводка выполняется при помощи “витой пары” категории 5 (как экрани­ рованной, так и неэкранированной). Вертикальная, межэтажная, разводка, а также разводка между удаленными объектами выпол­ няется при помощи оптоволоконного кабеля. Все кроссировочные работы необходимо вести с использование технологии LSA Plus, представляющей собой технику мгновенного присоединения без пайки, без резьбовых соединений и без снятия изоляции.

Кабельную подсистему СУ можно сравнить с кровеносной систе­ мой человека: без нее невозможно взаимодействие всех компонентов проектируемой системы.

Подсистема связи

Подсистема связи предназначена для обеспечения системы управления телематическими услугами Подсистема строится по модульному принципу и должна быть способна передавать голосовую информацию и данные, обеспечивать выход на ведомственные, городские, междугородные, международные и спутниковые сети.

Подсистема связи (рис. 5.6). включает следующий набор модулей:

6

ж

4

уу

А

3

ж

Рис. 5.6. Структурная схема подсистемы связи СУ: 1 - модуль телефонной связи; 2 - модуль модемной связи; 3 - модуль факсимильной связи; 4 - модуль телексной связи; 5 - модуль видеотекса; 6 - модуль телетекса; 7 - модуль шлюза ЛВС; 8 - модуль шлюза Х.25; 9 - модуль спутниковой связи;

10 - модуль коммутационного узла

-модуль телефонной связи;

-модуль модемной связи;

-модуль факсимильной связи;

-модуль телексной связи;

-модуль Видеотекса;

-модуль Телетекса;

-модуль шлюза ЛВС;

-модуль шлюза X. 25;

-модуль спутниковой связи;

-модуль коммутационного узла.

Подсистема доступа и шифрации

Подсистема доступа и шифрации предназначена для организации ограничительных мер по санкционированию входа в систему управ­ ления, разграничению доступа к информации и контролю доступа в помещения, в том числе с использованием пластиковых карт.

Подсистема доступа и шифрации (рис. 5.7) содержит следующий набор модулей:

-модуль санкционирования доступа к СУ;

-модуль ограничения доступа к информации;

-модуль шифрации информации;

-модуль ограничения доступа в помещения;

-модуль доступа к поисковой системе;

-модуль доступа к информации с использованием пластиковых

карт.

Рис. 5.7. Структурная схема подсистемы доступа

и шифрации СУ: 1 - модуль доступа к СУ; 2 - модуль ограничения доступа

к информации; 3 - модуль шифрации; 4 - модуль доступа в помещения; 5 - модуль доступа к поисковой системе; 6 - модуль доступа с использованием пластиковых карт

Модули подсистемы взаимодействуют с подсистемами техни­ ческого обеспечения, связи, передачи данных и программного обеспечения.

трафиком, в которых информационные потоки замкнуты и в большей своей части не выходят за пределы данных подразделений.

На каждую рабочую группу выделяется отдельный файл-сервер, с которым все пользователи данной группы обмениваются информа­ цией. Возможно использование сетевого программного обеспечения, способного образовывать одноранговые группы пользователей. Для организации подсистемы передачи информации сети используется сетевой концентратор, мост или маршрутизатор.

Построение локального сегмента передачи информации осущест­ вляется при помощи топологии ‘'звезда”, что существенно повышает живучесть сегмента в целом и позволяет производить реконфи­ гурацию сегмента, а также управление оборудованием, не затрагивая интересов пользователей.

Подсистема передачи информации в рамках организации представляет собой совокупность локальных подсистем рабочих групп, объединенных в единую сеть при помощи центрального марш­ рутизатора. Подключение локальных маршрутизаторов к цен­ тральному маршрутизатору производится по топологии “звезда”. В качестве транспортного уровня передачи данных используется оптог волоконный кабель, кабель типа “витая пара” категории 5 либо коак­ сиальный кабель. Центральный маршрутизатор производит марш­ рутизацию пакетов, поступающих с локальных групп, между этими группами и серверами, подключенными к центральному марш­ рутизатору в качестве отдельных сегментов.

При создании подсистемы передачи информации встает вопрос надежности сети, который необходимо рассматривать, как минимум,

вдвух аспектах:

-надежность кабельной сети;

-надежность применяемого оборудования.

Для передачи информации в рамках корпоративной вычис­ лительной сети наиболее целесообразно применить пакетную пере­ дачу с использованием протоколов TCP/IP и Х25. Эти протоколы обеспечивают наибольшую скорость передачи информации и позво­ ляют легко использовать программное обеспечение на базе опера­ ционных систем Unix, Novell NetWare и Windows. Используя прото­ колы TCP/IP и Х.25, логически можно объединить разрозненные ло­ кальные сети EtherNet в единую интегрированную локальную

вычислительную сеть. Каждая локальная вычислительная сеть, кроме сервера и рабочих станций, содержит в своем составе аппаратный маршрутизатор. Между собой мосты связаны цифровыми или аналоговыми каналами.

При построении корпоративной и локальной вычислительной сети необходимо учитывать ряд принципов, которые являются существенными при промышленной эксплуатации оборудования. К этим принципам можно отнести:

-принцип модульного построения локальной сети. Использо­ вание этого принципа позволяет гибко добавлять, перемещать или заменять компоненты сети без изменения работоспособности сети в целом;

-принцип “горячего” резервирования оборудования. Этот принцип позволит администратору системы при эксплуатации локальной сети добавлять, переставлять или заменять отдельные модули системы без перезагрузки всей системы в целом;

-принцип возможности расширения. При проектировании системы необходимо заложить возможность расширения сети по мере увеличения числа пользователей и увеличения информационных потоков данных, то есть заложить пропускную способность обору­ дования, близкую к теоретической (до 1000000 пакетов/с), заложить возможность наращивания дополнительных модулей и интерфейсных плат;

-принцип многопротокольное™ оборудования. Этот принцип необходим для поддержки межсетевого обмена информацией. Оборудование, используемое при создании локальной вычислит­ ельной сети, должно включать в себя протоколы Х.25, TCP/IP, IPX, AppleTalk, DECNet, OSI, VINES, XNS, а также основные алгоритмы маршрутизации OSPF и IS-IS;

-принцип наличия системы управления сетью. Этот принцип включает в себя обязательную поддержку всех стандартных систем управления, основанных на SNMP {HP OpenView, SunNet Manager, IBMNetView/6000, DMU);

-принцип создания “виртуальных рабочих групп”. Этот прин­ цип должен обеспечить создание виртуальных групп пользователей как в рамках одного сегмента, так и в рамках нескольких сегментов (посредством IP и IPX через сетевые концентраторы и маршру­

тизаторы), то есть предоставить пользователям объединенной ло­ кальной вычислительной сети свободное перемещение в рамках системы.

Подсистема программного обеспечения

Подсистема программного обеспечения (ПО) представляет собой совокупность операционных систем (ОС), системного программного обеспечения, специального программного обеспечения и систем управления базами данных (СУБД).

Подсистема программного обеспечения включает:

-модуль специального ПО;

-модуль однопользовательских СУБД;

-модуль многопользовательских СУБД;

-модуль ПО управления сетевым оборудованием;

-модуль системного ПО;

-модуль однозадачных однопользовательских ОС;

-модуль многозадачных однопользовательских ОС;

-модуль многозадачных многопользовательских ОС. Сетевое программное обеспечение предназначено для органи­

зации многопользовательского и многозадачного режима работы всех пользователей локальной вычислительной сети. Оно включает:

- системное программное обеспечение, предназначенное для системного управления работоспособностью сети в целом, обес­ печения многозадачности и многопользовательности, разграничения приоритетов доступа к различного рода информации на уровне файловой системы;

- систему управления базами данных, предназначенную для решения прикладных задач пользователя. Используя возможности сетевых операционных систем, СУБД реализует многопользо­ вательский режим работы с информацией, сохраняя при этом целост­ ность данных, что позволяет реализовать работу в реальном времени;

- систему управления сетевым оборудованием, предназна­ ченную для конфигурации и реконфигурации локальной вычис­ лительной сети и ее отдельных сегментов на основе STVMP-ynpae- ления.