Анализ тенденций развития протоколов информационного обмена в среде АСУ оборонных предприятий

Размещено на http://allbest.ru

Орловский государственный технический университет

Анализ тенденций развития протоколов информационного обмена в среде АСУ оборонных предприятий

Георгиевский Александр Евгеньевич

соискатель кафедры «Информационные системы»

г. Орел

Современные информационные технологии (ИТ) характеризуются быстрыми темпами развития. Их уровень определяется научно-методическими достижениями и совершенствованием нормативной базы (системы стандартов) в этой области. ИТ являются научной областью знаний и прикладной отраслью, оказывающей глубокое воздействие на темпы общественного прогресса. Процесс стандартизации ИТ носит глобальный характер. Его цель - всемирная интеграция информационных ресурсов для свободного обмена массивами информации и генерации новых идей, взглядов и технологий в различных фундаментальных и прикладных областях науки и техники [1].

В сегодняшнем понимании ОП - это производственное учреждение (завод, фабрика), выпускающее продукцию военного назначения, являющееся сложной системой производства, требующей устойчивого, непрерывного и оперативного управления. Система управления ОП определяет структуру и качество управляющих подсистем, одной из которых является автоматизированная система управления (АСУ).

В России отраслевые научные центры приступили к разработке основных принципов построения распределённых телекоммуникационных сред АСУ ОП. Несмотря на то обстоятельство, что каждое предприятие уникально по своему предназначению, составу, условиям размещения и функционирования, в значительной степени подвержено конъюнктуре внутреннего и внешнего рынков вооружений, а также зависит от всевозможных политических и общеэкономических факторов, необходимо отметить, что принципы построения системы управления, а, следовательно, и системы АСУ, остаются неизменными.

АСУ предполагает наличие в своём составе такого необходимого компонента как среда. Среда АСУ - это организационно-техническая совокупность архитектуры сетей передачи данных (СПД), построенных на ЭВМ, соединённых линиями и каналами связи (рис. 1), программного обеспечения компьютеров и протоколов ИО.

Среда АСУ создаётся на предприятиях оборонной промышленности (АСУ ОП) с целью информационной поддержки процессов управления производством. От её эффективности во многом зависит слаженная работа всех производственных подразделений и звеньев управления. В силу специфических особенностей ОП, часто связанных с удалённым территориальным размещением его основных и вспомогательных (обеспечивающих) производств, подразделений и филиалов, среда АСУ ОП проектируется и строится как распределённая информационная структура. Распределение, получение и обмен информацией осуществляются посредством среды АСУ, которая должна быть способна доставлять информацию в различной форме, что, несомненно, приводит к росту информационных потоков и выдвигает ряд дополнительных требований к стандартам ИО и, прежде всего, к протоколам ИО всех семи уровней.

Размещено на http://allbest.ru

Рисунок 1 - Фрагмент СПД среды АСУ ОП

Стандарты, вырабатываемые в процессе комплексной информационной интеграции, включают функции, протоколы взаимодействия, интерфейсы и другие различные аспекты. Теория и практика информационного обмена (ИО) выявили насущную необходимость дальнейшего развития и стандартизации протоколов взаимодействия различных сетевых архитектур.

Протокол - это совокупность правил, определяющих формат и процедуры обмена и преобразования информации между процессами или устройствами. Поскольку речь идёт о передаче цифровых сигналов, необходимым условием ИО является синхронизация процессов ИО для однозначного приёма субъектами двоичных знаков, а это предполагает, что последовательно передаваемую в канал (линию) связи информацию необходимо разбивать на формализованные фиксированные отрезки - кадры, имеющие признак (флаг) начала и, возможно, окончания в виде маркерных синхроимпульсов. Иными словами, понятие «протокол» включает в себя совокупность (набор) правил ИО и структуру кадра [2, 3].

В распределённой среде АСУ ОП могут применяться различные протоколы информационного обмена. На большинстве предприятий применяются простые протоколы TCP/IP. Они рассчитаны, как правило, на решение определённых задач, поэтому оптимизированы и достаточно эффективны. Но они не обладают стандартным набором элементов прикладного обслуживания или конструктивных блоков, позволяющим строить надёжные распределенные системы управления. Поэтому актуальной является задача моделирования сервиса стека протокола TCP/IP с учётом теоретических достижений эталонной модели взаимодействия открытых сетей, созданной в 70-х годах прошлого века, и описания процессов ИО.

Основным направлением эволюции ОП XXI века, кроме производственных технологий, станет развитие ИТ, информатики и телекоммуникационных систем, для которых базовыми будут три технологии: услуги, телекоммуникационные сети и компоненты [4]. При этом в области компонентов ожидается мощнейший технологический прорыв с тысячекратным увеличением мощности компьютеров, что потребует значительной модернизации имеющихся протоколов ИО. Дальнейшее развитие существующих и предстоящее внедрение новых служб связи, а также расширение парка оконечных устройств, подключаемых в среде АСУ, вызывает необходимость разработки новых принципов построения протоколов. Основные направления этой работы составляют [5]:

1. Расширение состава протоколов доступа абонентов (пользователей) к ресурсам среды с целью более полного учёта особенностей передачи всех разнообразных видов информации (в т. ч. речи, видео- и телекодовой) в пакетной форме.

2. Разработка новых протоколов доступа пользователей с включением в них механизма приоритетного обслуживания информационных массивов различных служб, а также сигнализации, имеющей наивысший приоритет.

3. Введение дополнительных признаков, позволяющих программно регулировать в зависимости от интенсивности информационной нагрузки скорость передачи данных и режим использования избыточности для обнаружения и исправления ошибок или совместных операций.

4. Доработка имеющихся и создание новых регламентированных внутренних протоколов среды АСУ ОП.

5. Определение целесообразных, гибко меняющихся параметров протоколов передачи различных видов информации. Прежде всего, это касается нахождения оптимального ряда скоростей передачи сигналов в протоколе физического уровня. Можно предположить, что для конференцсвязи эти скорости будут находиться в диапазоне 64-2000 кбит/с, движущиеся изображения будут передаваться со скоростью порядка 34 Мбит/с, а передача телевизионных сигналов с высокой разрешающей способностью потребует скорости 140 Мбит/с. Для этих же служб необходимы версии протоколов быстрой коммутации пакетов с возможностью оперативного адаптивного регулирования таких параметров протокола как ширина «окна» при последовательной передаче пакетов, длина циклов нумерации, максимальная длина UD (User Data - поля данных абонента).

6. Создание комплекса алгоритмических мероприятий эксплуатационно-технического обслуживания (ЭТО), включающих контроль работоспособности отдельных контуров ИО, тестирование, диагностику, восстановление после выхода из аварийного состояния, сбор и обработку статистики в среде АСУ. Процедуры ЭТО должны распределяться по иерархическим уровням протоколов. К этой же задаче относится биллинг - система автоматической непрерывной тарификации, отслеживающая и суммирующая с нарастающим итогом стоимость всех протекающих информационных процессов.

7. Проектирование эффективных и рациональных протоколов взаимодействия пользователей среды АСУ ОП с другими сетями, в т.ч. СПД, телефонными сетями, сетями телематических служб и соответствующих сетевых шлюзов.

Основополагающие принципы построения системы протоколов [5]:

1. Информационные массивы пользователей разбиваются на независимые блоки, в частном случае блок может иметь структуру пакета соответствующего протокола. Заголовок каждого блока включает признак службы связи и приоритета, а также признак физической или логической адресации получателя; при необходимости - порядковый номер блока в массиве.

2. Блоки могут поступать в среду АСУ ОП от различных источников асинхронно.

3. Процедуры управления потоком блоков на интерфейсах пользователей и на межузловых участках среды АСУ отсутствуют, поэтому допускается потеря блоков из-за превышения ресурсов памяти в транзитных узлах коммутации.

4. Повторная передача блоков с обнаруженными ошибками на пользовательских интерфейсах не производится. В случае обнаружения ошибки в признаке адреса блок удаляется.

5. При переполнении буферной памяти в узлах транзита среды вводится механизм стирания блоков. Допустимые потери должны быть нормированы. Задаётся система приоритетов блоков, и определяется дисциплина диспетчеризации пакетов, поступающих на обслуживание в среду. Эта система программирует порядок стирания пакетов, принадлежащих отдельным службам, с учётом их ценности и интенсивности старения.

6. Восстановление потерянных пакетов, если оно необходимо при формализованной структуре информационных массивов и отсутствии корреляционных связей в информации, осуществляется в алгоритмическом контуре отправитель - получатель. Потери пакетов обнаруживаются системой нумерации P(R) и P(S) ожидаемых и передаваемых пакетов в данном контуре, а отсутствующие пакеты запрашиваются путём передачи специальной команды или отрицательной квитанции.

7. Вводится протокол управления ИО непосредственно между АРМ (терминалами) пользователей, т. к. соответствующие протоколы управления на интерфейсе пользователь_оконечный узел и на межузловых участках среды отсутствуют. Доступ пакетов от источников информации должен прекращаться полностью или частично при переполнении буферов памяти транзитных узлов коммутации, что обеспечивается механизмом диагностирования перегрузки сети.

Анализ тенденций развития протоколов ИО при известных форматах информационных и служебных массивов предусматривает выделение в объекте основного и существенного, незаметного эмпирическому зрению, и сводится к изучению и оценке характеристик соответствующих им алгоритмов обмена информацией. При исследовании алгоритмов необходимо получить точные значения моментов любого порядка распределения случайных величин, задающих временные характеристики, характеристики достоверности и сложности реализации алгоритмов. При исследовании протоколов ИО применяются теории массового обслуживания, дискретных цепей Маркова, полумарковских процессов и дискретных цепей с потерями. Непосредственно для расчёта моментов распределения используются аналитические модели и прикладные вычислительные процедуры, направленные на анализ алгоритмов ИО различных служб распределённой телекоммуникационной среды АСУ ОП, в соответствии с их назначением и требованиями со стороны заказчиков [6].

Анализ тенденций развития протоколов ИО в среде АСУ ОП свидетельствует об их преемственности с протоколами, разработанными в последнее десятилетие для сетей общего пользования с коммутацией пакетов. информационный автоматизированный оборонный

Многообразие служб связи и введение многоцелевых терминалов и АРМ предопределяет правомерность построения протоколов взаимодействия пользователей со средой АСУ ОП на базе алгоритмических принципов рекомендаций МККТТ серии I. Интенсивное внедрение современных телеком-муникационных услуг будет способствовать реализации протоколов асинхронного временного мультиплексирования и быстрой коммутации пакетов. Тем самым создаются объективные предпосылки для эффективного обслуживания трафика как импульсного, так и длительного характера.

Литература

1.Ерёменко, В. Т. Информационные технологии и безопасность информации [Текст] / В. Т. Ерёменко // Известия Орловского государственного технического университета / II Международная научно-техническая конференция ИТНОП-2006 / Материалы. Т. 1. - Орёл, 2006. - № 1. - С. 62-67.

2.Якубайтис, Э. А. Архитектура вычислительных сетей [Текст] / Э.А. Якубайтис. - М.: Статистика, 1980. - 279 с.

3.Лазарев, В. Г. Интеллектуальные цифровые сети: справочник [Текст] / В. Г. Лазарев; под ред. акад. Н. А. Кузнецова. - М.: Финансы и статистика, 1996. - 224 с.

4.Крупнов, А. Е. Новые телекоммуникационные технологии в отрасли связи [Текст] / А. Е. Крупнов, Н. А. Соколов // Электросвязь, 1995. _ № 11. - С. 15-18.

5.Злотников, Ю. С. Протоколы информационного обмена в цифровых сетях связи с интеграцией служб [Текст] / Ю. С. Злотников // Зарубежная радиоэлектроника, 1990. - № 10. - С. 46-65.

6.Чистяков, М. В. Методика анализа технических возможностей реализации протоколов информационного обмена в среде АСУ [Текст] / М. В. Чистяков // Известия Орловского государственного технического университета / II Международная научно-техническая конференция ИТНОП-2006 / Материалы. Т. 1. - Орёл, 2006. - № 1. - С. 215 -219.

Annotation

Analysis of trends in the development of information exchange protocols in the environment of ACS of defense enterprises. Georgievsky A.E.

Principal trends of treatment of the protocol of information interchange in environment ACS of defense concern are considered in the article. Fundamental principle of construction protocol-system is to have.

Размещено на Allbest.ru