Разработка и внедрение Общекорабельной системы обмена данными реального времени
Описание объекта и общей задачи
На море фактически отсутствует понятие фронта и факторы оперативности, взаимодействия и осведомленности в подводной, надводной, воздушной и космической обстановке выходят на первый план. Корабли ВМФ действуют автономно или в группе в отрыве от пунктов управления и баз обеспечения, что определяет необходимость развертывания на борту множества разнообразных систем, формирующих в реальном времени данные в соответствии со своим назначением. Количественный рост систем и получаемых данных приблизился к порогу восприятия, что приводит к необходимости интеграции систем: создания корабельной АСУ нового поколения.
На корабле нового поколения все технические средства управления кораблем объединены единой оптоволоконной сетью. Все системы - от главной энергетики до интегрированной мостиковой системы – должны опираться на единое информационное пространство, на единые базы данных. ОКСОД содержит 8 основных приборов, каждый из которых имеет без малого 30 абонентских портов FastEthernet, 6 последовательных портов и 9 портов МКИО. Транспортная сеть построена на базе многомодового оптоволокна по многосвязной топологии. Каждый канал резервирован. Питание приборов осуществляется от трех источников (основная и резервная линии + батарея) постоянного тока с напряжением 18-32В.
На море фактически отсутствует понятие фронта и факторы оперативности, взаимодействия и осведомленности в подводной, надводной, воздушной и космической обстановке выходят на первый план. Корабли ВМФ действуют автономно или в группе в отрыве от пунктов управления и баз обеспечения, что определяет необходимость развертывания на борту множества разнообразных систем, формирующих в реальном времени данные в соответствии со своим назначением. Количественный рост систем и получаемых данных приблизился к порогу восприятия, что приводит к необходимости интеграции систем: создания корабельной АСУ нового поколения.
На корабле нового поколения все технические средства управления кораблем объединены единой оптоволоконной сетью. Все системы - от главной энергетики до интегрированной мостиковой системы – должны опираться на единое информационное пространство, на единые базы данных. ОКСОД содержит 8 основных приборов, каждый из которых имеет без малого 30 абонентских портов FastEthernet, 6 последовательных портов и 9 портов МКИО. Транспортная сеть построена на базе многомодового оптоволокна по многосвязной топологии. Каждый канал резервирован. Питание приборов осуществляется от трех источников (основная и резервная линии + батарея) постоянного тока с напряжением 18-32В.
Но главное, ОКСОД должна содержать в своём составе программно-аппаратный комплекс мониторинга и управления, с помощью которого, в частности, должна конфигурироваться матрица связей между абонентами (необходимо отметить, что наши предшественники, как это принято в отрасли, не утруждались соотнесением проектных решений с общими стандартами, и требовалась сегментация абонентов в рамках одной подсети IP). А каждой паре связываемых абонентов приписывается пара протоколов сопряжения, которые ОКСОД должна понимать и уметь взаимно преобразовывать информацию между ними. Общая задача - объединить все Средства корабля в единую интегрированную систему управления.
Важно понимать, что организация обмена данными (транспорта), то есть построение системы обмена данными (СОД) – это лишь часть задачи. В каждой системе свои координаты корабля, свои форматы данных, свое время. Создание совместного информационно-временного пространства из разрозненных систем, выполненных разными коллективами – сложный процесс согласования протоколов взаимодействия подсистем, который производится в ходе комплексной отладки и практически на всех этапах испытаний.
Важно понимать, что организация обмена данными (транспорта), то есть построение системы обмена данными (СОД) – это лишь часть задачи. В каждой системе свои координаты корабля, свои форматы данных, свое время. Создание совместного информационно-временного пространства из разрозненных систем, выполненных разными коллективами – сложный процесс согласования протоколов взаимодействия подсистем, который производится в ходе комплексной отладки и практически на всех этапах испытаний.
С какими проблемами сталкивается заказчик?
-использование несовместимых протоколов в транспортной сети и сети доступа;
- низкая пропускная способность транспортной сети;
- высокие задержки при передаче данных и преобразовании протоколов;
- неустойчивая работа сети (зависание приборов);
- жесткая структура, реализованная в аппаратуре, не позволяющая адаптироваться к вновь возникающим требованиям;
- дефекты реализации (отсутствие гальванической развязки, применение хабов в качестве коммутаторов доступа).
Проблемы с Согласованием протоколов взаимодействия подсистем:
- несогласованность систем счисления (например, систем координат);
- полное отсутствие единства формата данных (150 систем = более 500 уникальных парных связей);
- отсутствие моделей применения информации от одних систем в других системах (например, для системы единого времени);
- до сих пор применяется подход монопольного использования аппаратных средств, не продуманы механизмы совместного использования (для серверов и АРМов).
-использование несовместимых протоколов в транспортной сети и сети доступа;
- низкая пропускная способность транспортной сети;
- высокие задержки при передаче данных и преобразовании протоколов;
- неустойчивая работа сети (зависание приборов);
- жесткая структура, реализованная в аппаратуре, не позволяющая адаптироваться к вновь возникающим требованиям;
- дефекты реализации (отсутствие гальванической развязки, применение хабов в качестве коммутаторов доступа).
Проблемы с Согласованием протоколов взаимодействия подсистем:
- несогласованность систем счисления (например, систем координат);
- полное отсутствие единства формата данных (150 систем = более 500 уникальных парных связей);
- отсутствие моделей применения информации от одних систем в других системах (например, для системы единого времени);
- до сих пор применяется подход монопольного использования аппаратных средств, не продуманы механизмы совместного использования (для серверов и АРМов).
Решение и технологии
Забудьте про старый Ethernet! На заре своего развития применялись сети, основанные на коаксиальном кабеле и витой паре с хабами (концентраторами, коммутаторами первого уровня). В этих версиях Ethernet применялась технология CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий). При таком подходе в случае попытки одновременной передачи данных двумя абонентами обнаруживается коллизия и оба абонента прекращают передачу, ожидают случайным образом взятый промежуток времени и повторяют передачу. Очевидно, что технология CSMA/CD не могла быть применена при построении систем обмена данными, которые гарантируют:
- высокую доступность (high availability – HA);
- отказоустойчивость (fault tolerance – FT);
- работу в реальном времени (real time – RT).
Однако по мере развития стандартов Ethernet были принята спецификация полнодуплексного коммутируемого Ethernet. В данном варианте отсутствует подключение к единой среде передачи данных, все абоненты соединяются по принципу «точка-точка» с активными сетевыми устройствами – коммутаторами. В сетях коммутируемого Ethernet отсутствуют коллизии, имевшие место в классическом Ethernet. Однако не исключаются потери кадров из-за проблем в кабельных связях и потери кадров, вызванные переполнением буферов в коммутаторах. Время доставки пакетов также нельзя заранее оценить, т.к. неизвестно, сколько времени проведет каждый конкретный пакет в очереди на отправку.
Забудьте про старый Ethernet! На заре своего развития применялись сети, основанные на коаксиальном кабеле и витой паре с хабами (концентраторами, коммутаторами первого уровня). В этих версиях Ethernet применялась технология CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий). При таком подходе в случае попытки одновременной передачи данных двумя абонентами обнаруживается коллизия и оба абонента прекращают передачу, ожидают случайным образом взятый промежуток времени и повторяют передачу. Очевидно, что технология CSMA/CD не могла быть применена при построении систем обмена данными, которые гарантируют:
- высокую доступность (high availability – HA);
- отказоустойчивость (fault tolerance – FT);
- работу в реальном времени (real time – RT).
Однако по мере развития стандартов Ethernet были принята спецификация полнодуплексного коммутируемого Ethernet. В данном варианте отсутствует подключение к единой среде передачи данных, все абоненты соединяются по принципу «точка-точка» с активными сетевыми устройствами – коммутаторами. В сетях коммутируемого Ethernet отсутствуют коллизии, имевшие место в классическом Ethernet. Однако не исключаются потери кадров из-за проблем в кабельных связях и потери кадров, вызванные переполнением буферов в коммутаторах. Время доставки пакетов также нельзя заранее оценить, т.к. неизвестно, сколько времени проведет каждый конкретный пакет в очереди на отправку.
Развитие стандартов Ethernet в сторону обеспечения предсказуемого времени доставки данных привело к появлению группы стандартов, имеющей общее название Audio Video Bridging (AVB). Сеть, удовлетворяющая этим стандартам, обеспечивает гарантированную передачу данных с задержками, не превышающими 2 мсек. Таких характеристик достаточно для полноценной работы систем, обменивающихся аудио- и видео-данными в реальном масштабе времени, но этого всё ещё недостаточно для обеспечения работы систем управления сложными динамическими объектами. Дальнейшее развитие стандартов серии IEEE 802.3 приводит к появлению группы под названием Time Sensitive Networks (TSN). Стандарты этой группы в настоящее время находятся в стадии разработки, выпуск и внедрение их в практику ожидается не ранее 2018 года.
Отдельным немаловажным вопросом является обеспечение синхронизации времени в сетях Ethernet.
На настоящий момент существует ряд подходов к построению высокодоступных отказоустойчивых сетей реального времени на базе Ethernet: авиационные стандарты AFDX и Time-Triggered Ethernet, промышленные ProfiNet, EtherNet/IP. Однако ни один из них не универсален.
Отдельным немаловажным вопросом является обеспечение синхронизации времени в сетях Ethernet.
На настоящий момент существует ряд подходов к построению высокодоступных отказоустойчивых сетей реального времени на базе Ethernet: авиационные стандарты AFDX и Time-Triggered Ethernet, промышленные ProfiNet, EtherNet/IP. Однако ни один из них не универсален.
Каждая отрасль имеет собственные традиции и наработки, поэтому прямое применение технологий из других отраслей всегда сопряжено с трудностями (причём, порой сложно преодолимыми). Поэтому важно, чтобы компания-разработчик систем обмена данными с одной стороны имела существенную экспертизу в технологиях сетей передачи данных, а с другой стороны - имела бы опыт в предметной области, т.е. в вопросе построения интегрированных корабельных (судовых) систем управления.
Необходимо отметить, что заказчик не может сформулировать требования к ОКСОД так полно, как это сделают специалисты в этой области знаний. Кроме того, в процессе реализации обязательно изменятся исходные требования (в процессе проектирования и изготовления меняются приборы и агрегаты, снимают с производства комплектующие, выявляются перегруженные узлы-узкие места).
Исходя из вышесказанного, очевидно, что для решения вопросов объединения систем на базе сетей передачи данных необходимо обращаться к профессионалам, знающим область морской интеграции и сетевые технологии. Они помогут заказчику сформулировать адекватные требования и впоследствии смогут быстро и гибко учесть изменения без проведения существенного объёма проектирования заново.
Необходимо отметить, что заказчик не может сформулировать требования к ОКСОД так полно, как это сделают специалисты в этой области знаний. Кроме того, в процессе реализации обязательно изменятся исходные требования (в процессе проектирования и изготовления меняются приборы и агрегаты, снимают с производства комплектующие, выявляются перегруженные узлы-узкие места).
Исходя из вышесказанного, очевидно, что для решения вопросов объединения систем на базе сетей передачи данных необходимо обращаться к профессионалам, знающим область морской интеграции и сетевые технологии. Они помогут заказчику сформулировать адекватные требования и впоследствии смогут быстро и гибко учесть изменения без проведения существенного объёма проектирования заново.
Наша организация была учреждена в 1997 году и начала свою деятельность с решения сложных инженерных задач – интеграции старых приборов и устройств с сильно устаревшими интерфейсами в современные информационные системы, которые затем сдавались заказчику. Решение данных задач сделало нас научным авангардом отрасли и в настоящее время позволяет нам браться за разработку архитектуры и протоколов стыковки разрозненных систем.
Глубокая компетенция в IT и СПД и накопленный опыт работы по корабельным АСУ позволил нашей компании стать лидером по объединению бортовых систем реального времени, используя инновационную технологию интеграционной шины собственной разработки.
Компания предлагает свои услуги по следующим направлениям:
- экспертиза (аудит) проектов интеграции бортовых автоматизированных систем;
- проектирование АСУ различных уровней;
- построение технологических стендов;
- внедрение интеграционной шины, построение единого информационного поля;
- поставка систем передачи данных;
- заказная разработка приборов, модулей, специализированного ПО.
Глубокая компетенция в IT и СПД и накопленный опыт работы по корабельным АСУ позволил нашей компании стать лидером по объединению бортовых систем реального времени, используя инновационную технологию интеграционной шины собственной разработки.
Компания предлагает свои услуги по следующим направлениям:
- экспертиза (аудит) проектов интеграции бортовых автоматизированных систем;
- проектирование АСУ различных уровней;
- построение технологических стендов;
- внедрение интеграционной шины, построение единого информационного поля;
- поставка систем передачи данных;
- заказная разработка приборов, модулей, специализированного ПО.
Что мы предлагаем
Мы наблюдаем историческое событие – переход кораблей ВМФ РФ от парных связей между системами к интегрированным АСУ. Как всегда, приходится догонять наших «зарубежных партнеров», у которых 30% боевого флота уже имеет ИАСУ, а все значимые корабли проектируются исключительно с использованием новой архитектуры. Как и все сложные технические нововведения, данный процесс имеет шероховатости при разработке и внедрении. И сейчас многие для того, чтобы сдать изделие, готовы вернуться в прошлый век – крейсер Адмирал Нахимов модернизируется (!) с использованием систем с парными связями...
Наша команда сумела справиться с задачей в сжатые сроки и в условиях административного давления благодаря своей высокой квалификации, слаженной работе всех сотрудников и большой базе собственных наработок в области систем передачи данных и интеграции.
Мы видим своей миссией помощь отрасли в безболезненном и быстром преодолении этого этапа.
Мы наблюдаем историческое событие – переход кораблей ВМФ РФ от парных связей между системами к интегрированным АСУ. Как всегда, приходится догонять наших «зарубежных партнеров», у которых 30% боевого флота уже имеет ИАСУ, а все значимые корабли проектируются исключительно с использованием новой архитектуры. Как и все сложные технические нововведения, данный процесс имеет шероховатости при разработке и внедрении. И сейчас многие для того, чтобы сдать изделие, готовы вернуться в прошлый век – крейсер Адмирал Нахимов модернизируется (!) с использованием систем с парными связями...
Наша команда сумела справиться с задачей в сжатые сроки и в условиях административного давления благодаря своей высокой квалификации, слаженной работе всех сотрудников и большой базе собственных наработок в области систем передачи данных и интеграции.
Мы видим своей миссией помощь отрасли в безболезненном и быстром преодолении этого этапа.
Подпишитесь на наши статьи
Мы не спамим новостями компании, лишь иногда добавляем их. Основное - статьи или истории, которые могут быть интересны и полезны нашим заказчикам. Если что – от рассылки можно будет отписаться в любой момент.
Нажимая эту кнопку, вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности
АО НПК "Агат-Аквариус"
Copyright © 1997-2023
Copyright © 1997-2023
