Принципы построения автоматизированных систем


В настоящее время компанией ИРКОС разработаны и поставляются Заказчикам автоматизированные системы радиоконтроля (АСР) различного применения и состава, предназначенные для использования в гражданских и силовых структурах. Все системы базируются на единой аппаратно-программной платформе, состоящей из технических средств радиоконтроля и прикладного программного обеспечения. В то же время состав, конфигурация, функции конкретной автоматизированной системы определяются целями и задачами, стоящими перед пользователем этой системы.

По определению (ГОСТ 34.003-90), автоматизированная система состоит из персонала и комплекса средств автоматизации, который реализует информационную технологию выполнения установленных функций. Применительно к автоматизированной системе радиоконтроля средства автоматизации обязательно включают в себя технические средства (ТС) радиоконтроля, программное обеспечение (ПО) и инженерно-техническую инфраструктуру.


Средства автоматизации системы радиоконтроля

Средства автоматизации системы радиоконтроля

В качестве основных ТС радиоконтроля выступают радиотехнические средства, производимые компанией, в том числе одноканальные и многоканальные цифровые радиоприемные устройства (ЦРПУ), радиопеленгаторы, а также приемные и измерительные антенные системы (АС), опорно-поворотные устройства. Все ТС радиоконтроля являются унифицированными по конструкции, радиоприемные устройства базируются на семействе ЦРПУ АРГАМАК и обладают широкой полосой одновременного анализа, высоким быстродействием, достаточным динамическим диапазоном.

Поставляемое прикладное программное обеспечение состоит из специализированного программного обеспечения СМО-АРМАДА, являющегося ядром программного обеспечения автоматизированной системы, клиентских программных пакетов СМО-ППК, СМО-БС, СМО-ДХ и др.. СМО-АРМАДА имеет открытую клиент-серверную архитектуру и широко использует web-технологии, способно гибко настраиваться под масштаб, особенности организации и функции, которые должна обеспечивать система, делает возможным работу ТС радиоконтроля в многозадачном плановом, оперативном и фоновом режимах работы.

Инженерно-техническая инфраструктура состоит из систем передачи данных, серверного оборудования, инженерных сооружений, например, служебных помещений для размещения ТС, подготовленных специальных площадок под установку антенно-мачтовых устройств и т.п.

Ввиду единства аппаратно-программной платформы все автоматизированные системы, поставляемые компанией, имеют общие принципы построения и функционирования, к наиболее существенным из которых относятся:

  • иерархичность архитектуры и гибкое управление техническими средствами;
  • возможность масштабирования;
  • использование геоинформационных технологий;
  • открытый унифицированный протокол управления техническими средствами;
  • взаимодействие с внешними информационными системами;
  • выполнение задач радиоконтроля в автоматическом (плановом, фоновом) и ручном (оперативном) режимах;
  • событийный механизм выполнения заданий и диагностики и самодиагностики аппаратуры.

Рассмотрим содержание этих принципов более подробно.

Автоматизированная система обязательно подчиняется иерархическому принципу, согласно которому каждый нижний узел системы работает под управлением узла вышестоящего уровня. Узлами выступают центры и пункты управления, станции радиоконтроля, отдельные ТС радиоконтроля, в которых имеются серверы управления с однотипным программным обеспечением.


Трехуровневая структура автоматизированной системы

Трехуровневая структура автоматизированной системы

На первом уровне иерархии находится центр управления, на втором уровне – пункты управления. Пункты управления фактически выполняют те же функции, что и центр управления, но применительно к подчиненным уровням иерархии. Например, если система работает на национальном уровне, то ЦУ обеспечивает управлением системой через пункты управления, которые находятся в регионах. Нижний уровень иерархии представлен ТС радиоконтроля: стационарными, мобильными, транспортируемыми, носимыми станциями, комплексами и средствами. Количество технических средств и уровней управления в системе определяется масштабом использования. Возможно построение систем с четырьмя и более уровнями управления.

Сервер управления, расположенный на узле высокого уровня, получает информацию от подконтрольных серверов более низкого уровня, а также имеет оперативный доступ к аппаратуре радиоконтроля на нижних уровнях. Постановка задач узлу на выполнение осуществляется как с вышестоящих уровней, так непосредственно с нижнего уровня, что дает возможность быстрого реагирования на местные условия. Сервер управления на нижнем уровне иерархии может управлять одним или несколькими экземплярами ТС радиоконтроля.


Взаимодействие серверов управления в трехуровневой системе

Взаимодействие серверов управления в трехуровневой системе

Управление аппаратурой и передача данных между узлами осуществляется по каналам связи с использованием шифрования. В простейшем варианте используется технология защищенной сети OpenVPN, при этом обеспечивается автоматическое переключение между основным, резервным и аварийным каналами связи. Как правило, для стационарных средств основным каналом выступает проводной или оптоволоконный канал, в качестве резервного или аварийного могут использоваться беспроводные каналы. Управление мобильными и носимыми средствами осуществляется по беспроводным каналам.


Варианты управления ТС системы

Варианты управления ТС системы

Пользователи системы используют для работы автоматизированные рабочие места (АРМ), выступающие как «тонкие» клиенты, при этом имеется возможность гибкого управления узлами и оборудованием. Несколько вариантов подобного гибкого управления техническими средствами показаны на рисунке, приведенном выше:

  1. От центра управления осуществляется постановка заданий трем пеленгаторам, входящим в состав стационарных станций: двум пеленгаторам на обслуживаемых станциях, на которых присутствуют операторы, и одному пеленгатору на необслуживаемой станции, где операторов нет.
  2. Операторы, находящиеся в станциях, решают задачи радиоконтроля с помощью аппаратуры, расположенной непосредственно в их станциях.
  3. С удаленного АРМ, находящегося, например, в другом городе, оператор ставит задачу на пеленгование трем стационарным станциям.
  4. Оператор мобильной станции удаленно работает с аппаратурой портативной станции.

Возможность управления тем или иным оборудованием, формирования плановых или оперативных задач для конкретного оператора, работающего с АРМ, определяется политикой администрирования и безопасности. Имеется механизм гибкой настройки прав и приоритетов пользователей при доступе к ТС радиоконтроля и данным, хранящимся в базах данных (БД) серверов управления. При наличии необходимых разрешений у оператора с любого локального или удаленного АРМ он может управлять произвольным оборудованием, находящимся в системе.

Автоматизированная система является масштабируемой, она способна работать при появлении новых узлов или уровней. Количество уровней и узлов определяется спецификой применения. Если масштаб системы ограничивается отдельным районом или областью, пунктов управления в системе может и не быть. В этом случае, достаточно центра управления, который ставит задачи и получает результаты непосредственно от станций радиоконтроля - то есть система имеет двухуровневую структуру. Система может быть и одноуровневой – это имеет место в случае автономно работающего оборудования, например, пеленгатора или измерительного приемника. При этом на компьютере, подключенном к оборудованию, может быть установлена как серверная, так и клиентская часть программного обеспечения системы.

Автоматизированная система базируется на использовании геоинформационных технологий, поскольку для эффективного решения задач радиоконтроля, необходимо иметь представление о взаимном расположение технических средств и объектов радиоконтроля, а также характере местности. Подсистема картографии обеспечивает поддержку различных форматов векторных карт, в том числе ГИС Панорама, ИНГИТ, MapInfo, а также карт свободного Интернет-ресурса OpenStreet Map. Кроме того, в качестве электронных карт возможно использование растровых графических изображений разных форматов.


Окно программного обеспечения

Окно программного обеспечения

На приведенном выше рисунке представлен фрагмент клиентского интерфейса СМО-АРМАДА с изображением электронной карты местности. На карте показан процесс пеленгования ИРИ пятью стационарными пеленгаторами.

На электронной карте местности отображаются выбранные из базы данных ИРИ, показываются стационарные, мобильные и портативные ТС радиоконтроля, а также другие узлы системы, включая пункты и центр управления. Для мобильных средств показываются треки движения, пример трека приведен ниже.


Пример отображения трека движения мобильной станции

Пример отображения трека движения мобильной станции

В случае возникновения события радиоконтроля или технического события, на электронной карте местности выделяется узел, где произошло событие. Событийный механизм работы системы будет рассмотрен ниже более подробно.

Для управления ТС в автоматизированной системе используется открытый унифицированный протокол. Он разработан с целью возможности применения в системах не только ТС от компании ИРКОС, но и от других производителей аппаратуры. Протокол используется для управления всеми видами аппаратуры радиоконтроля: стационарными, мобильными, транспортируемыми и носимыми средствами, обеспечивая передачу результатов измерений и служебной информации. Для того, чтобы аппаратура стороннего производителя могла работать в системе, на стороне ТС с протоколом взаимодействует специальная программа - драйвер аппаратуры. Ее задачей является преобразование унифицированных команд протокола в последовательность команд, воспринимаемых конкретным экземпляром аппаратуры. В протоколе широко используется возможность добавления дополнительных команд, без изменения уже имеющихся операций и обрабатывающих их программных модулей. То есть, если требуется использовать каких-либо полезные свойства новой аппаратуры, то в протокол добавляются дополнительные структуры, которые игнорируются драйверами «старой» аппаратуры, уже имеющейся в системе.

В автоматизированной системе предусмотрена возможность интеграции с внешними информационными системами. Обмен осуществляется на основе XML-документов с использованием web-сервисов, HTTP или SOAP. Возможно использование FTP протокола. Ниже проиллюстрирован пример обмена информацией с внешней системой управления использованием радиочастотного спектра.


Взаимодействие между АСР и системой управления использованием спектра

Взаимодействие между АСР и системой управления использованием спектра

В автоматизированной системе реализованы многозадачные плановый и оперативный режимы работы с оборудованием, ниже дан перечень некоторых из них:

  • контроль параметров сигналов;
  • измерение параметров излучений;
  • сопоставление заявленных и измеренных характеристик ИРИ;
  • поиск источников помех и несанкционированных излучений;
  • локализация ИРИ на местности и в помещениях;
  • измерение загруженности радиочастотного спектра;
  • технический контроль аналогового и цифрового радиовещания и телевидения, а также сотовых и беспроводных систем телекоммуникаций.

В плановом режиме ТС, находящиеся на узлах системы, функционируют автоматически по заданиям в соответствии с заранее составленным расписанием. Постановка заданий возможна с любого АРМ системы, а очередность их выполнения определяется приоритетами поставивших задание операторов. Результаты выполнения сохраняются в БД сервера управления узла, его выполнившего, и передаются в БД узла, его поставившего. В случае пропадания каналов связи с вышестоящим узлом выполнение планового задания продолжается. Его выполнением управляет локальный сервер, находящийся на узле. При возобновлении связи результаты передаются на узел, который поставил задание, а при соответствующих настройках и выше.

В плановом режиме обеспечивается возможность управления одним оператором с одного АРМ большим парком разнотипных технических средств. Автоматическое выполнение задач позволяет максимально полно использовать оборудование радиоконтроля, в том числе реализовать выполнение фоновых задач радиоконтроля – плановых задач с низким приоритетом, например, по оценке электромагнитной обстановки, поиску новых излучений, проверке соответствия излучений нормам и лицензиям, измерению занятости радиочастот и др.

Режим оперативного радиоконтроля предназначен для непосредственного интерактивного управления одним или несколькими однотипными ТС с одного АРМ. Это делает возможным решать нестандартные, зачастую весьма сложные задачи радиоконтроля, требующие немедленного выполнения. Доступ к оборудованию узлов предоставляется в соответствии с приоритетами, назначенными операторам. Результаты работы оператора в оперативном режиме в любой момент могут быть сохранены в БД сервера управления узла, с которого производится управление техническими средствами, и отправлены на вышестоящих узел.

Для эффективного использования ТС радиоконтроля, повышения производительности труда операторов, автоматического выявления нарушений в использовании радиочастотного ресурса или появления несанкционированных ИРИ в АСР применяется событийный механизм радиоконтроля и мониторинга состояния системы. Событийный механизм позволяет обеспечить автоматизацию решения задач радиоконтроля в круглосуточном режиме, отвлекая внимание оператора только в случае появления результата работы событийного механизма - появления события. В большинстве случаев на оператора возлагаются лишь функции принятия решений, функции реакции на возникшие события. Это позволяет использовать риск-ориентированный подход как к решению задач радиоконтроля, так и обеспечению работоспособности АСР. Событийный механизм используется при контроле состояния аппаратуры и инфраструктуры системы. События генерируются при появлении неисправностей, пропаданиях канала связи или напряжения питания, срабатывании системы охранной сигнализации и т.д.

События, генерируемые в системе, разделяются на два вида: радиоконтрольные события и технические события. Радиоконтрольные события формируются в ходе выполнения плановых задач радиоконтроля, в которых производится сравнение текущих измеренных параметров наблюдаемых радиоизлучений и совокупности заранее формализованных «масочных» признаков штатного состояния объектов. В качестве таких признаков выступают уровни и формы сигналов, нормы и лицензии на параметры модуляции (включая ширину спектра и центральную частоту), идентификаторы ИРИ (например, идентификаторы легитимных базовых станций систем телекоммуникаций), координаты ИРИ на местности и другие признаки. События формируются в случае выхода радиоизлучений за пределы установленных «масок».

Технические события формируются в случае нештатного изменения состояния технических средств радиоконтроля или инженерно-технической инфраструктуры, срабатывания датчиков тревожной сигнализации в узлах системы, переключения между основным и резервным каналом связи, перехода на резервный источник питания, окончания сроков поверки измерительного средства и т.п. Все ТС радиоконтроля, а также компоненты сетевой инфраструктуры и серверы управления имеют встроенную систему диагностики состояния и параметров работы модулей и блоков. Передача сведений о состоянии аппаратуры осуществляется на основе SNMP протокола. В случае возникновения неисправностей генерируются соответствующие технические события.

Записи о событиях сохраняются в БД узлов системы, где они возникли, и, согласно установленным настройкам, передаются в заданные вышестоящие узлы для принятия решений. Помимо вывода сообщений на экран и отображения списка событий в интерфейсе программных приложений, событийная информация отображается на электронной карте местности или плане контролируемого объекта, автоматически отправляется по электронной почте, а также в виде SMS-сообщений.

В настоящее время наиболее известными системами, поставляемыми компанией, являются автоматизированные системы радиоконтроля АРМАДА и АРЕАЛ. Также здесь следует упомянуть АСУ РЧС «Универсиада 2013» - автоматизированную систему, поставленную компанией ИРКОС, которая обеспечивала автоматизированное управление использованием радиочастотного спектра во время проведения крупного международного спортивного мероприятия - XXVII Всемирной летней универсиады.

Автоматизированная система АРМАДА применяется для радиоконтроля на местности, в том числе для обнаружения, пеленгования, локализации и идентификации источников радиоизлучения (ИРИ), измерения технических параметров излучений, сравнения их с нормами и лицензиями. Система предоставляет информацию о фактическом использовании частот, обеспечивает технический анализ новых видов радиосигналов. Автоматизированная система АРЕАЛ – используется для выявления технических каналов утечки информации, поиска и технического анализа несанкционированных радиоизлучений, локализации их источников на охраняемых территориях и в помещениях.


Двухуровневая структура системы АРЕАЛ

Двухуровневая структура системы АРЕАЛ

АСР АРМАДА, предназначенная для использования на национальном уровне, как правило, имеет три или четыре уровня управления. Типовой структурой автоматизированной системы АРЕАЛ является двухуровневая схема, в которой узлы системы, каждый из которых обслуживает свой объект или прилегающую территорию, управляются из единого пункта управления.

Помимо общих свойств, присущих всем системам от компании ИРКОС, у систем АРМАДА и АРЕАЛ имеются некоторые различия, обусловленные особенностями их применения:

  • АСР АРМАДА предназначена для работы на местности и ее зона действия распространяется на значительную площадь, возможен охват территории страны в целом. АСР АРЕАЛ предназначена для работы на ограниченных территориях и внутри объектов.
  • АСР АРМАДА осуществляет обнаружение, идентификацию и определение местоположения источников радиоизлучения, не имеющих лицензий на использование, и источников преднамеренных и непреднамеренных помех, мешающих работе легальных радиосредств. К основным функциям АСР АРЕАЛ относится, прежде всего, обнаружение, идентификация и определение местоположения несанкционированных источников радиоизлучения.
  • Необходимой функцией АСР АРМАДА при использовании ее в интересах радиочастотной службы (национального регулятора) является измерение параметров излучения источников радиосигналов, определение их местоположения с целью проверки соответствия выданным лицензиям и действующим нормам. Перед АСР АРЕАЛ подобных задач не ставится.

На главную