ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

для студентов-заочников 5 курса

(специальность 210200)

Москва 2005

План УМД 2006/2007 уч. г.

Методические указания и контрольные задания

по курсу

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

Составитель: Л.Н. Костерова, старший преподаватель

Излагаются методические указания по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления». Даны задания на контрольную работу, методические указания по ее выполнению и список рекомендованной литературы.

Ил. 6, табл. 3, список лит. – 4 назв.

Утверждено на заседании кафедры АИТСС 06 декабря 2005 г. Протокол № 4.

Рецензент: Мамзелев И.А., доктор технических наук, профессор.

Дисциплина «Интегрированные системы проектирования и управления» изучается студентами-заочниками специальности 210200 на 10 семестре 5 курса. До приезда на лекционно-экзаменационную сессию студент должен с помощью настоящих методических указаний и рекомендованной литературы выполнить контрольную работу и направить ее на проверку в МТУСИ. По окончании курса студенты-заочники сдают экзамен.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Гордиенко В.Н., Запорощенко Е.К, Современные высокоскоростные цифровые телекоммуникационные системы. Часть 7. Основы построения сетей управления телекоммуникациями (TMN). Учебное пособие – М.: МТУСИ, 2003

Дополнительная

1. Гребешков А.Ю. Стандарты и технологии управления сетями связи. – М.: Эко-Трендз, 2003.

2. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А. Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд изнутри. – М.: PTСофт, 2004

3. Построение систем управления сетями связи операторов ВСС РФ. Руководящий документ. – М.: Минсвязи России, 2001.

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ»

1.1. SCADA-системы

Современная АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.

Непрерывную во времени картину развития АСУТП можно разделить на три этапа, обусловленные появлением качественно новых научных идей и

технических средств. В ходе истории меняется характер объектов и методов управления, средств автоматизации и других компонентов, составляющих содержание современной системы управления.

Первый этап отражает внедрение систем автоматического регулирования (САР). Объектами управления на этом этапе являются отдельные параметры, установки, агрегаты; решение задач стабилизации, программного управления, слежения переходит от человека к САР. У человека появляются функции расчета задания и параметры настройки регуляторов.

Второй этап - автоматизация технологических процессов. Объектом управления становится рассредоточенная в пространстве система; с помощью систем автоматического управления (САУ) реализуются все более сложные законы управления, решаются задачи оптимального и адаптивного управления, проводится идентификация объекта и состояний системы. Характерной особенностью этого этапа является внедрение систем телемеханики в управление технологическими процессами. Человек все больше отдаляется от объекта управления, между объектом и диспетчером выстраивается целый ряд измерительных систем, исполнительных механизмов, средств телемеханики, мнемосхем и других средств отображения информации (СОИ).

Третий этап - автоматизированные системы управления технологическими процессами - характеризуется внедрением в управление технологическими процессами вычислительной техники. Вначале - применение микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления вычислительных систем; затем активное развитие человеко-машинных систем управления, инженерной психологии, методов и моделей исследования операций и, наконец, диспетчерское управление на основе использования автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов.

От этапа к этапу менялись и функции человека (оператора/диспетчера), призванного обеспечить регламентное функционирование технологического процесса. Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.

Основным необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, т. е. процессы сбора, передачи, обработки, отображения, представления информации. От диспетчера уже требуется не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления им, но и опыт работы в информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с ЭВМ) в нештатных и аварийных ситуациях и многое другое. Диспетчер становится главным действующим лицом в управлении технологическим процессом.

Концепция SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

Дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI), предоставляемого SCADA - системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность «рычагов» управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т. д. - повышает эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к нулю его критические ошибки при управлении.

Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка систем управления, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сократить сроки разработки проектов по автоматизации и прямые финансовые затраты на их разработку.

Большое значение при внедрении современных систем диспетчерского управления имеет решение следующих задач:

- выбора SCADA-системы (исходя из требований и особенностей технологического процесса);

- кадрового сопровождения.

Выбор SCADA-системы представляет собой задачу, аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности.

Подготовка специалистов по разработке и эксплуатации систем управления на базе программного обеспечения SCADA осуществляется на специализированных курсах различных фирм, курсах повышения квалификации.

1.1.1. Компоненты систем контроля и управления и их назначение

Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления (СКУ) для большого спектра областей применения позволяют выделить обобщенную схему их реализации, представленную на рис.1.

Рис.1. Обобщенная схема автоматизированной системы контроля и управления

Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно-аппаратной платформой.

Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC - Programming Logical Controoller), которые могут выполнять следующие функции:

- сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;

- управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;

- решение задач автоматического логического управления и др.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события.

Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с операционными системами реального времени (ОСРВ). Контроллеры под управлением ОСРВ функционируют в режиме жесткого реального времени.

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня. В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции, например:

- сбор данных с локальных контроллеров;

- обработка данных, включая масштабирование;

- поддержание единого времени в системе;

- синхронизация работы подсистем;

- организация архивов по выбранным параметрам;

- обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;

- работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

- резервирование каналов передачи данных и др.

Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т. д. Часто в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций. Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA - системы. SCADА - это специализированное программное обеспечение, ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также коммуникацию с внешним миром.

Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления и реализован практически во всех пакетах:

- автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;

- средства исполнения прикладных программ;

- сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;

- обработка первичной информации;

- регистрация сигналов о неисправностях (алармы) и исторических данных;

- хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);

- визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;

- возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как «единое целое» («recipe» или «установки»).

Рассматривая обобщенную структуру систем управления, следует ввести и еще одно понятие - Micro-SCADA. Micro-SCADA - это системы, реализующие стандартные (базовые) функции, присущие SCADA - системам верхнего уровня, но ориентированные на решение задач автоматизации в определенной отрасли (узкоспециализированные). В противоположность им SCADA - системы верхнего уровня являются универсальными.

1.1.2. Разработка прикладного программного обеспечения СКУ: выбор пути и инструментария

Приступая к разработке специализированного прикладного программного обеспечения (ППО) для создания системы контроля и управления, системный интегратор или конечный пользователь обычно выбирает один из следующих путей:

- Программирование с использованием «традиционных» средств (традиционные языки программирования, стандартные средства отладки и пр.)

- Использование существующих, готовых - COTS (Commercial Of The Shelf) - инструментальных проблемно-ориентированных средств.

Далее необходимо «определиться» с инструментальными средствами разработки ППО. Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную поиску оптимального решения в условиях многокритериальности. Ниже приводится примерный перечень критериев оценки SCADA - систем, которые в первую очередь должны интересовать пользователя. В нем можно выделить три большие группы показателей:

- технические характеристики: операционная система, компьютерная платформа, средства сетевой поддержки, встроенные командные языки, поддерживаемые базы данных, графические возможности;

- стоимостные характеристики: стоимость программно-аппаратной платформы; стоимость системы; стоимость освоения системы, стоимость сопровождения;

- эксплуатационные характеристики: удобство интерфейса среды разработки, качество документации, поддержка со стороны создателей.

1.1.3. Открытость систем

Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней «внешние», независимо разработанные компоненты.

Разработка собственных программных модулей. Перед фирмами-разработчиками систем автоматизации часто встает вопрос о создании собственных (не предусмотренных в рамках систем SCADA) программных модулей и включение их в создаваемую систему автоматизации. Поэтому вопрос об открытости системы является важной характеристикой SCADA-систем. Фактически открытость системы означает доступность спецификаций системных (в смысле SCADA) вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д.

Драйверы ввода-вывода.Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода-вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли только спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном комплекте, или для создания драйверов необходимы специальные пакеты, или разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика.

1.1.4. Разработка системы контроля и управления

После выбора конкретной SCADA-системы начинается разработка системы контроля и управления, которая включает следующие этапы:

- Разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации.

- Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов с «горячим резервированием».

- Создание прикладной системы управления для каждого узла. На этом этапе специалист в области автоматизируемых процессов наполняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации.

- Приведение в соответствие параметров прикладной системы с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например, PLC) с внешним миром (датчики технологических параметров, исполнительные устройства и др.)

- Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции.

1.2. Концепция TMN

В настоящее время вопросами стандартизации телекоммуникационных сетей занимаются несколько международных организаций. Однако наибольшую известность получила деятельность двух из них - Телекоммуникационного форума управления (TM Forum) и Международного союза электросвязи – МСЭ-Т (ITU-T).

Термин Telecommunication Management Network (TMN) введен МСЭ-Т с 1992 года и означает «сеть управления электросвязью». TMN - это самостоятельная сеть для управления функционированием сетей связи. Для организации взаимодействия с сетями связи TMN использует один или несколько интерфейсов. Она может являться логической частью сети связи или быть физически независимой, т. е. представлять собой отдельную сеть (рис.2).

Рис.2. TMN и сеть связи

Общие положения концепции TMN изложены в Рекомендации МСЭ-Т М.3010. Концепция TMN основана на базовых принципах управления открытыми системами.

Рекомендации МСЭ-Т М.3010 представляет несколько видов архитектуры управления с позиции различных уровней описания концепции TMN:

- функциональная архитектура TMN, которая описывает ряд функций управления;

- физическая архитектура TMN, которая определяет, как и какими средствами функции управления могут быть реализованы на вычислительном и ином оборудовании;

- информационная архитектура TMN, которая описывает понятия TMN на основе стандартов управления взаимодействия открытых систем в рамках объектно-ориентированного подхода;

- логическая многоуровневая архитектура TMN, которая показывает как управление сетью может быть структурировано в соответствии с различными потребностями администрации связи.

1.2.1. Функциональная архитектура TMN

Функциональная архитектура TMN описывается посредством функциональных блоков. Основными из них являются функциональные блоки:

- элемента сети NEF (Network Element Function). NEF является моделью произвольного элемента сети, подлежащего управлению;

- операционной системы OSF (Operations System Function). OSF обеспечивает выполнение функций TMN по обработке, хранению и поиску управляющей информации;

- рабочей станции WSF (Work Station Function). WSF организует человеко-машинный интерфейс между системой управления и человеком-оператором;

- медиатора (промежуточного устройства сопряжения) MF (Mediation Function). MF обрабатывает информацию, проходящую между NEF и OSF, и может осуществлять промежуточную обработку и хранение данных, преобразование протоколов и т.п.;

- Q-адаптера QAF (Q-Adapter Function). QAF предназначены для взаимодействия с сетевыми элементами или операционными системами, имеющими непредусмотренные в TMN интерфейсы.

OSF и WSF формируют ядро TMN. Между функциональными блоками определены опорные точки различных типов, важнейшими из которых являются q, f и x. Опорная точка типа q3 - между OSF смежных уровней и между OSF и MF, NEF или QAF; типа qx - между двумя MF и между MF и NEF или QAF; типа f - между WSF и OSF или MF; типа x - между OSF, принадлежащим различным системам (рис. 3).

Рис.3. Опорные точки и функциональные блоки TMN

Кроме того, в документации по TMN упоминаются опорные точки двух дополнительных типов — g и m. Они обеспечивают взаимодействие сетевых ресурсов, не соответствующих стандарту TMN, с функциональными блоками WSF и QAF соответственно, поэтому в стандартах TMN охарактеризованы лишь частично.

Возможные взаимодействия между разными функциональными блоками показаны в табл. 1.

Таблица 1

	NEF	OSF	MF	QAFq3	QAFqx	WSF	Не-TMN
NEF		q3	qx
OSF	q3	x*, q3	q3	q3		f
MF	qx	q3	qx		qx	f
QAFq3		q3					m
QAFqx			qx				m
WSF		f	f				g**
Не-TMN				m	m	g**

Примечания.

* Точка x используется лишь тогда, когда блоки OSF принадлежат к разным сетям TMN.
** Точка g находится между WSF и пользователем

1.2.2. Физическая архитектура TMN

Физическая архитектура соответствует уровню абстракции, который расположен непосредственно под функциональным уровнем. Она проецирует функциональные блоки TMN на сетевые устройства, именуемые физическими блоками или физическими компонентами, а опорные точки — на физические интерфейсы (рис. 4). В спецификациях TMN опорные точки обозначаются строчными буквами, а интерфейсы — прописными (возможно, с индексами).

Рис. 4. Физическая архитектура TMN

Физической архитектурой TMN предусмотрены шесть типов физических блоков:

- элемент сети (сетевой элемент) (NE) выполняет функции NEF, а также (опционально) OSF, QAF, MF и WSF. Элементы сети контролируются и/или управляются АСУ и представляют собой аппаратуру электросвязи;

- медиатор (MD) является промежуточным звеном между интерфейсами, соответствующими информационной модели OSF, и локальными интерфейсами TMN. Опционально оно может выполнять функции QAF, OSF и WSF;

- Q-адаптер (QA) осуществляет функции посредника на границе сети TMN (а не внутри нее, как MD) и служат для преобразования нестандартизованных интерфейсов в стандартизованные;

- операционная система (OS) отвечает за функции групп OSF и, в необязательном порядке, MF, WSF и QAF. Предназначена для обработки сообщений, относящихся к управлению сетями электросвязи, а также для выполнения и/или управления реализацией различных функций управления сетями электросвязи;

- рабочая станция (WS) обеспечивает средства для установления взаимодействий между вышеперечисленными устройствами и пользователями;

- сеть передачи данных (DCN). Физической архитектуры DCN не поставлен в соответствие ни один функциональный блок. DCN играет роль транспортной сети, по которой другие блоки обмениваются управляющей информацией, и охватывает три нижних уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем (OSI).

Допустимые соответствия между физическими блоками и реализуемыми ими функциями TMN иллюстрирует табл. 2.

Таблица 2

	NEF	MF	QAF	OSF	WSF
NE	О	В	В	В	В*
MD	-	О	В	В	В
QA	-	-	О	-	-
OS	-	В	В	О	В
WS	-	-	-	-	О
DCN	-	-	-	-	-

Примечания.

О - обязательно,

В - возможно (опционально).

* Только при наличии функционального блока OSF или MF.

Интерфейсы можно рассматривать в качестве реализаций опорных точек. На практике они представляют собой не что иное, как стеки протоколов, отвечающих за те или иные услуги.

Интерфейс F служит для связи рабочих станций с операционными системами и медиаторами.

Интерфейс Х предназначен для взаимодействия между операционными системами различных систем TMN, которое осуществляется через сеть передачи данных.

Интерфейсы Q обеспечивают взаимодействие сетевых элементов, операционных систем, медиаторов и Q-адаптеров через сеть передачи данных. Интерфейс Q3, играющий центральную роль в TMN, служит для стыка с сетью передачи данных операционных систем, медиаторов, Q-адаптеров и сетевых элементов со встроенными функциями медиатора. Интерфейс Qx используются при подключении сетевых элементов и Q-адаптеров к медиатору.

1.2.3. Информационная архитектура TMN

Информационная архитектура TMN вводит характерные для модели OSI принципы управления, базирующиеся на объектно-ориентированном подходе. Информационный обмен описывается в терминах управляемых объектов, рассматриваемых как некоторые ресурсы, над которыми осуществляется управление, или которые служат для поддержки определенных функций по управлению. Таким образом, управляемый объект является абстракцией такого ресурса, отображающей его свойства с точки зрения управления. Управляемый объект может представлять также отношение между ресурсами или комбинацию ресурсов (например, сеть). Каждый управляемый объект принадлежит некоторому классу объектов, который может быть подклассом другого класса. Подкласс наследует все свойства класса, из которого он выделен, и уточняет определение класса добавлением новых свойств к тем, которые положены в основу выделения вышестоящего класса. Различные классы могут быть представлены в виде дерева, показывающего иерархию наследуемых свойств. Например, класс аппаратуры систем передачи разделяется на подклассы аналоговых и цифровых систем; цифровые могут делиться на плезиохронные и синхронные и т.д. Управляемый объект характеризуется:

- атрибутами;

- операциями управления, которые могут быть к нему применены;

- уведомлениями, которые им генерируются;

- поведением, являющимся реакцией на команды управления или на другие воздействия.

Для управления объектами предложена структура «менеджер-агент» (рис 5). Менеджер представляет собой часть распределенного процесса, которая направляет команды на выполнение операций управления и получает уведомления. Агент - это часть процесса, которая непосредственно управляет соответствующими управляемыми объектами. Он «несет ответственность» за выполнение команд, направляемых ему менеджером, и за информирование менеджера о поведении подведомственных объектов, посылая уведомления.

Рис.5. Взаимодействие менеджера и агента

Между менеджерами и агентами может осуществляться взаимодействие по принципу «многие со многими» в том смысле, что один менеджер может участвовать в обмене информации с несколькими агентами, и один агент - с несколькими менеджерами. Весь информационный обмен по управлению между менеджером и агентом выражается в виде согласованного набора команд управления и уведомлений. Способ же взаимодействия агентов с ресурсами на местах не является предметом стандартизации.

Информационная модель TMN допускает отсутствие между телекоммуникационными ресурсами и управляемыми объектами взаимно однозначного соответствия, представление одного ресурса несколькими объектами, введение дополнительных объектов (так называемых объектов поддержки) для отображения логических ресурсов, а также вложение управляемых объектов друг в друга.

1.2.4. Логическая многоуровневая архитектура TMN

Так как одни и те же административные функции могут быть реализованы на разных уровнях абстракции, позволяет определить логическую многоуровневую архитектуру (Logical Layered Architecture, LLA). Фактически, архитектура LLA (называемая иногда TMN-пирамидой, рис.6) отражает иерархию ответственности за выполнение административных задач.

Рис.6. TMN-пирамида

В настоящее время архитектурой LLA предусмотрены пять уровней управления.

Уровень сетевых элементов (Network Element Layer, NEL) играет роль интерфейса между, как правило, патентованной базой данных со служебной информацией (MIB), находящейся на отдельном устройстве, и инфраструктурой TMN. К нему относятся Q-адаптеры и собственно сетевые элементы.

Уровень управления элементами сети (Element Management Layer, EML) соответствует системам поддержки операций, контролирующим работу групп сетевых элементов. На этом уровне реализуются управляющие функции, которые специфичны для оборудования конкретного производителя, и эта специфика маскируется от вышележащих уровней. Данный уровень включает в себя посреднические устройства (хотя физически они могут принадлежать и к более высоким уровням), взаимодействующие с OS через интерфейс Q3.

Уровень управления сетью (Network Management Layer, NML) формирует представление сети в целом, базируясь на данных об отдельных сетевых элементах, которые передаются системами поддержки операций предыдущего уровня через интерфейс Q3 и не привязаны к особенностям продукции той или иной фирмы.

Уровень управления услугами (Service Management Layer, SML) охватывает те аспекты функционирования сети, с которыми непосредственно сталкиваются пользователи. В соответствии с общими принципами LLA на этом уровне используются сведения, поступившие с уровня NML, но непосредственное управление маршрутизаторами, коммутаторами, соединениями и т.п. здесь уже невозможно.

Уровень управления бизнесом (Business Management Layer, BML) рассматривает сеть связи с позиций общих бизнес-целей компании-оператора. Он относится к стратегическому и тактическому управлению, а не к оперативному, как остальные уровни LLA. Здесь речь идет о проектировании сети и планировании ее развития с учетом бизнес-задач, о составлении бюджетов, организации внешних контактов и т.п.

Таким образом, уровни LLA задают функциональную иерархию процедур управления сетью без физической сегментации административного программного обеспечения. Причина появления этой иерархии — в необходимости логического отделения функций управления отдельными сетевыми элементами от функций, относящихся к их группам и сетевым соединениям. Кроме того, иерархия LLA позволяет использовать открытые стандартные интерфейсы для организации взаимодействия между разными уровнями.

1.2.5. Функции управления

Все функции, связанные с управлением, можно разбить на две части: общие и прикладные. Общие функции обеспечивают поддержку прикладных и включают, например, перемещение информации между элементами сети связи и системы управления, хранение информации, ее отображение, сортировку, поиск и т.п. Прикладные функции разделяются на пять категорий:

- управление конфигурацией;

- управление качеством передачи

- управление устранением неисправностей;

- управление расчетами;

- управление безопасностью.

Управление конфигурацией обеспечивает инвентаризацию сетевых элементов (их типы, местонахождение, идентификаторы и т.п.); включение элементов в работу, их конфигурирование и вывод из работы; установление и изменение физических соединений между элементами.

Управление качеством передачи имеет целью контроль и поддержание на требуемом уровне основных характеристик сети. Оно включает сбор, обработку, регистрацию, хранение и отображение статистических данных о работе сети и ее элементов; выявление тенденций в их поведении и предупреждение о возможных нарушениях в работе.

Управление устранением неисправностей обеспечивает возможности обнаружения, определения местоположения неисправностей в сети, их регистрацию; доведение соответствующей информации до обслуживающего персонала; выдачу рекомендаций по устранению неисправностей.

Управление расчетами осуществляет контроль за степенью использования сетевых ресурсов и поддерживает функции по начислению оплаты за это использование.

Управление безопасностью необходимо для защиты сети от несанкционированного доступа. Оно может включать ограничение доступа посредством паролей, выдачу сигналов тревоги при попытках несанкционированного доступа, отключение нежелательных пользователей, или даже криптографическую защиту информации.

1.2.6. Прикладные функции АСУ и уровни управления

АСУ уровня управления элементами сети выполняют следующие функции.

В области управления устранением неисправностей:

- предоставление оперативной информации о неисправностях и изменении состояния управляемых элементов сети в реальном масштабе времени;

- ведение подробного журнала регистрации неисправностей с возможностью вывода всей доступной оператору информации на печать и ее сохранения на магнитном носителе;

- фильтрация и корреляция сигналов неисправностей;

- возможность восстановления соответствия между собственной базой данных и реальными состояниями управляемых элементов сети, а также активными сигналами неисправностей.

В области управления конфигурацией:

- установка параметров элементов сети;

- получение конфигурационной информации о новом элементе сети, синхронизация баз данных элемента сети и базы данных АСУ;

- модификация параметров мультиплексных секций аппаратуры СЦИ и параметров резервирования мультиплексных секций, создание/удаление/модификация оперативных переключении, конфигурация и модификация полезной нагрузки структуры STM;

- сбор идентификационной информации о элементах сети (место расположения, тип и серийный номер);

- накопление и упорядочивание информации о конфигурации;

- синхронизация показаний часов всех элементов сети.

В области управления качеством передачи:

- активация/деактивация измерения показателей качества на элементах сети и мультиплексных секциях, периодический сбор данных по показателям качества с элементов сети в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т G.821, G.826, G.784, 1.751, М.2100, М.2101, М.2120;

- проведение измерений параметров оборудования;

- ведение подробного журнала регистрации показателей качества в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т G.821, G.826, G.784, I.751, М.2100, М.2101, М.2120 с возможностью вывода всей доступной оператору информации на печать и сохранения на магнитном носителе.

В области управления безопасностью:

- многоуровневая авторизация доступа. Должна иметься возможность изменения всех паролей и доступа ко всем ресурсам системы управления и операционной среды. Должен вестись журнал регистрации доступа, в котором наряду с указанием идентификационного имени оператора и времени доступа, фиксировались бы основные его действия, например выполнение команд на переконфигурацию элементов сети.

Поддержка интерфейса к АСУ уровня управления сетью.

АСУ уровня управления сетью выполняют следующие функции.

В области управления устранением неисправностей:

- предоставление оперативной информации о неисправностях и изменении состояния управляемой сети в реальном масштабе времени;

- фильтрация и корреляция сигналов неисправностей с целью разграничения первичной и сопровождающих аварий;

- возможность восстановления соответствия между собственной базой данных и реальным состоянием управляемой сети, а также активными сигналами неисправностей;

- ведение журнала регистрации неисправностей с возможностью вывода всей доступной оператору информации на печать и ее сохранения на магнитном носителе.

В области управления конфигурацией:

- создание/модификация карты управляемой сети;

- сборка/разборка трактов VC12/VC3/VC4 из конца в конец сетевой структуры СЦИ;

- автоматическое создание трактов VC12/VC3/VC4 по заданным критериям (минимальное расстояние, прохождение тракта через определенные точки, прохождение тракта по линиям с минимальной нагрузкой и т.д.);

- создание/удаление трактов VC12/VC3/VC4 по расписанию;

- создание/модификация маршрута для резервных трактов;

- получение конфигурационной информации о новой сети (подсети), синхронизация баз данных системы управления сетью и систем управления сетевыми элементами;

- накопление и упорядочивание информации о конфигурации.

В области управления качеством передачи:

- активация/деактивация измерения показателей качества на сети (подсети), периодический сбор данных по показателям качества трактов в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т G.821, G.826, G.784, I.751, М.2100, М.2101, М.2120;

- ведение подробного журнала регистрации показателей качества в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т G.821, G.826, G.784, 1.751, М.2100, М.2101, М.2120 с возможностью вывода всей доступной оператору информации на печать и сохранения на магнитном носителе;

В области управления безопасностью:

- многоуровневая авторизация доступа. Должна иметься возможность изменения всех паролей и доступа ко всем ресурсам системы управления и операционной среды.

Обеспечение взаимодействия с операционными системами АСУ уровня управления элементами сети и АСУ уровня управления услугами (при ее наличии).

АСУ уровня управления услугамивыполняют следующие функции:

- взаимодействие с заказчиками услуг (предоставление/прекращение услуги);

- взаимодействие с поставщиками услуг (операторами);

- обеспечение взаимодействия между услугами;

- обеспечение качества обслуживания, т.е. составление статистических отчетов о неисправностях и т.п.;

- обеспечение взаимодействия с уровнями управления сетью и бизнесом (при наличии).

АСУ уровня управления бизнесавыполняют следующие функции.

- обеспечение управления общей экономической деятельностью для осуществления оптимальных инвестиций;

- обеспечение управления по использованию новых ресурсов сети, включая соглашения между операторами;

- обеспечение управления бюджетом эксплуатации, включая обработку и ведение обобщенных данных о полном доходе;

- обеспечение снабжения и требований технического персонала;

- обеспечение взаимодействия с уровнем управления услугами.

2. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ

Общие указания

Контрольную работу оформляют в обычной ученической тетради в клетку. Указывают дату начала сессии. Страницы текста и рисунки нумеруют. Текст пишут разборчиво на одной стороне листа. Все исправления и дополнения, сделанные по требованию рецензента, выносят на чистую сторону листа в том месте, где обнаружены ошибки или заданы вопросы. В конце работы приводят список литературы. Студент подписывает работу с указанием даты.

Исходные данные берут из табл. 3. Номер варианта определяют по предпоследней и последней цифрам номера студенческого билета, исходные данные получают из продолжений соответствующих строки и столбца. Текст каждого задания вместе с номером варианта и исходными данными приводят в контрольной работе на отдельной странице.

Контрольные работы, выполненные без соблюдения перечисленных требований, возвращаются для доработки.

Проверенную контрольную работу предъявляют на экзамене, где происходит её защита. Для успешной защиты необходимо:

- внести исправления по замечаниям рецензента, ответить (письменно или устно, в зависимости от требования рецензента) на поставленные вопросы;

- уметь полностью объяснить ход выполнения заданий, определения входящих в них понятий;

- понимать смысл полученных результатов.

Задание 1

Укажите сходства и различия в функциях нижнего и верхнего уровней двухуровневой автоматизированной системы контроля и управления.

Методические указания к выполнению задания 1

Уясните, какие аппаратно-программные средства используются на каждом из уровней, и какие функции они выполняют.

Задание 2

Укажите, что входит в состав группы показателей для оценки SCADA-системы в соответствии с табл.3.

Методические указания к выполнению задания 2

Перечислите в соответствии с номером варианта состав характеристик для оценки SCADA-системы. Постарайтесь привести примеры, поясняющие каждую составляющую группы характеристик, используя полученные ранее знания.

Задание 3

В чем заключается преимущество открытой системы?

Методические указания к выполнению задания 3

Уясните, чем характеризуется открытая система, и какие функции должны быть в ней реализованы.

Задание 4

Для определенного табл.3 физического блока TMN укажите выполняемые им функции, соответствующие ему функциональные блоки, реализуемые им опорные точки и физические интерфейсы.

Методические указания к выполнению задания 4

Уясните, что такое функциональная и физическая архитектуры TMN, как связаны между собой функциональные и физические блоки, опорные точки и интерфейсы, и выполните данное задание.

Задание 5

Заполните следующую сравнительную таблицу конкретными функциями управления, реализуемыми уровнем управления элементами сети и уровнем управления сетью.

Название функций управления	Уровень управления элементами сети	Уровень управления сетью
Управление конфигурацией
Управление качеством передачи
Управление устранением неисправностей
Управление расчетами
Управление безопасностью

Методические указания к выполнению задания 5

При заполнении таблицы указывайте общие функции и функции специфические для конкретного уровня. Сделайте вывод, чем отличается уровень управления сетью от уровня управления элементами сети.

Задание на контрольную работу

Таблица 3

Номер варианта – две последние цифры номера студенческого билета	Группы показателей (к заданию 2)	Физический блок (к заданию 4)
			Технические характеристики	Элемент сети
			Стоимостные характеристики	Медиатор
			Эксплуатационные характеристики	Q-адаптер
			Технические характеристики	Операционная система
			Стоимостные характеристики	Рабочая станция
			Эксплуатационные характеристики	Элемент сети
			Технические характеристики	Медиатор
			Стоимостные характеристики	Q-адаптер
			Эксплуатационные характеристики	Операционная система
			Технические характеристики	Рабочая станция

СОДЕРЖАНИЕ

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ»............................................................................................................................................ 4

1.1. SCADA-системы............................................................................................................................................................................. 4

1.1.1. Компоненты систем контроля и управления и их назначение................................................................................. 7

1.1.2. Разработка прикладного программного обеспечения СКУ: выбор пути и инструментария........................ 10

1.1.3. Открытость систем.............................................................................................................................................................. 10

1.1.4. Разработка системы контроля и управления.............................................................................................................. 11

1.2. Концепция TMN........................................................................................................................................................................... 12

1.2.1. Функциональная архитектура TMN.............................................................................................................................. 13

1.2.2. Физическая архитектура TMN........................................................................................................................................ 15

1.2.3. Информационная архитектура TMN............................................................................................................................. 17

1.2.4. Логическая многоуровневая архитектура TMN......................................................................................................... 19

1.2.5. Функции управления.......................................................................................................................................................... 21

1.2.6. Прикладные функции АСУ и уровни управления...................................................................................................... 22

2. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ................ 27

Общие указания................................................................................................................................................................................... 27

Задание 1............................................................................................................................................................................................... 28

Задание 2............................................................................................................................................................................................... 28

Задание 3............................................................................................................................................................................................... 28

Задание 4............................................................................................................................................................................................... 28

Задание 5............................................................................................................................................................................................... 29

Методические указания и контрольные задания

по курсу

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

для студентов-заочников 5 курса

(специальность 210200)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Подписано в печать . .2006 г. Формат 60´84/16.

Объём 2,0 усл. п. л. Тираж экз. Заказ

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

ООО “Инсвязьиздат”. Москва, ул. Авиамоторная, 8.