книги / Диагностические модели и методы повышения контролепригодности элементов и устройств распределенных информационно-управляющих систем на основе комбинирования логик

5.По полученной от СЭ информации формируется ответ.

6.Ответ в формате SNMP отправляется через модуль взаимодействия с менеджером.

Конфигурационные файлы. Для полноценной поддержки протокола SNMP необходимо разработать и реализовать в менеджере и шлюзе базу информации управления (MIB). База MIB разработана в соответствии со структурой информации управления (SMI) SNMP [184]. MIB мультиплексора TЛC-31 состоит из двух частей: первая часть является универсальной и содержит общую информацию о сетевом элементе, вторая часть описывает специфические параметры оборудования. Универсальная часть MIB реализована в соответствии с RFC-1156 и включает переменные групп system и interfaces. Специфические параметры MIB включают информацию о платах, установленных в блоке, и детальном состоянии портов (список сообщений о неисправностях, состояние шлейфов и т.п.).

Для исследования организации SNMP-мониторинга аппаратуры ТЛС-31 был выбран SNMP-менеджер SNMPc версии 5.0 разработки фирмы «Castle Rock» [203], который по возможностям и графическому интерфейсу схож с «фирменной» программой интегрированной системы управления и мониторинга КПО-01

[55].Получение обобщенной информации о сетевом элементе и состоянии его интерфейсов осуществляется с помощью запросов системных (имя агента, адрес и тип СЭ, контактная информация) и интерфейсных (тип и описание интерфейса, текущее аварийное состояние) переменных. Получение полной конфигурационной и аварийной информации выполняется с использованием опроса таблиц из специально разработанной MIB.

Модули взаимодействия с сетевыми элементами, входящие в состав шлюза, предоставляют информацию о конфигурации в виде файла формата XML. Далее шлюз выполняет анализ и преобразование этой информации в объекты управляющей информации SNMP. Файлы XML находятся в том же в каталоге, что и шлюз. Структура данных конфигурационной информации блока ТЛС-31 в формате XML приведена в приложении В.

Для данного типа оборудования разработан MIB-файл, его структура приведена в приложении В. Там же представлены алгоритм и пример конфигурирования менеджера системы управления SNMPc, а также подтверждены корректная интерпретация и индикация отработки основных аварийных ситуаций.

В результате апробации показано, что результаты мониторинга аварийных ситуаций и их отображение в менеджере SNMP аналогичны «фирменному» программному обеспечению КПО-01. Это означает, что разработанное программное обеспечение может быть использовано как основа для интеграции промышленного оборудования мультивендорной гетерогенной сети с «нестандартным» протоколом управления и системы управления и мониторинга верхнего уровня, работающей по стандартизированным протоколам управления. Это существенно улучшает показатели контролепригодности элементов системы управления, в ча-

101

стности, среднее время диагностирования, а также показатели диагностирования (продолжительность, полнота диагностирования и т.д.).

3.4.Выводы по главе

Вглаве приведено описание предложенных методов повышения контролепригодности элементов и структур РИУС.

1.Предложен и проанализирован общий подход к повышению контролепригодности элементов РИУС. Показаны основные направления реализации, предложены и проанализированы качественные и количественные оценки эффективности улучшения свойства контролепригодности у объектов диагностирования.

2.Предложено контролепригодное проектирование диагностической модели объекта контроля, которое позволяет учесть виды тестов и методы диагностирования. Указанный подход дает возможность повысить эффективность процедур диагностирования за счет рационального формирования групп тестов, а также повышения точности принятиярешения по результатам тестового диагностирования.

3.Разработаны, апробированы и внедрены рекомендации по повышению контролепригодности сетевых и управляющих элементов РИУС на этапах разработки, производства и эксплуатации. Для этого на примере промышленного оборудования и разработанной для него СУМ приведены примеры построения информационного обеспечения элементов и устройств, реализации контролепригодных структур для диагностирования объектов контроля разного уровня иерархии. Описан подход и приведен пример определения количественных оценок показателей контролепригодности в соответствии с требованиями ГОСТ.

4.Применение рекомендации по повышению контролепригодности управляющих элементов РИУС на этапе эксплуатации показано на примере организации многоуровневой СУМ элементов и устройств РИУС, в которой реализован режим распределенного управления и мониторинга с использованием механизма разделяемого многопользовательского доступа к ресурсам базы данных; приведены оценки показателей контролепригодности.

5.Для повышения показателей контролепригодности управляющих элементов систем управления на этапе разработки предложены и реализованы следующие практические инструменты (данные внедрения приведены в завершающей работу главе):

–интеграция программных модулей поддержки стандартных протоколов управления (на примере SNMP);

–разработка и включение в контролепригодную структуру системы управления универсального шлюза для мониторинга разнотипных сетевых элементов.

6.Предложен и реализован способ контролепригодной реконфигурации структуры систем управления на этапе внедрения и эксплуатации с использованием внешнего аппаратурно-программного преобразователя протоколов, приведены результаты практического внедрения.

102

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ И КОНТРОЛЯ УСТРОЙСТВ РЕАЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

Взавершающей главе настоящей работы приведены результаты практического внедрения предложенных моделей, методов и алгоритмов диагностирования и оценки состояния элементов и устройств РИУС. Предложенные алгоритмы

иструктуры использованы в информационном, программном и аппаратном обеспечении систем управления, контроля и диагностики элементов и устройств РИУС, на которых реализованы подсистемы сбора, передачи и распределения информации в составе различных технологических систем.

4.1.Системы управления, мониторинга и диагностики устройств РИУС

Вданном разделе рассматриваются вопросы реализации управления, контроля и диагностирования цифровых функциональных модулей в составе аппаратуры элементов и устройств РИУС на этапах изготовления и эксплуатации [65].

Внастоящее время вопросы диагностирования сложной электронной аппаратуры на этапах изготовления и эксплуатации являются не менее важными, чем вопросы разработки, изготовления и эксплуатации самого оборудования. Это объясняется тем, что постоянно происходит усложнение аппаратуры как с функциональной, так и с технической точки зрения, что значительно усложняет контроль ее состояния. С этим связано повышение стоимостных и временных затрат на процедуру диагностики и приближение указанных показателей к рабочим характеристикам современных элементов и устройств РИУС.

Процесс технической диагностики может быть проведен на различных этапах существования аппаратуры. На этапе изготовления проверяется правильность функционирования элементов устройства (без функциональной верификации проекта). На этапе эксплуатации производится контроль технического состояния проверяемого устройства в составе аппаратуры (например, модуля на печатной плате, печатной платы в блоке и т.д.). Методы диагностирования включают в себя синтез проверяющих тестов по диагностической модели элемента системы управления, а также способы размещения тестов в контролепригодной структуре, подачи, съема, промежуточного хранения и анализа реакции на тест.

Диагностика технического состояния функциональных узлов и связей между ними является одной из составляющих технологического процесса производства

иналадки современной аппаратуры. Указанные функции выполняют автоматизированные системы технического диагностирования (АСТД). На этапе эксплуатации или при регламентных работах для проверки каждого функционального узла (платы, блока, изделия, узла сети) некоторые функции АСТД интегрируются в систему управления и мониторинга (СУМ). Такая система наряду с функциональ-

103

ным контролем рабочих характеристик и параметров позволяет производить тестовое диагностирование выбранных устройств [20].

Для проверки элементов и устройств РИУС, построенных на коммуникационном оборудовании производства ПАО «Морион» и ОАО «Такт» (г. Пермь), на этапах разработки и производства АСТД реализована в виде технологического тестера КПО-31. Часть ее функций интегрирована в информационное и программное обеспечение управляющего элемента СУМ КПО-01 для решения задач контроля и диагностики на этапе эксплуатации. Далее рассмотрим применение указанного инструментария на этапах жизненного цикла аппаратуры.

4.1.1. Реализация диагностирования в процессе производства устройств систем управления

Для проверки коммуникационного оборудования на этапе изготовления на базе КПО-31 был спроектирован и реализован отладочный комплекс проверки элементов системы управления аппаратуры (специализированных модулей в составе печатных плат, печатных плат в составе блока, блоков в составе изделия). Применялось функциональное и тестовое диагностирование, в процессе тестового диагностирования использовались синтезируемые по предлагаемым в работе методам проверяющие тесты, а также алгоритмы построения контролепригодных структур для повышения эффективности диагностирования. Для проверок правильности функционирования блоков в составе сетевой структурыиспользуется менеджер КПО-01.

Основные функции технологического тестера КПО-31 (рис. 4.1), сформулированные в соответствии с функциональной диагностической моделью объекта контроля, введенной в главе 2:

Рис. 4.1. Вид главного окна КПО-31

104

–управление конфигурацией (настройка параметров, подготовка и загрузка шаблонов, обновление программного обеспечения модулей и т.д.);

–управление неисправностями (контроль неисправностей модулей аппаратуры, загрузка диагностических тестов и анализ результатов тестирования, ведение отчетов и т.д.);

–управление безопасностью (контроль доступа к оборудованию, разграничение доступа к ресурсам, протоколирование операций и т.д.).

Применение разработанного программного инструментария КПО-31 позволило улучшить показатели контролепригодности: увеличить коэффициент безразборного диагностирования и уменьшить среднее время диагностирования.

На этапе эксплуатации технологической тестер применяется в качестве менеджера сетевого элемента самостоятельно или как внешнее приложение, запускаемое из единой системы мониторинга и администрирования, которая осуществляет управление и контроль всех элементов РИУС.

Интегрированная система управления и мониторинга КПО-01 выполняет задачи управления, контроля и диагностики всего спектра оборудования, выпускаемого ПАО «Морион» и ОАО «Такт». Ее функции формулируются для управления

иконтроля объектов, описываемых предложенной в главе 2 диагностической моделью:

–управление конфигурацией (ведение карты сети, базы данных оборудования, базы данных с описанием неисправностей для аппаратуры всех типов (MIB), запуск внешних приложений – конфигураторов (менеджеров) сетевых элементов

ит.д.);

–управление неисправностями (контроль неисправностей в разных форматах: циклический опрос, асинхронный запрос, спорадические сообщения (trap), детализация перечня неисправностей с помощью углубленной диагностики, тестирование и т.п.);

–управление доступом (организация локального и удаленного подключения, в том числе через Интернет/Интранет, поддержка интерфейсов межпрограммного взаимодействия в конфигураторами сетевых элементов, реализация протоколов информационного обмена с менеджерами верхнего уровня (механизм поддержки СУБД, протокола управления SNMP, технологии CORBA и т.д.);

–управление безопасностью (контроль доступа в системы, разграничение доступа к ресурсам, протоколирование действий оператора и т.п.);

–управление производительностью (настройка системных параметров – список опроса, тайм-ауты ожидания, пороговые значения и т.п.).

На этапах разработки и производства КПО-01 используется в сочетании с предложенными способами построения контролепригодных структур, что позволяет применять его для диагностирования сложных структурных элементов аппаратуры. В состав документации по проведению проверки оборудования были включены тесты и методика их применения, которые основаны на разработанных

105

алгоритмах диагностирования [123]. Для каждой подсистемы соответствующего вида обеспечения разработаны функциональные тесты в количестве примерно от 4 до 12. Для оценки результатов диагностики использован разработанный программный инструментарий, реализующий предложенный метод анализа логических условий [1]. Таким образом, по указанным принципам был спроектирован и реализован диагностический и отладочный стенд для проверки элементов и устройств РИУС, построенных на аппаратуре ПАО «Морион» и ОАО «Такт», на этапах разработки и производства.

4.1.2. Реализация контроля и диагностирования в процессе эксплуатации элементов и устройств РИУС

Наиболее массовое применение оборудование ПАО «Морион» и ОАО «Такт» получило в качестве элементов и устройств РИУС технологическим систем ОАО «Российские железные дороги». Поэтому внедрение разработанного инструментария будет показано на примере Октябрьской железной дороги (г. СанктПетербург).

Разработанная система управления и мониторинга элементов и устройств РИУС поддерживает иерархическую структуру, в которой устройство может выполнять функции менеджера по отношению к обслуживаемому оборудованию, и функции агента по отношению к менеджеру более высокого уровня. Указанный принцип позволяет организовать эффективное взаимодействие в рамках системы управления и мониторинга, решая проблемы повышения управляемости и наблюдаемости контролируемых ею элементов и устройств РИУС [20]. Более подробно указанный способ построения системы контроля показан выше.

Системы управления и мониторинга построены по принципам, частично реализующим концепцию TMN [199]. Сеть TMN в общем виде может быть представлена как структура комбинированной топологии (сочетание разных топологий – кольцо, цепочка, звезда и т.д., рис. 4.2).

Программа КПО-01 позволяет вести карту сети, поддерживать базу данных оборудования, входящего в систему, MIB всей номенклатуры аппаратуры системы, проводить контроль неисправностей и диагностику, вести отчеты по всем аварийным ситуациям, запускать внешние конфигураторы, взаимодействовать с системой администрирования верхнего уровня и т.д.

Всего в рамках рассматриваемого проекта объектами контроля являются несколько тысяч сетевых элементов более десяти типов оборудования (рис. 4.3). Также для повышения эффективности управления и мониторинга активно используется надстройка в виде СУБД (КПО-10), которая позволяет организовать многопользовательский режим удаленного доступа пользователей разных уровней и решаемых задач.

106

Рис. 4.3. Вид линейно-аппаратного зала Единого дорожного центра управления (ЕДЦУ) Октябрьской железной дороги

Таким образом, реализованная и рассмотренная на примере сети управления промышленным оборудованием АСТД элементов и устройств РИУС, интегрированная в систему управления и мониторинга, позволяет осуществить тестовое диагностирование выбранных элементов различного уровня иерархии при помощи проверяющих тестов.

107

4.2. Разработка и внедрение адаптера интерфейсов управления двухуровневой системы мониторинга и администрирования устройств РИУС

Предложенные подходы к контролепригодному проектированию элементов и структур РИУС были реализованы в составе программного обеспечения «CORBA Adapter» (ООО «Форт-Телеком», г. Пермь). Оно предназначено для обеспечения взаимодействия Единой системы мониторинга и администрирования (ЕСМА) ОАО «РЖД» с аппаратурой производства ПАО «Морион» через CORBA–интерфейс по рекомендации TMF.814.

ПО «CORBA Adapter» выполняет следующие основные функции:

сбор информации о конфигурации коммуникационного оборудования;

обработку и хранение полученной информации в базе данных;

выдачу информации по запросу от ЕСМА через интерфейс CORBA TMF.814.

Все получаемые от аппаратуры и программного обеспечения ОАО «Морион» данные можно разделить на два информационных потока: поток информации

особытиях, происходящих в аппаратуре, и поток информации о конфигурации этой аппаратуры. Поток информации о событиях формируется за счет использования программного обеспечения КПО-01, обеспечивающего мониторинг оборудования по протоколу CMIP (фирменный протокол ПАО «Морион») и программного обеспечения КПО-SNMP, являющегося SNMP-proxy шлюзом и преобразующего информацию, поступающую от КПО-01, в стандартные SNMPуведомления (рис. 4.4). Поток конфигурационной информации через шлюзы передается от аппаратуры в ЕСМА через интерфейс CORBA TMF.814.

Рис. 4.4. Место ПО«CORBA Adapter»в системе управления аппаратурой ПАО «Морион»

Разработанное программное обеспечение решало задачу автоматизации сбора конфигурационной информации непосредственно из аппаратуры, а не из файлов конфигурации, сформированных соответствующими КПО автономных систем

108

управления оборудования каждого типа. Это позволило исключить «человеческий фактор» при формировании потока конфигурационной информации в ЕСМА. Наряду с этим были достигнуты следующие преимущества:

–реализованы общие модели представления объектов управления;

–обеспечена 100%-ная доступность всех типов оборудования в ЕСМА;

–сокращено время конфигурирования функций (в среднем на 37 %);

–повышено быстродействие операций мониторинга и управления (в среднем от 3-5 минут (до внедрения) до 5-8 секунд (после внедрения)).

Автор принимал активное участие в разработке архитектуры системы управления, структур представления данных, а также реализации программного обеспечению шлюзов.

4.3. Разработка и реализация методики сравнительного анализа и выбора системы управления и мониторинга элементов РИУС

Разработанные и представленные в главах 2-4 диагностическая модель проверки правильности функционирования, методика тестового диагностирования, дешифрации и количественной оценки результатов применены в рамках выполнения НИОКР №1368/1602 от 29.05.2002 г. «Исследование отечественных и зарубежных систем и средств управления первичными сетями и возможностей их сопряжения с ИСУ ТИР в целях создания региональных звеньев управления сетями связи ЕТКБС» по заказу ГУ ЦБ РФ по Пермскому краю. Основные задачи НИОКР заключались в анализе и формировании требований к автономным системам управления и мониторинга коммуникационного оборудования для их интеграции в единую платформу управления, в разработке методики тестирования, реализации проверок на полигоне, обработке и количественной оценке результатов, выработке рекомендаций по доработке [22].

Были исследованы системы и средства управления и мониторинга (включая средства диагностирования на всех этапах жизненного цикла) оборудования подсистемы передачи информации РИУС производства отечественных и зарубежных предприятий: ГП «Дальняя связь» (г. С.-Петербург), ТТС «Маркони» (г. Москва), ЗАО «ВЕКТОР» (г. Екатеринбург), ЗАО «Зелакс» (г. Москва), ЗАО «Телесистем» (г. Москва), ЗАО «РОТЕК» (г. Москва), ЗАО «ТЕЛРОС» (г. С.-Петербург), ЗАО «ЦИРКОН» (г. Пермь), Компания «Huawei» (Китай), ОАО «СУПЕРТЕЛ» (г. С.-Петербург), НПП ЗАО «Новел-Ил» (г. С-Петербург), ОАО «Гомельский радиозавод» (г. Гомель), ОАО «Ижевский радиозавод» (г. Ижевск), СП ЗАО «FIBERCOMS» (г. Минск), ОАО «МОРИОН» (г. Пермь), ЦНИИС (г. Москва), ОАО «СОЛИТОН» (г. Уфа), СП «КАМАТЕЛ» (г. Пермь), ЭЗАН РАН (г. Черноголовка) и ЗАО «OLENCOM Electronics» (г. Москва), представляющего продукцию фирмы OLENCOM (Израиль).

Были проведены испытания и анализ систем и средств управления, мониторинга и диагностирования оборудования на испытательном полигоне (рис. 4.5).

109

В основу методики проведения испытаний положены предложенная в главе 2 диагностическая модель проверки правильности функционирования элементов и устройств РИУС, предложенные способы построения тестов и разработанные алгоритмы тестового диагностирования [123]. Для количественной оценки результатов использована предложенная иерархическая структура оценки элемента РИУС, построенная на основе АИДКО [123].

Рис. 4.5. Схема испытательного полигона для проверки систем управления

В рамках предложенной в главе 2 диагностической модели были выделены пять видов обеспечения элементов систем управления (функциональное, информационное, программное, техническое и коммуникационное), в свою очередь, детализированные до уровня элементарные функций. В предложенной методике на основании результатов тестирования степень выполнения каждой элементарной функции определялась с помощью обобщенного последовательного теста (ОПТ),

состоящего из совокупности элементарных тестов (ЭТ), реализуемых в определенном порядке. Результатом тестирования являлись оценки элементарных функций, которые использовались для определения на их основе показателей качества видов обеспечения и всей системы управления в целом.

Для оценки элементарных функций применялись двухили трехуровневые шкалы ({0; 1} или {0; 0,5; 1}). Оценки определялись путем построения предложенного аддитивного интегродифференциального критерия оценивания. Разработанная методика тестирования и количественной оценки позволила получить и эффективно реализовать инструментарий сравнительного анализа и выбора сис-

110