ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ОСНОВЕ АППАРАТНОЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЯЗИ

Автоматизированная система управления (АСУ) аппаратной технического обеспечения связи (АТО) предназначена для решения задач автоматизации процессов сбора, обработки, передачи (по запросу должностных лиц), отображения и документирования информации о состоянии аппаратуры и каналов связи, выработки решений и исполнения управляющих воздействий, необходимых для реализации функций технического обеспечения обслуживаемых и восстанавливаемых комплексов и аппаратных связи нового поколения.

К основным функциям АСУ АТО относятся:

-     сбор, обработка, отображение и документирование информации о состоянии средств связи, направлений и каналов связи;

-   предоставление должностным лицам пунктов управления по запросу необходимой информации о техническом состоянии аппаратных и комплексов связи;

-   обеспечение единого времени в развернутой системе связи для проведения учений и тренировок, а также настройки и конфигурирования радиосредств, использующих данные навигационных систем ГЛОНАСС/GPS;

-       обеспечение круглосуточного доступа к информационным ресурсам, необходимым для устойчивой работы программного обеспечения (ПО) и аппаратных средств из состава измерительных комплексов и оборудования;

-     обработка данных от телекоммуникационных средств из состава мобильных комплексов и аппаратных связи и представление услуг в виде алгоритмов и программ диагностирования, а также рекомендаций по ремонту (восстановлению) элементов телекоммуникационных сетей (ТКС).

Вариант архитектуры АСУ современной АТО показан на рисунке 1.

Разработка АСУ АТО должна осуществляться не только с учетом перечисленных функций, но и учитывать возможность функционирования как элемента единой системы управления процессами технической эксплуатации (ТЭ) обслуживаемых и восстанавливаемых средств и комплексов связи. Эта возможность обеспечивается использованием технологий диагностирования и комплексом программно- аппаратных средств, устанавливаемых в АТО.

Совокупность и взаимосвязи аппаратно-программных средств в самой АТО, в системе АТО – комплекс (аппаратная) связи и в единой системе управления ТЭ следует рассматривать как взаимоувязанные управляющие сети телекоммуникационных систем с различным уровнем интеграции и функционального назначения [5].

В первом случае весь комплекс программно-аппаратных средств АТО представляет собой относительно самостоятельную внутреннюю сеть управления, элементами которой являются рабочие места АТО. Во втором случае АСУ АТО играет роль локальной сети управления, элементами которой становятся средства связи из состава обслуживаемых и восстанавливаемых комплексов и аппаратных связи. В третьем случае АСУ АТО сама становится сетевым элементом единой сети управления процессами ТЭ.

Таким образом, автоматизированная система управления АТО должна позволять реализовывать три блока функций:

-   функции внутренней сети управления программно-аппаратными комплексами рабочих мест АТО, когда реализуются задачи диагностирования, технического обслуживания (ТО) и ремонта средств ТКС;

-    функции контроля и управления техническим состоянием телекоммуникационных средств из обслуживаемых комплексов связи;

- функции агента/менеджера в единой сети управления ТЭ элементов ТКС.

С учетом изложенного, разработка АСУ АТО должна осуществляться с позиций разработки управляющих телекоммуникационных сетей и учитывать требования международных стандартов в области управления сетями связи.

Функции сетей управления связью подразделяются на общие и прикладные. Общие функции связаны с обменом и обработкой информации между элементами сети связи и системы управления, обеспечивают поддержку прикладных функций. Прикладные функции в соответствии с классификацией ISO разделяются на пять категорий: управление конфигурацией, управление качеством работы, управление устранением неисправностей, управление расчетами, управление безопасностью. В соответствии с назначением АТО, три блока функций ее АСУ должны реализовывать функцию управления устранением неисправностей и управления качеством работы с адаптацией к другим функциям при использовании АТО как элемента единой системы управления ТЭ.

Управление устранением неисправностей обеспечивает возможности обнаружения, локализации и регистрации неисправностей; доведение соответствующей информации до обслуживающего персонала; выдачу рекомендаций по их устранению [2].

Управление качеством работы 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.

В настоящее время основной стандартизацией в области систем управления элементами ТКС является Telecommunications Management Network (TMN). Блок рекомендаций МСЭ-Т по управлению сетями электросвязи содержат рекомендации серий M, Q, X, G, I, в которых отражены принципы организации TMN. При этом определены [1, 3]:

- концепция TMN;

- функциональная архитектура TMN;

-      информационная архитектура с учетом требуемых характеристик внутренних и внешних интерфейсов, протоколов взаимодействия;

- физическая архитектура TMN.

Однако, в TMN нет точных указаний относительно технической реализации системы управления. Это породило на практике ряд проблем, связанных с разработкой ПО и элементов физического уровня. Кроме того, интерфейсы, предложенные в исходном стандарте TMN, оказались достаточно сложными. Практически нет эффективной реализации уровня управления услугами и административного уровня.

В связи с этими проблемами и появлением концепции сетей следующего поколения (Next Genegation Network, NGN) ведущая организация в этой области (TMForum) разработала новые принципы построения систем и ПО поддержки эксплуатации (New Generation Operation Systems and Software, NGOSS), TOM и eTOM, которые могут рассматриваться как развитие TMN на уровнях административного управления и управления обслуживанием. Уровень управления элементами и уровень сетевых элементов систем управления в настоящее время не подвергается концептуальным изменениям, а только видоизменяется по используемым платформам и модифицируется по техническим решениям с учетом развития современных технологий, рисунок 2.

С учетом перечисленных проблемных ситуаций, в основу архитектуры АСУ АТО целесообразно положить концепцию TMN с модифицированным информационным обеспечением. Логика построения модели TMN представляется иерархической структурой в виде пяти уровневой управления, которые можно сопоставить с блоками функций АТО и соответствующими им сетями, что представлено на рисунке 3.

Функциональная модель концепции TMN включает в себя все функциональные блоки, необходимые для эффективного управления, часть из которых непосредственно связана с функциями АСУ АТО, рисунок 4.

Функциональные блоки TMN "Управление неисправностями", "Контроль за выполнением задач по устранению неисправностей", "Управление качеством предоставляемых услуг", "Управление нарядами на активацию услуг", "Управление безопасностью" "Учет" являются приоритетными функциональными блоками и для АСУ аппаратной технического обеспечения с учетом перечня возложенных на нее услуг [1, 3, 6].

Управление неисправностями (Fault Management) представляет собой систему контроля и управления аварийными сигналами, предназначеную для их фильтрации и корреляционного анализа с целью выявления первопричины, породившей поток взаимосвязанных аварийных сообщений. Это существенно сокращает время выявления проблемы и ее устранения. При интеграции с системами Help Desk и CRM данный модуль упрощает управление ресурсами сети и улучшает их обслуживание [4]. Корреляционный анализ событий осуществляется путем привязки к сетевой топологии. Для АСУ АТО этот функциональный блок TMN должен быть сопоставлен с поиском и устранением отказов в телекоммуникационных средствах обслуживаемых и восстанавливаемых комплексов связи.

Контроль за выполнением задач по устранению неисправностей (Trouble Ticketing). С помощью этого компонента эффективно контролируются поиск и устранение неисправностей. Информация о каждой возникшей проблеме и способах ее решения аккумулируется и систематизируется в АСУ АТО, благодаря чему в дальнейшем удается сократить сроки работ по восстановлению обслуживаемых средств связи [4].

Управление качеством предоставляемых услуг (SLA Management) обеспечивает оперативный мониторинг сервиса услуг АТО.

Управление нарядами на активацию услуг (Order Management) необходимо для отслеживания всех этапов исполнения заявок в АТО, а также формирования детальных отчетов по каждому этапу и по процессу обработки заявок в целом.

Блок функции учета (Accounting Management) регистрирует время использования различных ресурсов АТО.

Управление безопасностью (Security Management) обеспечивает контроль доступа к физическим и информационным ресурсам сетей АТО и обеспечивает целостность данных при их обработке. АСУ АТО в перспективе должна быть адаптирована и для остальных функциональных блоков TMN, что будет востребовано в единой сети управления техническим обеспечением связи [4].

Функциональная архитектура АСУ АТО должна описывается посредством функциональных блоков, стандартизированных в TMN. Основными из них являются функциональные блоки: сетевого элемента NEF (Network Element Function), операционной системы OSF (Operations System Function), рабочей станции WSF (Work Station Function), медиатора (промежуточного устройства сопряжения) MF (Mediation Function) и Q-адаптера QAF (Q-Adapter Function).

Из всего этого перечня, функциональная архитектура АСУ АТО должна использовать функциональные блоки NEF, OSF и WSF.

Блоки MF и QAF являются не обязательными, так как предназначены для взаимодействия с операторами других сетей, что на уровне задач АТО не востребовано. NEF является моделью произвольного элемента сети, подлежащего управлению. OSF обеспечивает выполнение функций TMN по обработке, хранению и поиску управляющей информации. Эти функциональные блоки формируют ядро АСУ АТО. WSF организует человеко-машинный интерфейс между системой управления и оператором.

Информационная архитектура АСУ АТО также должна отражать информационную структуру концептуальной TMN, которая вводит характерные для модели взаимосвязи открытых систем (OSI) принципы управления, базирующиеся на объектно-ориентированном подходе [6]. Информационный обмен описывается в терминах управляемых объектов, рассматриваемых как ресурсы, над которыми осуществляется управление, или которые служат для поддержки определенных функций управления.

В качестве протокола для передачи управляющих сообщений в АСУ АТО целесообразно использовать протокол общей информации управления CMIP, определенный в Рекомендации Х.711 (соответствует стандарту ISO 9596) и протокол CMIS по услугам общей информации управления, определенный в Рекомендации Х.710 (ISO 9595).

Для управления объектами управления АСУ АТО целесообразно использовать структуру  "менеджер-агент" [1]. "Менеджер" представляет собой часть распределенного процесса, которая направляет команды на выполнение операций управления и получает уведомления. "Агент" – это часть процесса, непосредственно управляющая объектами, рисунок 5.

Весь информационный обмен по управлению между менеджером и агентом выражается в виде согласованного набора команд управления и уведомлений. Функции "Агент" и "Менеджер" реализуются программами-посредниками, которые с одной стороны управляются приложением (объектом, сетевым элементом) и получают/передают приложению команды управления распределенными объектами сети. Для их реализации в АСУ АТО целесообразно использовать иерархический стек протоколов по TMN для последовательного преобразования информации от абстрактного описания объектов и операций в бинарную форму.

Программное обеспечение информационной архитектуры АСУ в соответствии с концепцией TMN должно включать программные модули [3, 6]:

- информационная база управления;

- функциональный модуль регистрации;

- функциональный модуль анализа параметров качества работы;

- функциональный модуль предыстории;

- пакет математического обеспечения по выработке сообщений;

- функциональный модуль тревожных сообщений;

- функциональный модуль аварийной сигнализации;

- функциональный модуль загрузки информации о событиях;

- графический интерфейс.

В соответствии с концепцией TMN, реализация информационной архитектуры управляющих систем должна базироваться на использовании:

- программных средств объектного моделирования;

- стандартов на протоколы интерфейсов;

- программных средств и стандартов для распределенных баз данных.

Программные средства объектного моделирования позволяют представить каждый элемент в сети управления некоторой абстрактной информационной моделью, рассматривающей объект как сетевой ресурс.

Информационная модель должна определять параметры объекта:

- ATTRIBUTES – наборы и структуры данных;

- NOTIFICATIONS – уведомления, модель объекта предусматривает автономную генерацию объектом набора уведомлений как реакции на события внутри объекта;

- ACTIONS – действия, фактически, удаленный вызов операции.

Информационная модель объекта позволяет осуществлять контроль его состояния и управление им, абстрагируясь от физической сущности объекта.

Стандарты на протоколы интерфейсов определяют порядок реализации функций [5]:

-   поддержания объектно-ориентированных структур данных, что является ключевым перспективным требованием;

- обеспечения пригодности для передачи данных и операций, ориентированных на управление (набор команд и набор атрибутов операций);

-   поддержания адресации распределенных по сети объектов, что также определяет перспективу на будущее.

Программные средства и стандарты для распределенных баз данных используются в процессе управления сетью в качестве модели управляемого объекта в архитектуре "менеджер-агент". База данных MIB содержит информацию о различных объектах удаленного устройства и предоставляет возможность их управления.

В настоящее время конкретные типы этих программных средств и стандартов однозначно не

определены, и возможно использование различных комбинаций, которые показаны на рисунке 6.

Особенность, возникающая при разработке АСУ АТО, связана с выбором наиболее целесообразных программных средств и стандартов для ее информационной архитектуры.

Существует четыре альтернативных варианта реализации информационного уровня модели TMN (рис. 2 и рис. 6):

1.               Исходный вариант, предложенный в TMN, базируется на рекомендациях протокола Х.711, "Common Management Information Protocol Specification for CCITT Applications" (протокол CMIP). Программным средством объектного моделирования служит GDMO (Guidelines for Definition of Managed Objects – Правила Описания Объектов Управления) и язык описания структур данных ASN.1 (Abstract Syntax Notation One).

1.         Технологический стандарт написания распределённых приложений CORBA, базирующийся на программной шине ORB и на языке описания объектов IDL (Interface Description Language или Interface Definition Language) – язык спецификаций для описания интерфейсов, синтаксически похожий на описание классов в языке C++). Технология CORBA создана для поддержки, разработки и развёртывания сложных объектно-ориентированных прикладных систем. CORBA является механизмом в ПО для осуществления интеграции изолированных систем, который даёт возможность программам, написанным на разных языках программирования, работающих в разных узлах сети, взаимодействовать друг с другом так же просто, как если бы они находились в адресном пространстве одного процесса. Концепция поддерживается группой OMG и форумом TMF [4].

2.         Технология JavaBeans, базирующаяся на объектно-ориентированный языке программирования Java, протоколе Transmission Control Protocol (TCP), методах RMI (Remoten Method Invocatio – программный интерфейс вызова удаленных объектов в языке Java). Приложения Java компилируются в специальный байт- код, поэтому могут работать на любой виртуальной Java-машине (JVM) независимо от компьютерной архитектуры. Концепция поддерживается фирмой Sun, опирается на поддержку мирового сообщества производителей (TMF), ориентирована на открытость подхода к совершенствованию технологии.

3.         DCOM, базирующаяся на компонентном подходе и методах RPC, использующая механизм взаимодействия, ориентированный на платформу Windows 9x/NT. Технология находится в монопольном владении Microsoft. Тенденции развития этих технологий отражают степень востребованности и возможность практической реализации.

Таким образом, предпочтение при разработке АСУ АТО по концепции TMN следует отдать технологии JavaBeans.

Физическая архитектура АСУ АТО должна содержать компоненты, являющиеся реализацией функциональных блоков NEF, OSF и WSF. Ее реализация возможна на основе программно-аппаратных средств, входящих в состав рабочих мест.

Для управления различными видами сетей и оборудования связи в МСЭ-Т разработаны рекомендации, описывающие применение архитектуры TMN: G.771 для оборудования систем передачи, G.784 для SDH, Q.513 для цифровых коммутационных станций, Q.750 для системы сигнализации №7 и M.3600 для ISDN.

В качестве физической основы сети АСУ должна быть использована локальная вычислительная сеть, реализующая технологию Ethernet с адаптацией к технологии WiFi. Использование LAN дополнительно позволяет наращивать ресурсы АТО с использованием развивающейся технологии средств технического диагностирования и LXI (VXI).

LXI (LAN eXtensions for Instrumentation) – гибкий высокоскоростной стандарт коммуникационных протоколов измерения и сбора данных для приборов с помощью универсального интерфейса LAN (Ethernet). Главными областями применения систем на базе стандарта LXI являются автоматизированные измерительные комплексы, системы удаленного сбора данных и контроля производственным процессом, робототехника и другие. Стандарт LXI содержит LAN интерфейс, LAN протоколы, обнаружение LAN, интерфейс IVI, "WEB страница" прибора, индикаторы, синхронизацию IEEE 1588, шину аппаратного запуска [6].

Система обеспечения информационной безопасности АСУ АТО

Обеспечение информационной безопасности АСУ АТО является дополнительной особенностью, возникающей при ее разработке. АСУ АТО в соответствии с основными положениями в этой области должна соответствовать требованиям политики информационной безопасности в системе управления процессами ТЭ ТКС и иметь собственную систему защиты информации.

Организационный аспект обеспечения информационной безопасности АСУ АТО предусматривает

разработку типовых инструкций должностным лицам аппаратной технического обеспечения связи по работе в локально-вычислительной сети и с базами данных.

Система собственной защиты АСУ АТО должна иметь инженерно-технические и аппаратно- программные средства защиты.

Инженерно-технические подсистема обеспечения безопасности АСУ АТО должна предусматривать:

- систему охранной и пожарной сигнализации;

- систему разграничения и контроля доступа;

- систему охраны периметра;

- систему охранного наблюдения;

- систему автоматического пожаротушения.

Аппаратно-программные средства защиты должны включать:

- средства защиты информации рабочих станций и иного оборудования;

- средства защиты информации локальной вычислительной сети;

- антивирусные пакеты;

- устройства идентификации и аутентификации пользователей (электронные замки);

- межсетевые экраны; - средства обнаружения вторжений;

-    средства обеспечения безопасности обмена информацией через открытые сети с применением технологий защищенных виртуальных сетей – Virtual Private Network (VPN);

- средства контроля целостности программного обеспечения;

- средства запрета загрузки со съемного носителя информации;

- средства разграничения доступа;

- межсетевой экран по технологии Stateful Inspection и proxy-технологии.

Таким образом, проведенный анализ показал, что АСУ АТО должна отвечать требованиям, предъявляемым к управляющим телекоммуникационным сетям и положениям международных стандартов в области управления сетями. Ее возможности должны позволить реализовать три блока основных функций: управления устранением неисправностей, управления качеством работы и "менеджер-агент". В основу архитектуры АСУ АТО целесообразно положить концепцию TMN. Предпочтение в реализации концепции TMN при разработке информационного уровня АСУ АТО следует отдать технологии JavaBeans.

Список литературы

1.                              Атцик А.А., Гольдштейн А.Б., Феноменов М.А. Эксплуатационное управление инфокоммуникациями : учеб. пособие. – СПб.: СПбГУТ, 2013. – 68 с.

2.                            Букин М.А. Спутник под контролем: тестовая лаборатория и телепорт Стэк.ком //www.nag.ru/articles/articles/18955. (дата обращения 23.01.2018).

3.                              Гребешков А.Ю. Управление сетями электросвязи по стандарту TMN : учеб. пособие. – М.: Радио и связь, 2004. – 155 с.

4.                               Жилкина Н. Управление эксплуатацией сетей операторов связи [Электронный ресурс] / Журнал сетевых решений / LAN, 2004, №8. Режим доступа: https://www.osp.ru/lan/2004/08/139447/. (дата обращения 21.01.2018).

5.                               Збиняков А.Н., Кочетков В.А. и др. Анализ вариантов структуры аппаратных технического обеспечения           связи      как      элементов     территориально-распределенной    системы технического обслуживания // Телекоммуникации. – 2010, № 7. – С. 15-19.

6.                            Самуйлов К.Е., Серебренникова Н.В., Чукарин А.В. и др. Введение в управление инфокоммуникациями : учеб. пособие. – М.: РУДН, 2008. – 87 с.

7.                             Upconverter 10 ГГц, downconverter 10 ГГц. Описание, ТХ [Электронный ресурс] / Холдинг Информтест. Главная / Продукция / СВЧ приборы и системы. Режим доступа: www.iftest.ru/shop/UID_205.html. (дата обращения 19.01.2018).