Комплексное устройство сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации

Полезная модель относится к устройствам сопряжения корабельной системы управления с корабельными обеспечивающими системами и исполнительными механизмами. Предлагаемая полезная модель представляет собой микропроцессорную систему, включающую в себя основной и резервный контуры сопряжения и контур коммутации локальных вычислительных сетей. Такая структура обеспечивает режим горячего резервирования.

Взаимодействие вычислительного ядра устройства с корабельными обеспечивающими информационными системами осуществляется по информационной транспортной сети с помощью сетевого контроллера модуля вычислителя, а также по каналу мультиплексного обмена с помощью модуля мультиплексных каналов обмена. Взаимодействие вычислительного ядра устройства с исполнительными механизмами и сигнализаторами корабельных обеспечивающих системам осуществляется с помощью модулей релейного обмена.

Функционирование дублированной радиальной локальной вычислительной сети обеспечивается двумя группами коммутаторов контура коммутации сети, каждая из которых управляет потоками данных в своей сети и позволяет одновременно пересылать информационные сообщения между любыми устройствами корабельной системы управления.

Функционирование дублированной магистрали мультиплексного обмена обеспечивается модулем мультиплексных каналов обмена в каждом из контуров сопряжения и позволяет одновременно пересылать навигационные данные в каждое устройство корабельной системы управления. 1 о 2 з.п. ф-лы., 2 илл.

Заявляемая полезная модель относится к средствам вычислительной техники и предназначена для сопряжения корабельных источников информации с ее потребителями в реальном масштабе времени, при этом устройство выполняет цифровые методы обработки, преобразования, хранения и трансляцию информации к устройствам корабельной системы управления и к исполнительным механизмам.

Известны вычислительные устройства и системы различного назначения для передачи информации между узлами распределенных вычислительных систем, например, многопроцессорная корабельная система обработки данных (см. ПМ РФ 4395, кл. МПК G06F 15/16, 1997г.), содержащая микропроцессоры, устройство обмена информацией, блоки ввода-вывода, внешние запоминающие устройства, первую и вторую интерфейсные магистрали обмена, пульт управления, блоки ввода данных от корабельных источников.

Система имеет недостаточную надежность в случае отказа отдельных элементов, а также очевидные недостатки тестового контроля, не полностью проверяющего функционирование входящих в состав системы узлов.

Известна также корабельная автоматизированная система управления (см. ПМ РФ 27871, кл. МПК G06F 15/16, 2002 г.), содержащая центральный прибор управления и связи, в состав которого входят две ЭВМ, адаптер цифрового ввода-вывода, адаптер мультиплексного канала, адаптер последовательного канала обмена, каналы релейного обмена, адаптеры локальной вычислительной сети.

Названная система имеет следующие недостатки:

- структурная организация не обеспечивает высокого уровня надежности устройства, т.к. отсутствует дублирование внешних связей корабельных обеспечивающих систем и связей с объектами управления , а при отказе ЭВМ пропадает связь с источниками и объектами управления.

Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявляемой полезной модели является микропроцессорное устройство сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации (см. ПМ РФ 51248 G06F 15/16, 2006 г.), содержащее основной и резервный контуры сопряжения с корабельными системами, в каждый из которых включены объединенные между собой по внутренней интерфейсной магистрали модуль вычислитель, модуль мультиплексных каналов обмена, модуль релейного обмена, адаптер переключения локальной вычислительной сети, модуль коммутатор локальной вычислительной сети, причем внешние входы-выходы модуля мультиплексных каналов обмена основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основным и резервным мультиплексным каналам корабельной обеспечивающей системы (КОС), внешние входы-выходы модулей релейного обмена основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены к исполнительным механизмам и сигнализаторам КОС, первый и второй входы-выходы адаптера переключения локальной вычислительной сети каждого из контуров сопряжения соединены соответственно с первым и вторым входами-выходами адаптера переключения локальной вычислительной сети параллельного контура сопряжения, сетевые входы-выходы модуля коммутатора локальной вычислительной сети основного и резервного контуров сопряжения через основную и резервную радиальные локальные вычислительные сети (ЛВС1 и ЛВС2)соответственно подключены к устройствам корабельной системы управления.

Устройство обладает высокой надежностью, обеспеченной дублированием контуров и связей.

К недостаткам устройства следует отнести:

- недостаточную эффективность при обработке и трансляции информации в режиме реального времени, заключающуюся в том, что данные навигационного комплекса, входящего в состав корабельной обеспечивающей системы, принимаются в формате мультиплексного канала, преобразуются в устройстве сопряжения в формат данных общей локальной вычислительной сети, по которой передаются в устройства сопряжения с объектами управления. Такая организация обработки загружает модуль вычислитель и приводит к перегрузке локальной вычислительной сети и снижению потоковой скорости передачи данных.

- ограничение числа входных-выходных релейных сигналов, управляющих исполнительными механизмами, что сужает область применения устройства. Это ограничение обусловлено ограничением числа контроллеров на внутренних информационных магистралях контуров сопряжения.

- ограничение количества абонентов локальной вычислительной сети (приборов корабельной системы управления) при данной организации локальной вычислительной сети (ЛВС).

Задачей полезной модели является создание эффективного комплексного устройства сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации со сбалансированными ресурсами обработки и трансляции данных, обладающего широкими функциональными возможностями.

Поставленная задача решается за счет того, что в комплексное устройство сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации, содержащее основной и резервный контуры сопряжения с корабельными обеспечивающими системами (КОС), в каждый из которых включены объединенные между собой внутренней интерфейсной магистралью микропроцессорный модуль вычислитель (МВЧ), модуль мультиплексных каналов обмена (ММО), модуль релейного обмена (МРО), причем входы-выходы первого канала модулей ММО основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основному и резервному каналам мультиплексного обмена КОС, внешние входы-выходы модулей МРО основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены к первой группе исполнительных механизмов и сигнализаторов КОС, введен контур коммутации локальных вычислительных сетей, содержащий две группы по n (где n<8) коммутаторов сети "Ethernet" (KCE), причем КСЕ каждой из групп объединены внутренними магистралями, первый сетевой вход-выход первого КСЕ первой и второй групп соответственно соединен с первым сетевым входом-выходом модуля МВЧ основного и резервного контуров сопряжения, второй сетевой вход-выход первого КСЕ первой и второй групп, соответственно соединен с вторым сетевым входом-выходом модуля МВЧ основного и резервного контуров сопряжения, остальные сетевые входы-выходы всех КСЕ первой группы радиальными связями основной локальной вычислительной сети (ЛВС1) соединены с первыми сетевыми входами-выходами приборов корабельной системы управления, остальные сетевые входы-выходы всех КСЕ второй группы радиальными связями резервной локальной вычислительной сети (ЛВС2) соединены со вторыми сетевыми входами-выходами приборов корабельной системы управления, а в основной и резервный контуры сопряжения введен второй модуль релейного обмена (МР02), причем магистральный вход модуля соединен с внутренней интерфейсной магистралью контура, внешние входы-выходы модулей МР02 основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены ко второй группе исполнительных механизмов и сигнализаторов КОС, входы-выходы второго канала модулей ММО основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основной и резервной магистралям мультиплексного информационного обмена (ММИ01 и ММИ02), третий сетевой вход-выход модуля МВЧ основного и резервного контуров сопряжения соответственно соединен с основной и резервной общекорабельными информационными транспортными сетями.

Модуль МВЧ содержит центральный микропроцессор (ЦП), информационный вход-выход которого двунаправленными связями соединен с входом-выходом оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), магистральный выход ЦП, через внутреннюю вычислительную магистраль, соединен с контроллерами локальных вычислительных сетей и с контроллером магистрали данных, сетевые входы-выходы первого и второго контроллеров являются соответственно первым и вторым сетевыми входами-выходами МВЧ, сетевой вход-выход третьего контроллера является третьим сетевым входом-выходом МВЧ, информационный вход-выход контроллера магистрали данных соединен с флэш-диском, второй магистральный выход контроллера магистрали данных, через магистраль данных, соединен с постоянным программируемым запоминающим устройством (ППЗУ), а также с контроллерами клавиатуры и координационно-указательного устройства и с контроллером внешней информационной магистрали (BUM), второй магистральный выход которого является магистральным выходом модуля.

Введение блока коммутации ЛВС данной конфигурации позволило значительно увеличить количество абонентов (приборов корабельной системы управления), объединенных основной (ЛВС1) и резервной (ЛВС2) локальными вычислительными сетями. Введение блока коммутации позволило также исключить из состава контуров сопряжения два модуля: адаптер переключения локальных вычислительных сетей и коммутатор локальной вычислительной сети. Это разгрузило внутренние информационные магистрали контуров и позволило ввести в контуры дополнительные модули. Данные улучшения повышают эффективность и расширяют область применения комплексного устройства.

Введение в состав контуров сопряжения второго модуля релейного обмена позволило обеспечить управление дополнительными исполнительными механизмами. Это позволяет использовать комплексное устройство для сопряжения с различными типами корабельных обеспечивающих систем, что расширяет область применения комплексного устройства.

Введение в модуль МВЧ третьего сетевого контроллера позволило обеспечить информационный обмен между навигационным комплексом КОС и комплексным устройством сопряжения по резервируемой общекорабельной информационной транспортной сети. Это позволило освободить канал мультиплексного обмена модуля ММО, ранее занятый для обмена с навигационным комплексом КОС, и подключить его к магистрали мультиплексного информационного обмена (ММO1 в основном контуре сопряжения и ММO2 в резервном контуре). По этим магистралям в корабельной управляющей системе производится ретрансляция навигационных данных от комплексного устройства сопряжения к приборам сопряжения с объектами управления. Вышеописанная организация трансляции данных приводит к увеличению пропускной способности, повышению эффективности и сбалансированности комплексного устройства.

Введение вышеуказанных блоков и модулей и организация новых связей позволило создать эффективную сбалансированную структуру комплексного устройства сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации с широкими функциональными возможностями.

Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг.1 и фиг.2), на которых изображены:

на фиг. 1 - структурная схема микропроцессорного комплекса сопряжения;

на фиг.2 - структурная схема вычислителя;

На фиг. 1 обозначены:

1.1 - основной микропроцессорный контур сопряжения;

1.2 - резервный микропроцессорный контур сопряжения;

2 - контур коммутации локальный вычислительных сетей(ЛВС);

3 - модуль ММО;

4 - модуль МРO1;

5 - модуль МВЧ;

6 - модуль МРO2;

7.1-7n - первая группа коммутаторов (КСЕ);

8.1-8.n - вторая группа коммутаторов (КСЕ);

9 - внутренняя интерфейсная магистраль (ВИМ);

На фиг. 2 обозначены

12 - центральный микропроцессор (ЦП)

13 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

14, 15, 16 - контроллеры локальных вычислительных сетей;

17 - контроллер магистрали данных;

18 - флэш-диск;

19 - постоянное программируемое запоминающее устройство (ППЗУ);

20 - контроллер клавиатуры;

21 - контроллер координатно-указательного устройства;

22 - контроллер внутренней интерфейсной магистрали (ВИМ):

23 - внутренняя вычислительная магистраль

24 - магистраль данных.

На фиг.1 в каждом из контуров сопряжения (1.1 и 1.2) модули ММО 3, МРO1 4, МВЧ 5, МРO2 6, соединены между собой внутренней интерфейсной магистралью 9, первые входы-выходы модулей ММО 3 основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основному и резервному мультиплексным каналам КОС, вторые входы-выходы модулей 3 основного и резервного контуров сопряжения подключены к основной и резервной магистралям мультиплексного информационного обмена (ММИO1 и ММИO2) соответственно, внешние входы-выходы модулей МРO1 4 и МРO2 6 основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены соответственно к первой и второй группам исполнительных механизмов и сигнализаторов КОС, первые сетевые входы-выходы модулей МВЧ 5 основного и резервного контуров сопряжения соответственно соединены с первым сетевым входом-выходом КСЕ 7.1 первой и КСЕ 8.1 второй группы коммутаторов контура коммутации 2, вторые сетевые входы-выходы модулей МВЧ 5 основного и резервного контуров сопряжения соответственно соединены со вторым сетевым входом-выходом КСЕ 7.1 первой и КСЕ 8.1 второй группы коммутаторов контура коммутации 2, третий сетевой вход-выход модулей МВЧ 5 основного и резервного контуров сопряжения соответственно подключен к основной и резервной общекорабельным информационным транспортным сетям, коммутаторы КСЕ 7.1-7.n и КСЕ 8.1-8.n контура коммутации 2 погруппно объединены внутренними магистралями 10 и 11 соответственно, остальные сетевые входы-выходы всех КСЕ 7.1-7.n первой группы радиальными связями основной локальной вычислительной сети (ЛВС1) соединены с первыми сетевыми входами-выходами приборов корабельной системы управления, остальные сетевые входы-выходы всех КСЕ 8.1-8.n второй группы радиальными связями резервной локальной вычислительной сети (ЛВС2) соединены с первыми сетевыми входами-выходами приборов корабельной системы управления.

На фиг. 2 информационный вход-выход ЦП 12 двунаправленными связями соединен с входом-выходом ОЗУ 13, магистральный выход ЦП 12, через внутреннюю вычислительную магистраль 23, соединен с контроллерами локальных вычислительных сетей 14, 15 и 16 и с контроллером магистрали данных 17, сетевые входы-выходы первого 14 и второго 16 контроллеров являются соответственно первым и вторым сетевыми входами-выходами МВЧ 5, сетевой вход-выход третьего контроллера 15 является третьим сетевым входом-выходом МВЧ 5, информационный вход-выход контроллера магистрали данных 17 соединен с флэш-диском 18, второй магистральный выход контроллера магистрали данных 17, через магистраль данных 24, соединен с ППЗУ 19, а также с контроллерами клавиатуры 20 и координационно-указательного устройства 22 и с контроллером ВИМ 21, второй магистральный выход контроллера ВИМ 21 является магистральным выходом МВЧ 5.

Комплекс осуществляет взаимодействие корабельной системы управления с обеспечивающими системами и решает задачи приема, обработки, хранения и передачи информации и выполняет функции информационного сопряжения:

- с информационно-управляющей системой (ИУС);

- с навигационным комплексом (НК);

- с радиолокационным комплексом (РЛК);

а также функции:

- коммутации информационных потоков в резервированной радиальной локальной вычислительной сети, осуществляющей взаимодействие устройств корабельной системы управления;

- организации приема данных НК по резервированной транспортной информационной сети;

- коммутации информационных потоков в резервированной магистрали мультиплексного обмена, осуществляющей передачу навигационных данных в устройства корабельной системы управления, отвечающие за управление объектами;

- управления исполнительными механизмами и анализа данных от сигнализаторов корабельных обеспечивающих систем.

После централизованного включения питания комплекса с пульта управления системы производится автоматическая загрузка операционной системы микропроцессорных вычислителей МВЧ 5 основного и резервного контуров (1.1 и 1.2) , включающая в себя установку драйверов, приведение в исходное состояние и начальное тестирование всех модулей контура. Сигналы о готовности контуров комплекса поступают по локальной вычислительной сети в пульт управления системы. Дальнейшее управление работой комплекса сопряжения осуществляется с помощью команд с пульта управления системы, поступающих в микропроцессорные модули вычислители МВЧ 5 по локальной вычислительной сети (ЛВС1 или ЛВС2).

Один из контуров сопряжения (по умолчанию - основной) включается в рабочий режим, а другой остается в горячем резерве и готов, в случае отказа основного контура, продолжить работу в заданном режиме.

1. Комплексное устройство сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации, содержащее основной и резервный контуры сопряжения с корабельными обеспечивающими системами, в каждый из которых включены объединенные между собой внутренней интерфейсной магистралью микропроцессорный модуль вычислителя, модуль мультиплексных каналов обмена, модуль релейного обмена, причем входы-выходы первого канала модулей основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основному и резервному каналам мультиплексного обмена корабельной обеспечивающей системы, внешние входы-выходы модулей релейного обмена основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены к первой группе исполнительных механизмов и сигнализаторов корабельной обеспечивающей системы, отличающееся тем, что в него дополнительно введен контур коммутации локальных вычислительных сетей, содержащий две группы по n (где n<8) коммутаторов сети "Ethernet", причем коммутаторы каждой из групп объединены внутренними магистралями, первый сетевой вход-выход первого коммутатора первой и второй групп соответственно соединен с первым сетевым входом-выходом модуля вычислителя основного и резервного контуров сопряжения, второй сетевой вход-выход первого коммутатора первой и второй групп соответственно соединен с вторым сетевым входом-выходом модуля вычислителя основного и резервного контуров сопряжения, остальные сетевые входы-выходы всех коммутаторов первой группы радиальными связями основной локальной вычислительной сети соединены с первыми сетевыми входами-выходами приборов корабельной системы управления, остальные сетевые входы-выходы всех коммутаторов второй группы радиальными связями резервной локальной вычислительной сети соединены со вторыми сетевыми входами-выходами приборов корабельной системы управления, а в основной и резервный контуры сопряжения введен второй модуль релейного обмена, причем магистральный вход модуля соединен с внутренней интерфейсной магистралью контура, внешние входы-выходы модулей релейного обмена основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены ко второй группе исполнительных механизмов и сигнализаторов корабельной обеспечивающей системы, входы-выходы второго канала модулей мультиплексных каналов обмена основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основной и резервной магистралям мультиплексного информационного обмена, третий сетевой вход-выход модуля вычислителя основного и резервного контуров сопряжения соответственно соединен с основной и резервной общекорабельными информационными транспортными сетями.

2. Комплексное устройство сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации по п.1, отличающееся тем, что микропроцессорный модуль вычислителя содержит центральный микропроцессор, информационный вход-выход которого двунаправленными связями соединен с входом-выходом оперативного запоминающего устройства, а магистральный выход, через внутреннюю вычислительную магистраль, соединен с контроллерами локальных вычислительных сетей и с контроллером магистрали данных, сетевые входы-выходы первого и второго контроллеров локальных вычислительных сетей являются соответственно первым и вторым сетевыми входами-выходами модуля, сетевой вход-выход третьего контроллера локальных вычислительных сетей является третьим сетевым входом-выходом модуля, информационный вход-выход контроллера магистрали данных соединен с флэш-диском, а второй магистральный выход, через магистраль данных, соединен с постоянным программируемым запоминающим устройством, а также с контроллерами клавиатуры и координационно-указательного устройства и с контроллером внешней информационной магистрали, второй магистральный выход которого является магистральным выходом модуля.