Программно-аппаратный комплекс технических средств автоматизированной системы обмена данными

Полезная модель относится к технике связи и может быть использована для построения шлюза (оборудования сопряжения) между общегосударственными сетями обмена данными (СОД) общего применения (базовыми СОД) и территориальными ведомственными (региональными) СОД и организации линий связи для обмена данными, прежде всего, с подвижными объектами. Для организации взаимодействия между абонентами базовой и ведомственных СОД, между абонентами этих СОД и абонентами, находящимися на подвижных объектах, создаются программно-аппаратные комплексы (ПАК) обмена данными. Полезная модель предназначена для построения автоматизированных объектов связи автоматизированных подсистем обмена данными в ведомственных сетях связи.

Полезная модель относится к технике связи и может быть использована для построения шлюза (оборудования сопряжения) между общегосударственными сетями обмена данными общего применения (базовыми СОД) и территориальными ведомственными (региональными) СОД и организации линий связи для обмена данными, прежде всего, с подвижными объектами.

Для организации взаимодействия между абонентами базовой и ведомственных СОД, между абонентами этих СОД и абонентами, находящимися на подвижных объектах, создаются программно-аппаратные комплексы (ПАК) обмена данными.

Основой этих комплексов являются комплексы средств автоматизации системы передачи данными (СПД), представляющие собой вычислительный модуль и предназначенные для обеспечения доставки сообщений по сети адресатам. Вычислительные средства средств автоматизации (ПЭВМ) обеспечивают также информационно-техническое сопряжение с каналами связи, в том числе и с радиоканалами.

Организация построения и общие задачи программно-аппаратных комплексов подобного назначения описаны, например, в книге «Автоматизированное управление и связь в ВМФ» (С-Пб, «Элмор», 2001 г., стр.266, абзац 2, стр.271, абзац 3 и 4, стр.274, абзац 2, стр.279, абзац 2). Программно-аппаратные комплексы передачи данных являются основой для построения автоматизированных объектов связи (АОС) автоматизированной подсистемы обмена данными. Подобные решения принимаются и при построении других ведомственных систем передачи данных.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому программно-аппаратному комплексу является мультиплексор телекоммуникационный многофункциональный (патент 2269154, дата публикации - 2006.01.27) (далее - мультиплексор), предназначенный для работы в качестве "интеллектуального" многовходового телекоммуникационного порта персональной ЭВМ, используемой в режиме узловой транспортной станции в сетях передачи данных специального назначения.

Известное устройство построено по модульному принципу и содержит системный блок, в котором размещены модуль телеграфный однополярный (М4ТГО) для сопряжения с четырьмя четырехпроводными каналами связи, модуль четырехканальный стыка С2 (М4С2) для согласования с четырьмя цепями стандартного стыка С2 (RS-232C); модуль четырехканальный телеграфный двухполярный (М4ТГД) для сопряжения с четырьмя телеграфными каналами связи; модуль двухканальный биимпульсный (М2БИ) для сопряжения с двумя четырехпроводными биимпульсными каналами; модуль одноканальный телефонный (М1ТЧ/ТФ) для сопряжения с 2-х и 4-х проводными телефонными каналами; «m» модулей адаптеров четырехканальных асинхронных (МА4А) для реализации протоколов канального уровня и выполнения процедур взаимодействия с четырьмя каналами связи.

Адаптеры МА4А через шину внутреннего параллельного интерфейса (ВПРИ) взаимодействуют с платой группового управления (ПГУ), которая через плату сопряжения (ПС) взаимодействует с управляющей формированием, распределением и управлением каналами связи ПЭВМ и в системном блоке которой размещается плата сопряжения.

Мультиплексор обеспечивает совместно с управляющей ПЭВМ взаимодействие с каналами связи в соответствии с протоколами информационного обмена физического, канального, сетевого и транспортного уровней. При этом транспортный и сетевой уровни реализуются программным обеспечением управляющей ПЭВМ. Физический и канальный уровни взаимодействия с каналами связи реализуются аппаратной частью и внутренним программным обеспечением мультиплексора.

Мультиплексор в сочетании с управляющей ПЭВМ и программным обеспечением образуют транспортную станцию, обеспечивающую:

- образование специальных файлов-заявок с маршрутно-адресной информацией;

- установление физических и логических соединений в сетях передачи данных;

- пересылку файлов между узловыми и абонентскими ПЭВМ;

- автоматический переход на резервный канал связи при отказе основного канала;

- архивацию/деархивацию передаваемой информации;

- контроль передачи файлов;

- ведение статистической информации.

Как вытекает из описания, функциональной основой изделия-аналога является многоуровневая микропроцессорная структура, ориентированная на выполнение многоканального информационного обмена по каналам связи и состоящая из функциональных электронных модулей, соединенных между собой интерфейсными связями.

Программно-аппаратное взаимодействие мультиплексора (изделия-аналога) с управляющей ПЭВМ организовано через стандартную системную магистраль ISA ПЭВМ. Информационная связь осуществляется через оперативную память мультиплексора, размещаемую в адресной сетке процессора ПЭВМ. Запросы на информационное обслуживание, поступающие от мультиплексора, обрабатываются стандартным механизмом приоритетных прерываний ПЭВМ.

Мультиплексор (изделие-аналог) функционирует в двух режимах:

- передача информации от ПЭВМ в канал связи;

- прием информации из канала связи в ПЭВМ.

К недостаткам изделия-аналога можно отнести:

1. Из описания работы аналога следует, что мультиплексор телекоммуникационный многофункциональный практически может выполнять свои функции в полном объеме только совместно с управляющей ПЭВМ, т.е. мультиплексор и ПЭВМ представляют одно изделие. Для организации взаимодействия адаптеров 3 (нумерация по фиг.1 прототипа) и интерфейсных модулей 4-10 (нумерация по фиг.1 прототипа) и управления ими в состав мультиплексора включены функциональные узлы 12 (ВПРИ) и 2 (ПГУ), а для взаимодействия с внешней ПЭВМ - плата сопряжения 1. При этом, как следует из описания аналога, ВПРИ (внутренний параллельный интерфейс) - это упрощенный, собственной разработки, вариант системной шины ISA ПЭВМ, ПГУ - это практически микропроцессор, управляющий шиной ВПРИ, т.е. для организации ввода/вывода в ПЭВМ информации, передаваемой по каналам связи систем передачи данных нужна ПЭВМ, обеспечивающая выбор (коммутацию) каналов связи и управление этими каналами. В прототипе для этого используется нетиповая (по-существу - специально разработанная) ПЭВМ. Следовательно, наличие модулей ПГУ, ПС, ВПРИ в составе мультиплексора технически в общем случае неоправданно, и, скорее всего, представляет собой частное решение для конкретного случая и только осложняет функционирование устройства ввода/вывода в ПЭВМ каналов связи и снижает надежность всего изделия.

2. Возможность использования спецаппаратуры для закрытия канала связи только декларируется (отмечено, как недостаток прототипа и упомянуто в последней фразе описания) и никакими техническими решениями и пояснениями при описании работы и конструкции не подтверждается. Известно, однако, что в ведомственных сетях специального назначения передача открытой, незашифрованной информации является скорее исключением, чем правилом.

3. Технические возможности объединенного изделия «Мультиплексор телекоммуникационный - управляющая ПЭВМ» как «узловой транспортной станции в сетях передачи данных специального назначения» ограничиваются возможностями одной ПЭВМ и количеством и типами интерфейсных модулей (устройств сопряжения с каналами связи).

Вместе с тем известно, что в зависимости от места пункта управления (источника информации) в системе управления существенно меняется потребность в количестве (от нескольких до нескольких сот) каналов связи и их типах. Кроме того, расписание сеансов связи с подвижными объектами, оснащение их аппаратурой связи (количество и качество ее) также накладывает определенные требования к методам организации связи и количеству требуемых каналов связи. Это накладывает на транспортную станцию определенные требования и, прежде всего, построение ее в соответствии с принципами открытых систем, что обеспечит изменение и наращивание аппаратных и программных функций в будущем.

Для организации связи с подвижными объектами в системах управления специального назначения на объектах связи, кроме того, необходимо обеспечить возможности:

- хранения расписания сеансов связи с каждым взаимодействующим объектом;

- хранения данных об оснащении и местоположении каждого из подвижных объектов и расписание выхода их на связь;

- кодопреобразования индивидуально для каждого подвижного объекта или каждой радиолинии и формирования параметров радиолиний обеспечивающих гарантированный прием сообщений каждым подвижным объектом;

- приема и хранения сообщений от вышестоящих пунктов управления (ПУ);

- автоматического доведения до подвижных объектов формализованных и неформализованных сообщений, поступающих от вышестоящих ПУ в соответствии с системой адресования (циркулярно, избирательно, многоадресно, по списку);

- автоматизированного режима выдачи сообщений в соответствии с действующей организацией связи;

- контроля информационной безопасности автоматического отображения командно-оперативной, справочно-технической и диагностической информации;

- наращивания количества используемых каналов связи.

Программно-аппаратные комплексы ведомственных сетей должны обеспечить работу в следующих режимах:

1) ретрансляции сообщений в адрес подвижных объектов, поступающих из базовой СОД, в том числе:

- прием сообщений от пунктов управления из базовой СОД и ретрансляцию их по радиоканалам на подвижные объекты;

- прием сообщений от подвижных объектов и ретрансляцию их по базовой СОД на пункты управления;

- передачу в адрес объектов СОД и на подвижные объекты сообщений, введенных оператором поста связи на АОС;

- передачу на подвижные объекты сообщений в режиме открытой слуховой связи;

2) ретрансляции сообщений в адрес подвижных объектов, поступающих из региональной СОД, в том числе:

- прием сообщений от ПУ по прямым каналам передачи данных и ретрансляции их на подвижные объекты;

- прием сообщений от подвижных объектов и ретрансляцию их по каналам связи на ПУ;

- передачу в адрес ПУ и подвижных объектов сообщений, введенных операторами АОС с АРМ;

- передачу на подвижные объекты сообщений в режиме открытой слуховой связи.

Целью заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей комплекса как узловой транспортной станции в сетях передачи, прежде всего ведомственного назначения, путем:

- обеспечения возможности расширения номенклатуры и количества используемых открытых и шифрованных каналов связи;

- увеличения количества используемых в составе КТС ПАК технических средств общего применения взамен специально разработанных;

- расширения функциональных возможностей по управлению каналами связи;

- расширения (увеличение перечня) возможных режимов работы;

- обеспечения возможности комплексирования ПАК из набора функциональных модулей для объектов связи различного уровня управления.

Поставленная цель достигается тем, что в составе программно-аппаратного комплекса функции мультиплексирования, коммутации и управления техническими средствами программно-аппаратного комплекса и каналами связи выполняет ПЭВМ, являющаяся одновременно сервером локальной сети, к которой подключены автоматизированные рабочие места, осуществляющие прием/передачу, обработку, хранение информации и управление системой обмена данными, а в разъемы системной шины материнской платы этой ПЭВМ устанавливаются модули адаптеров, реализующих протоколы канального уровня, а модули сопряжения с каналами связи со стандартными стыками конструктивно объединены в отдельный блок (крейт) - блок интерфейсов каналов связи.

С целью обеспечения возможности обработки на постах связи конфиденциальной информации и с целью обеспечения возможности подключения к каналам связи спецаппаратуры, автоматизированные рабочие места для приема, хранения и обработки конфиденциальной (секретной) информации и управления системой обмена данными, а также функциональные узлы программно-аппаратного комплекса, размещаемые в отдельном конструктиве (стойке), изготавливаются в соответствии со спецтребованиями, а для передачи конфиденциальной информации по открытым (незащищенным) каналам связи между конструктивами, в которых размещены функциональные узлы, изготавливаемые в соответствии со спецтребованиями и функциональные узлы, изготавливаемые в общепромышленном исполнении включаются шифраторы, количество которых соответствует соотношению закрытых и открытых каналов связи.

Модули сопряжения с каналами связи устанавливаются на кросс-плате, размещаемой в отдельном блоке (крейте) вместе с питающим устройством и устройством функционального контроля и управления.

Наличие в составе ПАК постов связи, выполняемых на ПЭВМ, позволяет разделить подвижные объекты на группы и учесть специфику организации связи с каждым из них, заранее готовить сообщения для передачи с учетом этой специфики.

Возможность наращивания функциональных возможностей ПАК обеспечивается за счет локальной вычислительной сети, позволяющей не только увеличивать количество постов связи, но и увеличивать число модулей обработки несекретной и конфиденциальной информации с модулями адаптеров, реализующих протоколы канального уровня. Кроме того, ПЭВМ имеет разъемы для подключения дополнительных внешних устройств, что также может быть использовано для увеличения функциональных возможностей ПАК.

Схема заявляемого технического решения по построению программно-аппаратного комплекса представлена на фиг.1.

Модули сопряжения с каналами связи (интерфейсные модули) 1-4 обеспечивают работу по физическим линиям, по которым передаются/принимаются сообщения по телеграфным, телефонным каналам и каналам передачи данных. Интерфейсный модуль 5 обеспечивает передачу/прием сообщений по физической линии, соединяющей блок интерфейсов каналов связи 6 с шифраторами 7 и спецаппаратурой, имеющей стык (интерфейс) С2 спец. Интерфейсные модули 1-5, кроме того, обеспечивают сопряжение интерфейсов физических линий с логическими уровнями модулей адаптеров 8, обеспечивающих реализацию протоколов канального уровня и выполнение процедур взаимодействия с каналами связи.

Модули сопряжения с каналами связи размещены в отдельном блоке (крейте) - блоке интерфейсов каналов связи 6.

Модули адаптеров 8 устанавливаются в разъемы системной шины 9 материнской платы системного блока ПЭВМ 10.

Количество разъемов системной шины 9 материнской платы системного блока ПЭВМ ограничивают количество доступных каналов связи.

Системный блок ПЭВМ 10 и блок (крейт) интерфейсов каналов связи 6 комплексируются в конструктивном модуле (стойке) 11 обеспечивающем обработку открытой и зашифрованной конфиденциальной информации и сопряжение с каналами связи.

Посты связи (АРМы операторов связи) (12) обеспечивают прием/передачу открытой информации с подвижными объектами и взаимодействуют с системным блоком ПЭВМ 10 через локальную вычислительную сеть 13. На постах связи 12 сообщения, предназначенные для подвижных объектов собираются, обобщаются, хранятся, готовятся к отправке и отправляются в адрес конкретных подвижных объектов.

Пост функционального контроля и управления (АРМ ФКУ) 14 обеспечивает функциональный контроль комплекса и организацию взаимодействия с сетями обмена данных.

ЛВС 13 позволяет, кроме того, наращивание числа модулей обработки информации 11, обеспечивающих увеличение количества доступных каналов связи или увеличение количества доступных сетей передачи данных, т.е. расширяются возможности изделия как узловой транспортной станции и межсетевого коммутатора.

Программное обеспечение системного блока ПЭВМ 10 реализует протоколы информационного обмена сетевого и транспортного уровней.

Протоколы информационного обмена более высоких уровней реализуются на ПЭВМ постов 12 и 14.

Полученные по каналам связи зашифрованные конфиденциальные сообщения через интерфейсный модуль 5 передаются на шифраторы 7, дешифрируются, поступают на модуль сопряжения 15 конструктивного модуля (стойки) обработки незашифрованной конфиденциальной информации 16 и далее через модули адаптеров 17, установленные в разъемы системной шины материнской платы 18 системного блока ПЭВМ 19, локальную вычислительную сеть 20 - на посты связи приема/передачи конфиденциальной информации 21.

Блок интерфейсов каналов связи 22 модуля обработки незашифрованной конфиденциальной информации 16 содержит также модули сопряжения с выделенными специальными каналами связи 23.

Назначение постов связи 21, поста (АРМ) функционального контроля и управления 24, ЛВС 20 аналогично назначению постов 12, 14 и ЛВС 13 соответственно. Назначение и функции модулей, размещаемых в модуле (стойке) 16 аналогичны назначению и функциям модулей, размещаемым в модуле (стойке) 11. Однако конструктивно эти элементы должны быть выполнены в соответствии спецтребованиям и размещаться отдельно от модулей, обрабатывающих открытую информацию.

Порядок работы заявляемого программно-аппаратного комплекса

Для определенности и конкретности описания предлагаемых технических решений на рисунке (фиг.2) показано место заявляемого ПАК в составе узла связи пункта управления ведомства и место его в ведомственной системе связи с подвижными объектами.

Прием информации

В зависимости от состояния системы связи системы управления ведомства информация может поступать либо от центра коммутации сообщений (пакетов) (ЦКС, ЦКП) базовой сети обмена данными (БСОД), либо региональной сети обмена данными (РСОД), либо от их мобильных дублеров, либо по каналам связи из ЕСЭ РФ.

Так как типы каналов могут быть любыми, в модулях сопряжения с каналами связи 1-5 (интерфейсных модулях) линейные сигналы преобразуются в сигналы интерфейса, принимаемого модулями адаптеров 8, реализующих протоколы канального уровня.

Модуль адаптера 8 представляет собой специализированный микропроцессорный контроллер, программное обеспечение которого обеспечивает:

- передачу (прием) информационных блоков в (из) канал(а) связи;

- реализацию процедур установления физического соединения;

- синхронизацию процессов информационного обмена;

- реализацию алгоритмов помехозащищенного кодирования и исправления ошибок в сообщении, поступившем из канала связи.

Информационный сигнал через разъем системной шины материнской платы 9 поступает на дальнейшую обработку в штатный процессор системного блока ПЭВМ 10, выполняющей функции мультиплексора, коммутации и управления каналами связи, подключаемых к шине 9 модулями адаптеров 8. По адресам абонентов и по заголовкам информационных сообщений штатный процессор ПЭВМ определяет, зашифрованная информация или открытая передается по каналу связи, и направляет (переключает) ее либо на модуль интерфейсный 5 для передачи через шифратор 7 модуль обработки незашифрованной конфиденциальной информации 14, либо на посты открытой связи 12 через ЛВС 13.

Шифрованная информация после рассекречивания шифратором 7 поступает через интерфейсный модуль 15 блока интерфейсов каналов связи 22 модуля обработки незашифрованной секретной информации 16, модуль адаптеров 17, шину материнской платы 18 и ЛВС 20 на посты связи приема/передачи конфиденциальной информации 21.

Модуль адаптеров 17, по своему функциональному назначению представляющий собой аналог модуля адаптера 8, обеспечивает обработку незашифрованной конфиденциальной информации до шифратора 7.

Системный блок 19 также функционально аналогичен системному блоку 10, и выполняет функции сервера локальной сети, объединяющей посты связи приема/передачи конфиденциальной информации, пост функционального контроля и управления, в том числе и взаимодействием с ведомственными сетями передачи данных.

Посты связи 12 (21) накапливают и, в случае необходимости, обрабатывают поступившие сообщения и готовят их для передачи его конкретному объекту по конкретной линии связи для чего в соответствии с расписанием и схемой организации связи по заявкам этих постов готовятся технические средства для организации соответствующей линии связи.

Передача информации

Подготовленная для каждого конкретного объекта информация в соответствии со схемой организации и расписанием связи передается постом связи 12 (21) через локальную вычислительную сеть 13 (20) в системный блок ПЭВМ 10 (19), в котором сообщению придают все необходимые атрибуты - формируют адресную часть и служебные признаки, в зависимости от адресата, формируют ту или иную кодограмму и передают через модули адаптеров 8 (17) и один из интерфейсных модулей 1-5 через центры вторичных сетей (ТФЦ, ТГЦ, ЦПД и т.п.) до оборудования каналообразования первичной сети (ЦКО, ПРЦ, ПДРЦ, ЦСС, кабельные линии связи и т.п.), где окончательно и формируются каналы передачи информации на подвижные объекты.

1. Программно-аппаратный комплекс технических средств автоматизированной системы обмена данными (мультиплексор телекоммуникационный многофункциональный), построенный по модульному принципу и содержащий модули адаптеров, реализующих протоколы канального уровня и выполняющих процедуры взаимодействия с каналами связи, выходы которых подключены к входам модулей сопряжения с каналами связи со стандартными стыками (С1-ТГ, С1-ТЧ, С1-И, С2, С2 спец, и др.) и сгруппированными по типам используемых каналов (ТЧ, ТГ и т.д.), отличающийся тем, что в составе программно-аппаратного комплекса функции мультиплексирования, коммутации и управления техническими средствами программно-аппаратного комплекса и каналами связи выполняют функциональные модули, размещаемые в системном блоке ПЭВМ, которая управляет работой этих функциональных модулей и является одновременно сервером локальной сети, к которой подключены автоматизированные рабочие места, осуществляющие прием/передачу, обработку, хранение информации и управление системой обмена данными, а в разъемы системной шины материнской платы этой ПЭВМ устанавливаются модули адаптеров, реализующих протоколы канального уровня, а модули сопряжения с каналами связи со стандартными стыками конструктивно объединены в отдельный блок (крейт) - блок интерфейсов каналов связи.

2. Программно-аппаратный комплекс по п.1, отличающийся тем, что автоматизированные рабочие места для приема, хранения и обработки конфиденциальной (секретной) информации и управления системой обмена данными, а также функциональные узлы программно-аппаратного комплекса, размещаемые в отдельном конструктиве (стойке), изготавливаются в соответствии со спецтребованиями, а для передачи конфиденциальной информации по открытым (незащищенным) каналам связи между конструктивами, в которых размещены функциональные узлы, изготавливаемые в соответствии со спецтребованиями, и функциональные узлы, изготавливаемые в общепромышленном исполнении, включаются шифраторы, количество которых соответствует соотношению закрытых и открытых каналов связи.