CC BY
139
УДК 621.394.6; 654.1
А.С. Крутолапов
ОРГАНИЗАЦИЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ГПС МЧС РОССИИ
Рассмотрены вопросы организации обслуживания пользователей с сети передачи данных ГПС МЧС России, предложены: техническое обеспечение сетей передачи данных, архитектура распределённой информационной среды; структура программного обеспечения распределённой информационной среды подразделений ГПС МЧС России.
Ключевые слова: сеть, передача данных, автоматизированная система диспетчерского управления, структура, Internet, архитектура, программное обеспечение, модели развития сетей передачи данных, браузер, «клиент-сервер».
A. Krutolapov
USERS ADMINISTRATION OF DATA NETWORKS UNITS OF STATE FIRE-FIGHTING SERVICE OF EMERCOM OF RUSSIA
The article views the topical issues in the sphere of users' administration of data networks units of state fire-fighting service of EMERCOM of Russia. The author of the article suggests technical support of data network, architecture and software structure of distributed information system.
Keywords: network, data network, automated control system, structure, Internet, architecture, software, development models of data network, browser, "client-server".
Проблемы организации обслуживания пользователей в сетях передачи данных при обеспечении контроля функций качества для подразделений ГПС МЧС России имеют большое значение. Рассмотрим последовательно, как эти функции могут быть достигнуты.
Техническое обеспечение и структура сетей передачи данных (СПД). Под техническим обеспечением понимается совокупность связанных и взаимодействующих технических средств вычислительной техники и каналов связи, используемых при функционировании СПД.
Наиболее сложной с точки зрения технического обеспечения является организация каналов передачи данных, которые должны обеспечивать приемлемое качество передачи информации. При организации СПД ставится задача обеспечения реального высокоскоростного доступа к глобальным информационным сетям, в т. ч. и Internet, пользователей информационной среды. В настоящее время явно проявились две модели развития СПД:
- централизованная модель, когда имеется явно выраженный центр концентрации информационных потоков, и взаимодействие удалённых пользователей осуществляется через Internet;
- децентрализованная модель, когда функции хранения и обработки информации относительно равномерно распределены по удалённым структурным подразделениям.
Эти модели оказывают существенное влияние как на развитие системы ресурсных центров в регионах, так и на организацию каналов передачи данных распределённых подразделений ГПС МЧС России.
Аренда существующих каналов передачи данных глобальной сети Internet является не самым лучшим решением по причине отсутствия каких-либо гарантий качества и безопасности при передаче информации. Каналы сети Internet должны использоваться только для доступа к её сервисам в случае необходимости и изолироваться от внутренней информационной среды. Поэтому в основе построения СПД должен лежать принцип использования собственных каналов передачи данных.
Топология и технология построения такой сети зависит от географических и социально-экономических особенностей региона, сложившейся структуры управления и т. д. Наиболее широко применяются две технологии (в чистом виде или сочетании).
Во-первых, построение опорной сети на безе оптоволоконных линий связи находит наибольшее применение в регионах, имеющих децентрализованную модель развития информацион-
ных технологий как в сфере безопасности, так и в других отраслях. Наиболее часто опорные сети строятся на основе топологий «кольцо» и «звезда».
Во-вторых, применение технологий спутникового доступа более целесообразно в условиях централизованной модели развития информационных технологий. Это объясняется экономической необоснованностью прокладки оптоволоконных кабелей в территориях, отличающихся менее интенсивным информационным обменом, значительной удалённостью от существующих магистральных каналов передачи данных.
При построении СПД (в том числе и в сфере безопасности) одной из наиболее распространённых технологий спутникового доступа является технология VSAT (Very Small Aperture Terminal - станции с очень малой апертурой антенн).
На данный момент есть необходимость говорить об интеграции удалённых филиалов в единую информационную среду только на уровне АСДУ. Однако в случае дальнейшего развития и распространения технологий непрерывной информационной поддержки жизненного цикла изделий (CALS) возникнет необходимость интеграции и других систем автоматизации производства. В этом случае актуальность введения развитой системы качества обслуживания станет ещё более значимой.
В автоматизированных системах диспетчерского управления выделяют обычно 7 «контуров», начиная с первичного учёта до анализа и принятия управленческих решений. В нашем случае имеет значение лишь тот факт, что взаимодействие происходит через центральную базу данных головного предприятия. Это касается как пользователей локальной вычислительной сети головного предприятия, так и удалённых пользователей.
С целью определения принципов организации информационного обмена в АСДУ с поддержкой качества обслуживания необходимо рассмотреть архитектуры построения распределённых информационных сред.
Архитектура распределённой информационной среды подразделений ГПС МЧС России. Современные распределённые информационные системы строятся, на основе архитектуры «клиент - сервер» [1 - 3]. Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, использующий этот ресурс, - клиентом. В информационных системах с архитектурой «клиент - сервер» выделяют серверы баз данных и серверы приложений.
Один из основных принципов технологии «клиент - сервер» заключается в разделении функций стандартного приложения на три группы:
- функции ввода и отображения данных;
- прикладные функции, характерные для данной прикладной области;
- функции хранения и управления данными.
В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты соответственно:
- компонент представления;
- прикладной компонент;
- компонент доступа к информационным ресурсам или менеджер ресурсов.
Различия в реализации приложений в рамках технологии «клиент - сервер» определяются тремя факторами. Во-первых, тем, в какие виды программного обеспечения интегрирован каждый из этих компонентов. Во-вторых, тем, какие механизмы используются для реализации каждой из трёх групп. В третьих, - каким образом логические компоненты распределены между компьютерами в сети передачи данных. В соответствии с этим выделяют три основных модели доступа к данным:
- модель доступа к удалённым данным;
- модель сервера баз данных;
- модель сервера приложений.
В двух первых моделях реализована двухуровневая схема разделения функций: в первой из них прикладные функции выполняются совместно с функциями представления программой-клиентом, в то время как во второй - выполнение прикладных функций передано серверу, и ответ-
ственность за их выполнение возложено на ядро СУБД, так что прикладной компонент интегрируется в компонент доступа к информационным ресурсам. Взаимодействие компонентов клиента и сервера управляется самой СУБД. Такая архитектура получила название двухуровневой. Она позволяет добиться переносимости приложений, и хорошо приспособлена к применению средств быстрой разработки.
В третьей модели реализована трёхуровневая схема разделения функций, в которой прикладной компонент выделен в самостоятельный элемент. В модели сервера приложений Application Server (AS) процесс, выполняющийся на компьютере-клиенте выполняет ввод и отображение данных).
В зависимости от организации процесса информационного обмена серверов приложений может быть несколько. Обращение пользователей к серверу баз данных при необходимости может осуществляться через WEB-сервер (так называемая Internet/Intranet технология). Любая программа, которая пользуется ими, рассматривается как клиент приложения Application Client (АС), Подробности реализации прикладных функций в сервере приложений скрыты от клиента приложений. При этом клиент приложений обращается с запросом не вообще к серверу приложений AS, а к конкретной службе этого сервера. Такая форма организации запросов позволяет эффективно управлять балансом загрузки на основе организации очередей к AS-процессу, который извлекает очередной запрос из очереди и передаёт его на обслуживание (обработку) в соответствующую службу в соответствии с приоритетом.
Переход к трёхуровневой архитектуре является обоснованным, если [4]:
- число параллельно подключенных к базе данных пользователей превышает 50;
- приложение вызывает разделяемые функции, реализующие логику системы, и активно использует хранимые процедуры;
- широко применяется кэширование данных, которое проще реализовать не на уровне клиента, а на выделенном сервере приложений;
- приложение должно функционировать в глобальной сети с территориально распределёнными узлами;
- требуется проверка полномочий пользователей, обращающихся к базам данных.
Создание сложной распределённой интегрированной информационной системы должно базироваться на трёхуровневой технологии «клиент - сервер».
В трёхуровневой модели основная часть обработки информации перемещается на серверы приложений, которые в свою, очередь, пользуются услугами серверов баз данных, но пользовательский интерфейс по-прежнему остаётся на рабочей станции-клиенте. Необходимость стандартизации, упрощения и сопровождения клиентской части делает целесообразным применение Internet/Intranet технологий.
На основе приведённых выше требований, современных тенденций развития распределённых информационных систем и целей и задач исследования предложна архитектура СПД, приведённая на рис. 1.
Функции управления пользователями возлагаются на систему управления и контроля, взаимодействующую с хранилищем данных путём управления выполнением прикладных программ обработки данных. Система управления и контроля, получив клиентский запрос, создаёт экземпляр необходимой для обработки полученного запроса прикладной программы в виде отдельного процесса или потока. Задачей экземпляра прикладной программы может является обработка полученных данных в клиентском запросе и подготовка данных для ответа. В процессе подготовки ответа экземпляр прикладной программы может обращаться к хранилищу данных.
Одним из важнейших механизмов поддержания работоспособности и повышения эффективности работы информационной среды является мониторинг и учёт используемых информационных ресурсов, реализуемый подсистемой мониторинга и учёта.
Принципиальным отличием данной архитектуры от существующих является наличие подсистемы управления процессом обработки заявок на обслуживание. Основной целью данной подсистемы является обеспечение дифференцированного качества обслуживания пользователей в
случае длительных перегрузок в информационной среде. Подсистема работает на уровне пользовательских запросов, основным критерием качества обслуживания является длительность пребывания заявки в системе, а приоритет определяется степенью важности оперативности доставки информации для АСДУ.
Обращение к серверу
Клиент
Клиентское приложение
Сервер
Сервер приложений
Система управления и контроля
Подсистема мониторинга и учёта
Подсистема управления порядком предоставления информационных ресурсов
А
> *
Сервис 1
!
1
Сервис N
Хранилище данных
!
Результат работы сервера
Серверы баз данных
Базы данных
Рис. 1. Архитектура сети передачи данных, обеспечивающая реализацию функций качества обслуживания
Особенности функционирования программного обеспечения распределённой информационной среды подразделений ГПС МЧС России. Широкое распространение Internet-технологий даёт новые возможности по доступу и обработке информации. Это в значительной степени отражается на структуре и составе программного обеспечения СПД. Основной целью сети является предоставление пользователям возможности доступа ко всем её ресурсам, однако не всем пользователям нужен постоянный доступ ко всем ресурсам. Поэтому СПД часто реализуется, как совокупность подсетей. Деление на подсети уменьшает общий трафик, повышает гибкость, увеличивает защиту данных и облегчает управление сетью.
Интрасеть - это сочетание существующих технологий локальных и глобальных сетей с новыми технологиями Internet, обеспечивающее пользователю полную независимость от платформы и позволяющее ему использовать несколько разных клиентских приложений для доступа к различным серверным службам. У организаций, реализующих эту технологию, как бы появляется свой собственный внутренний Web-узел, обеспечивающий такие же функции и возможности, как и в Internet, однако страницы и информация являются «внутренними» для организации [5].
Интрасеть позволяет упростить доступ к данным с помощью множества клиентских приложений. Клиенты, необходимые для доступа к нескольким хранилищам данных, могут быть объединены в одно интегрированное клиентское приложение. Оно будет обеспечивать доступ к службам и информации, хранящейся традиционным способом или в рамках возможностей Интрасети. Доступ упрощается также благодаря тому, что необходимый для этого промежуточный уровень представляет собой набор HTML-страниц в сочетании с технологиями компонентного программного обеспечения, обеспечивая единый интерфейс для серверных служб. Применение Интрасети для доступа к существующим серверным службам при использовании серверной платформы оказывается прозрачным. Применение универсальных средств навигации для обращения к необходимой информации даёт простой способ доступа к корпоративной информации, где бы она ни находилась.
72 -
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'1
Основные преимущества, обеспечивающие применение интрасетей с точки зрения приложений, следующие:
- увеличение производительности;
- уменьшение затрат и снижение сложности;
- простота создания, развёртывания и администрирования.
Единый клиентский интерфейс Интрасети, Web-браузер (Web-Browser), способствует легкому и эффективному доступу к информации. Конечные пользователи системы в состоянии простыми средствами создать и опубликовать необходимую информацию так, что потребители этой информации смогут легко её найти и получить к ней доступ. Вместо того чтобы сохранять информацию в виде файла на файловом сервере, они публикуют её в Интрасети в виде Web-страницы, что гарантирует доступ к ней для сотрудников организации, обладающих достаточными правами.
Интрасеть - это интегрированная точка доступа для всех форм процесса передачи данных. Результатом внедрения этой технологии является снижение расходов на подготовку персонала. Упростив рабочую среду пользователей, организация сможет облегчить её обслуживание и снизить затраты на службу информационных технологий.
В случае организации распределённой информационной среды на основе Intranet-технологии функциональная схема программной составляющей СПД может выглядеть, как это показано на рис. 2. В данном случае нет необходимости разделения пользователей на внутренних и удалённых. И те и другие используют стандартное коммуникационное локальное программное обеспечение, позволяющее обращаться к сервисам среды через единый коммуникационный сервер.
Клиент 1
Комм. браузер
• ••
Клиент N
Комм. браузер
Коммуникационный сервер
Система управления и контроля
Комм. браузер
Удалённый клиент 1
Комм. браузер
Удалённый клиент N
Рис. 2. Функциональная схема программной составляющей распределённой информационной среды
Эта схема является типовой схемой организации открытых систем, хотя и может претерпевать изменения в плане распределения функций по физическим серверам. Для повышения отказоустойчивости системы и разгрузки сервера базы данных возможно распределение этих функций между двумя физическими серверами [6, 7]. Состав и функции ядра зависят от набора и видов прикладных задач предметной области и определяются выбранной технологией организации работы режима «клиент - сервер».
На физическом коммуникационном сервере функционируют: серверные части коммуникационных приложений (Й1р-сервер) и система управления и контроля. Выделение отдельного физического сервера для размещения коммуникационного программного обеспечения необходимо не только с точки зрения безопасности, но и с точки зрения производительности, так как функционирование развитой системы управления и контроля значительно повысит требования к аппаратному обеспечению, как по производительности, так и по памяти.
Удалённые пользователи взаимодействуют с ядром информационной системы на основе интернет-технологий. На сегодняшний день существует множество различных способов организации подобного взаимодействия, которые можно классифицировать по различным критериям. В основу
классификации положим степень использования стандартного программного обеспечения на стороне удалённого пользователя. Можно выделить следующие технологии организации взаимодействия [8].
Использование стандартных браузеров. В настоящее время существует большое количество стандартных браузеров (Internet explorer, Netscape navigator, Opera и др.). Важным качеством Internet браузеров является возможность их расширения пользовательскими функциями и элементами. В качестве механизмов расширения применяются: скрипты, встроенные в HTML документы; Java-аплеты; AcriveX-элементы.
Использование стандартных Web-браузеров значительно облегчает задачу сопровождения прикладных программ ввиду их сосредоточенности на стороне сервера. Использование Web-браузера имеет интуитивно понятный и широко распространённый интерфейс, поэтому использование программы клиента практически не требует дополнительных затрат времени на освоение. Использование стандартных браузеров позволяет в достаточно короткие сроки создавать адаптированные программы просмотра с минимальными затратами за счёт использования стандартных средств просмотра и навигации.
Основными недостатками являются: сложность создания уникального интерфейса, низкие возможности адаптации ряда инструментов (например, навигации) к специфике решаемых задач.
Создание специализированного программного обеспечения клиента с использованием универсальных языков программирования. Преимуществом такого метода является возможность создания браузеров, полностью ориентированных на специфику решаемых задач и пользовательского интерфейса. Недостатком является сложность, трудоёмкость создания приложения и, соответственно, экономическая неэффективность.
Использование специализированных библиотек. Как правило, эти библиотеки выполняют функции отображения информации, поиска и навигации, оставляя реализацию пользовательского интерфейса прикладным программистам, реализующим конкретные браузеры. Такой подход является в некотором смысле промежуточным между первыми двумя. С одной стороны, стандартные функции выполняются библиотекой, с другой стороны, появляются широкие возможности по адаптации браузера к специфическим требованиям задачи.
Несмотря на ряд присущих ей ограничений, наиболее перспективной практически во всех сферах организации взаимодействия пользователей в открытых системах является первая технология.
Литература
1. Бобровски С. Oracle: вычисления клиент/сервер [Текст] / С. Бобровски. - М.: Изд-во «Лори», 1996. -651 с.
2. Файнберг В. Базы данных типа «клиент-сервер» [Текст] / В. Файнберг // Компьютер пресс, 1991. -№ 7. - С. 49 - 54.
3. Мышенков К.С. Технология перевода системы управления предприятием в архитектуру клиент-сервер [Электронный ресурс] / К.С. Мышенков, A.A. Сталь // Ежемесячный научно-практический интернет-фурнал «Качество, безопасность и экология пищевых продуктов и производств», 2003. - № 4. - Режим доступа: http://ipapk.mgupp.ru.
4. Филлиповский Ю.А. Разработка территориально-распределённой информационной системы управления материально-техническим обеспечением нефтяной Компании [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.13 / Филлиповский Юрий Анатольевич. - М.: МГИЭМ, 2004. - 248 с.
5. Дунаев С. Intranet-технологии [Текст] / С. Дунаев. - М.: Изд-во «Диалог-Мифи», 1997. - 280 с.
6. Зарубаев И.В. Система дистанционного обучения: модели и компоненты в сфере дополнительного профессионального образования [Текст] / И.В. Зарубаев, О.Я. Кравец, С.Л. Подвальный, Е.Д. Федорков // Труды Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2003». - СПб., 2003. - Т 2. - С. 412 - 413.
7. Кондратьев В.К. Профиль виртуальной лаборатории [Текст] / В.К. Кондратьев, Е.Н. Филинов, А.В. Бойченко // Труды Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2003». - СПб., 2003. -Т 2. - С. 470 - 472.
8. Деревнина А.Ю. Технология создания электронных учебников: контент + браузер [Электронный ресурс] / А.Ю. Деревнина, В.А. Семкин // Журнал Министерства образования и науки РФ «Единая образовательная информационная среда», 2004. - № 3. - Режим доступа: http://emag.integro. ministry.ru/ cgibin/index.php?num=24.
