Научная статья на тему 'Пути повышения пропускной способности каналов передачи данных АСКУЭ'

Пути повышения пропускной способности каналов передачи данных АСКУЭ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
653
65
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АСКУЭ / СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ / ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СИСТЕМЫ / ETHERNET 10/100 BASET / LAN / WAN / RS232 / CAN / RS-485 / MPLS / IPSWITCH WHATSUP / AMR / DATA TRANSMISSION SYSTEM / ENERGY-SAVING SYSTEMS

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Чижма Сергей Николаевич, Малютин Андрей Геннадьевич, Серов Дмитрий Александрович

В статье проводится анализ результатов мониторинга потоков трафика в системе передачи данных (СПД), формируемых в автоматизированной системе коммерческого учета энергоресурсов Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги. Анализ и классификация трафика необходимы для выявления нерационального расходования пропускной способности каналов передачи данных и позволяют разработать комп-лекс мер по повышению пропускной способности СПД, что приведет в дальнейшем к росту производительнос-ти и качества обслуживания в СПД АСКУЭ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Чижма Сергей Николаевич, Малютин Андрей Геннадьевич, Серов Дмитрий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Ways of increase the bandwidth of data transmission channels of the AMR system

The article analyzes the results of monitoring traffic flows in the data transmission system of a automatic meter reading systems of the Omsk Branch West Siberian Railway. Analysis and classification of traffic needed to determine the irrational expenditure of bandwidth data transfer and allow to develop a set of measures to increase system capacity. This will allow to increase productivity and quality of service in system.

Текст научной работы на тему «Пути повышения пропускной способности каналов передачи данных АСКУЭ»

УДК 681.518

С. Н. Чижма, А. Г. Малютин, Д. А. Серов

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАЛОВ

ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ АСКУЭ

В статье проводится анализ результатов мониторинга потоков трафика в системе передачи данных (СПД), формируемых в автоматизированного системе коммерческого учета энергоресурсов Омского отделения Западно-Сибирской железной дорога. Анализ и классификация трафика необходимы для выявления нерационального расходования пропускной способности каналов передачи данных и позволяют разработать комплекс мер по повышению пропускной способности СПД что приведет в дальнейшем к росту производительности и качества обслуживания в СПД АСКУЭ.

Автоматизированная система коммерческого учета энергоресурсов предназначена для точного и своевременного учета электроэнергии, позволяет контролировать и анализировать режимы потребления энергоресурсов, принимать решения об их рациональном использовании и агрегировать данные об энергоресурсах системы. Основной целью внедрения АСКУЭ является получение достоверной информации о количестве произведенных, переданных, распределенных и потребленных энергоресурсов.

Стандартный состав АСКУЭ:

первичные преобразователи сигнала;

локальные концентраторы (процессорные, желательно энергонезависимые блоки с собственной энергонезависимой памятью);

системные концентраторы (процессорные, энергозависимые или энергонезависимые с системой защищенного архивирования);

блоки обеспечения трансляции оперативной информации АСКУЭ на системные серверы или диспетчерские компьютеры имеющейся сети;

каналы связи с соответствующей каналообразующей техникой для передачи измерительной информации в рамках АСКУЭ;

средства обработки информации - персональный компьютер (сервер).

В структуре АСКУЭ в общем случае можно выделить четыре уровня (рисунок 1):

первый уровень - первичные измерительные приборы (ПИПы), счетчики, осуществляющие измерение параметров энергоучета потребителей (потребление электроэнергии, мощность и др.) по точкам учета;

второй - устройства сбора и передачи данных (УСПД), специализированные измерительные системы или многофункциональные программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с территориально распределенных ПИПов, накопление, обработку и передачу этих данных на верхние уровни;

третий - персональный компьютер (ПК) или сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с УСПД (или группы УСПД), итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам - подразделениям и объектам предприятия, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений (управления) оперативным персоналом службы главного энергетика и руководством предприятия;

четвертый уровень - сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с ПК и (или) группы серверов центров сбора и обработки данных третьего уровня, дополнительное агрегирование и структурирование информации по группам объектов учета, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений персоналом службы главного энергетика и руководством территориально распределенных средних и

крупных предприятий или энергосистем, ведение договоров на поставку энергоресурсов и формирование платежных документов для расчетов за энергоресурсы.

Уровень 4

Уровень 3

Уровень 2

Уровень 1

Сервер центра сбора и обработки данных 2-го уровня

Сервер центра сбора и обработки данных 1-го уровня

Уровень УСПД

Рисунок 1 - Уровни АСКУЭ

Требования, предъявляемые ко всем уровням и элементам АСКУЭ, приведены в Положении об организации коммерческого учета электроэнергии и мощности на оптовом рынке от 12 октября 2001 г., принятом РАО ЕЭС России.

В системе передачи данных Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги выделено 46 периферийных узлов, в топологии сети выделено два уровня: региональный узел (РУ) - транзитно-периферийный узел (ТПУ) и периферийный - узлов (ПУ).

Каждый ТПУ имеет не менее одного соединения с РУ и не менее одного резервного канала. Топология сети обеспечивает отсутствие единой точки отказа. При отсутствии связи с ТПУ через один из соседних узлов производится переконфигурация сети через другой узел и работоспособность сохраняется. В магистральных каналах связи использованы выделенные в первичной сети ББИ каналы Е1 со скоростью 2,048 Мбит/с. Удаленные тяговые подстанции и отдельно стоящие автоматизированные рабочие места (АРМы) подключаются по высокоскоростной цифровой абонентской линии с одной парой ЗНОБЬ 2,300 Мбит/с.

На Омском отделении ЗСЖД в АСКУЭ объединены 47 тяговых подстанций. Для сбора информации могут быть использованы счетчики отечественного производства ЦЭ6850, ЦЭ6850М, ЦЭ6822, ЦЭ6827М, МИР, С-01, МИР С-02, Евро Альфа, Альфа, Альфа А1800, СЭТ-4ТМ.02, СЭТ-4ТМ.03, ПСЧ-4ТМ, СЕ-102, Меркурий 230. Приведенные модели измерительных счетчиков отвечают требованиям АСКУЭ и стандартам РОСТ Р 52320-2005, 523232005 в части измерения активной энергии и РОСТ Р 52425-2005 - в части измерения реактивной энергии. Использование наиболее современных моделей позволяет значительно расширить перечень регистрируемых параметров, что в итоге приведет к увеличению объема

информации, передаваемой по СПД. Приборы учета энергоресурсов генерируют различные виды трафика и предоставляют возможность управления передачей данных посредством протокола SNMP.

Все уровни АСКУЭ связаны каналами связи, которые различаются как средой, так и логикой работы. Виды каналов связи приведены на рисунке 2. При выборе канала связи руководствуются несколькими критериями: скоростные возможности, надежность, доступность, стоимость организации и обслуживания. При оценке скорости передачи данных необходимо учитывать задержки, которые возникают в каналах связи. Наибольшие задержки возникают в каналах, организованных с помощью сетей сотовой и спутниковой связи. При этом спутниковые каналы передачи данных целесообразно применять на верхних уровнях СПД АСКУЭ при отсутствии возможности использования других видов коммуникаций. Так, при максимальной физической скорости в GSM 9600 бит/с реальная скорость опроса лежит в пределах 2400 - 4800 бит/с.

Выделенные каналы

Коммутируемые каналы

Медные линии

— Преобразователи интерфейсов

Модемы

Радиоканал

Радиомодемы

Системы сотовой связи

— GSM

NMT-450

ТфОП, ведомственные АТС

Системы спутниковой связи

воле

— Globalstar

Преобразователи интерфейсов

WAN, LAN

Рисунок 2 - Классификация каналов связи

Выделенный канал связи - наиболее распространенный и доступный в настоящее время вариант соединения. Как правило, при помощи названного канала организуют сбор данных со счетчиков на объекте. Вариантов реализации таких каналов множество, но обычно используются интерфейсы RS232, Ethernet 10/100 BaseT, CAN, RS-485 или сочетание RS-485 с BOJ1C. В качестве каналообразующей аппаратуры в этом случае применяются преобразователи интерфейсов различных типов (RS-485/FO(SM)/FO(MM)/RS-232). Организацию передачи данных АСКУЭ от устройств ПИПов к устройствам УСПД производят в соответствии с ГОСТ Р МЭК 870-5-101, 870-5-104 и протоколом MODBUS RTU.

Часто для организации выделения каналов используется модемное подключение на базе двух- или четырехпроводных медных линий связи («витая пара»). Надежность установления связи, передачи информации, уровень ошибок в канале при использовании таких решений часто определяется длиной и качеством линии связи.

Широкое применение волоконно-оптических линий связи (BOJTC) в настоящее время имеет ряд причин: во-первых, стоимость активного оборудования и оптоволоконного кабеля

практически сравнялась со стоимостью оборудования, необходимого для реализации медных линий (преобразователи, модемы, кабель), во-вторых, немаловажным фактором при выборе «оптического» решения являются характеристики полученного канала - высокие скоростные способности, невосприимчивость к электромагнитным воздействиям.

Радиоканал находит применение, как правило, в тех случаях, когда прокладка проводной или оптической линии связи затруднена по техническим причинам или по экономическим соображениям. Работа ведется в УКВ-диапазоне (450 МГц), поэтому для организации такого канала связи требуется соблюдение условий прямой видимости удаленных объектов. С точки зрения помехозащищенности и надежности это наиболее уязвимый вариант организации канала связи.

Использование услуг сторонних интернет-провайдеров (ISP) предоставляет возможность работы с УСПД по различным встроенным протоколам (FTP, HTTP), а также возможность проведения удаленного конфигурирования и обновления программного обеспечения (ПО) УСПД без каких-либо перенастроек на самом УСПД.

Для выявления возможных проблем в работе СПД АСКУЭ нужно иметь статистическую информацию, на основе которой можно делать выводы о необходимости модернизации существующих СПД и технологий, применяемых в них. Такую статистическую информацию можно получить, используя специализированное ПО - системы мониторинга сетей (CMC).

На Омском отделении ЗСЖД внедрена CMC Ipswitch WhatsUp. Это мощный понятный инструмент, позволяющий сотрудникам IT-подразделений точнее представить процессы, происходящие в корпоративной сети, и эффективно управлять ею для обеспечения максимального уровня доступности жизненно важных сетевых служб. WhatsUp позволяет обнаруживать сетевые устройства, инициировать их мониторинг, выполнять действия, основанные на изменении статуса устройства в иерархии, что дает возможность идентифицировать отказы до того, как они становятся катастрофическими. Схема сети Омского отделения ЗСЖД приведена на рисунке 3.

С помощью CMC Ipswitch WhatsUp проведен мониторинг трафика СПД АСКУЭ. Так, максимальные значения загрузки по входящему трафику магистрального канала Омск -Новосибирск достигают 97 %, а по исходящему - 80, средние за сутки значения находятся в пределах 52 и 24 %.

Анализ результатов наблюдения суточного трафика показал, что наибольшая загруженность линий наблюдается с 7 до 20 часов, поэтому в целях снижения нагрузки на сеть следует распределять передачу данных по времени, т. е. второстепенный трафик передавать после 20 часов, а во время рабочего дня передавать только трафик первостепенной важности. Это позволит разгрузить канал связи и оптимизировать нагрузку на СПД в целом.

Тяговые подстанции соединены с оборудованием станций по технологии SHDSL со скоростью 2,3 Мбит/с. Усреднение данных со счетчиков происходит каждые 30 минут, при этом загруженность канала составляет менее 1 %. Среднее значение скорости для исходящего и входящего трафика - 1,7 кбит/с. В среднем за сутки счетчик передает 18Мб данных. Это означает, что существует небольшой запас пропускной способности для передачи дополнительных данных с многофункциональных счетчиков, а также для уменьшения интервала усреднения значений.

Можно определить комплекс мер по повышению пропускной способности СПД АСКУЭ: использование резервных каналов СПД в качестве основных; использование обходных каналов передачи данных;

добавление линий передачи данных (данная мера может быть использована на каналах связи, имеющих наибольшую загрузку);

использование на магистральных линиях связи плотного спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM);

разделение передачи важного и второстепенного трафика по времени;

мониторинг и классификация потоков трафика с целью выявления нецелесообразного расходования пропускной способности, использование протокола NetFlow;

использование технологии мультипротокольной коммутации по меткам (MPLS -Multiprotocol Label Switching) и ее базовых сервисов, таких как MPLS-TE (Traffic Engineering), MPLS-QoS, технологии FRR (Fast ReRoute) и AToMPLS (Any Transport Over MPLS).

Рисунок 3 - Схема магистральных каналов передачи данных Омского отделения ЗСЖД

Рассмотрим два последних из указанных к подходов повышению пропускной способности, которые относятся к высокоуровневым методам и обеспечивают наиболее гибкое управление каналом передачи данных.

NetFlow - это протокол, разработанный компанией Cisco, позволяющий устройствам передавать данные о трафике, проходящем через данное устройство, на любой хост в сети, где эти данные могут накапливаться, сохраняться в определенном виде и соответственно отображаться. Суть протокола Netflow в том, что заголовки транзитных IP-пакетов накапливаются в специальном буфере и агрегируются (т. е. пакеты с одинаковыми характеристиками объединяются в одну запись, что позволяет существенно сэкономить на объеме пересылаемых данных по протоколу Netflow). Ipswitch WhatsUp NetFlow Monitor позволяет определять местонахождение неисправностей; анализировать и идентифицировать трафик для LAN и WAN;

№ 2(6) 2011

оптимизировать сетевой трафик для решения рабочих задач, работы бизнес-приложений (классифицировать трафик по степени важности);

наблюдать, как схемы сетевого трафика меняются с течением времени, и оценивать влияние маршрутизации, брандмауэра, DNS и т. д.

MPLS Traffic Engineering (MPLS-TE) - это возможность управления направлением прохождения трафика с целью выполнения определенных условий (резервирование каналов, распределение загрузки сети, балансировка и предотвращение перегрузок). Обычные протоколы маршрутизации (IGP-протоколы IS-IS, OSPF, RSVP) предоставляют ограниченные возможности по управлению трафиком на основе метрик составляющих сеть линков. Основной механизм ТЕ в MPLS - использование однонаправленных туннелей для задания пути прохождения определенного трафика: для одного вида трафика, например, для высокоприоритетного, голосового, можно проложить один путь через сеть, а для низкоприоритетного - другой. Так как туннели однонаправленные, то обратный путь может быть совершенно другим.

Применение технологии Fast ReRoute (FRR) позволяет временно направить трафик по запасному каналу в обход отказавшего участка магистрали. Время восстановления процесса передачи порядка 50 мс. Предварительно конфигурируется запасной туннель.

Рассмотренные пути повышения пропускной способности СПД АСКУЭ обеспечивают расширение и оптимизацию СПД как за счет применения классических подходов, например, введением дополнительных каналов, так и путем управления трафиком и повышения качества предоставления высокоуровневых услуг сети.

Таким образом, решение проблем с загруженностью каналов сети передачи данных позволит продолжить наращивать и расширять возможности АСКУЭ, увеличивая экономический эффект от внедрения системы.

УДК 334.012.8

В. Г. Воронин, Е. А. Догадова

НОВЫЙ ПОДХОД В ОЦЕНКЕ РАЗВИТИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАЛОГО И КРУПНОГО ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА (НА ПРИМЕРЕ ОАО «РЖД»)

В статье рассмотрен новый подход в оценке развития и взаимодействия малого и крупного предпринимательства на примере ОАО «РЖД» в сравнении с потребительским индексом цен за 2004 - 2008 гг.

Развитие экономического потенциала на долгосрочном уровне для предпринимательства современной России чрезвычайно актуально. Эффективное функционирование национальной экономики возможно лишь при оптимальном соотношении количества крупных, средних и малых предприятий. В нашей стране количество малых предприятий по сравнению с крупными компаниями гораздо меньше, чем в развитых странах.

Сбалансированная производственная структура экономики предполагает наличие рациональной пропорции в развитии крупных и малых предприятий. В связи с этим возникает потребность в изучении проблемы взаимодействия данных форм предпринимательства. Для этого необходимо произвести классификацию возможных видов взаимодействия малого и крупного предпринимательства, которые представлены в таблице 1.

Производственно-хозяйственная сфера взаимодействия относится к числу исторически первых и наиболее распространенных в национальной экономике. Это в большей степени выражено в промышленности, особенно там, где наблюдается вертикальная взаимосвязь крупных и малых предприятий. Создание малых предприятий в этом случае способствует

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.