CC BY
70
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
