CC BY
156
ВОПРОСЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА АРХИТЕКТУР СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ И СЕТЯМИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Легков Константин Евгеньевич,
к.т.н., начальник кафедры АСУ ВКА им. А.Ф. Можайского,
г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Буренин Андрей Николаевич,
д.т.н. доц., профессор кафедры АСУ ВКА им. А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Емельянов Александр Владимирович,
адъюнкт кафедры АСУ ВКА им. А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Оркин Вадим Витальевич,
адъюнкт кафедры АСУ ВКА им. А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Ключевые слова: информационная подсистема, автоматизированная система управления, информационная сеть, протокол управления,
системный анализ.
Основой современных систем управления и связи различных министерств и ведомств, предназначенных, в соответствии с законом Российской Федерации "О связи" для нужд обороны, обеспечения безопасности и правопорядка, являются инфокоммуникационные системы и сети специального назначения, появившиеся в результате протекающих процессов конвергенции информационных систем органов управления и телекоммуникационных сетей. Функционирование инфокомму-никационных и информационных систем специального назначения с высокими показателями качества невозможно без создания высокоорганизованной адаптивной системы управления. Инфокоммуникационные системы, в свою очередь, по функциональному назначению делятся на две подсистемы: информационную, включающую инфраструктурный и промежуточный уровень системы, и телекоммуникационную, включающую базовый уровень. Наиболее важной подсистемой с точки зрения автоматизированной системы управления является информационная, также являющаяся информационной основой Единого информационного пространства специального назначения. В соответствии с достигнутыми результатами по организации, принципам построения и моделям функционирования современных информационных систем, рассмотрены вопросы системного анализа архитектур систем управления ими, позволяющие оценить степень архитектурных особенностей автоматизированных систем управления информационных систем и определить направления их развития.
Показано, что при создании и развитии инфокоммуникаций, предназначенных для структур и ведомств, обеспечивающих обороноспособность, безопасность и правопорядок, необходимо четко формировать архитектуры создаваемых АСУ информационными и телекоммуникационными системами и сетями, что возможно осуществить только на основе системного подхода и с привлечением способов системного анализа. Наиболее общим понятием, которое обозначает все возможные проявления и функционирование информационных систем органов управления и систем управления, а также различных информационных и телекоммуникационных сетей специального назначения, является "системность", которую, обычно, рассматривают в различных аспектах, а системный анализ вообще является научным методом, представляющим собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или элементами исследуемых архитектур системы управления. При этом в качестве базового варианта в работе рассматриваются наиболее употребляемые при анализе сложных систем методологии системного анализа.
Для цитирования:
Легков К.Е., Буренин А.Н., Емельянов А.В., Оркин В.В. Вопросы системного анализа архитектур систем управления информационными системами и сетями специального назначения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2016. Том 10. №12. С. 65-70.
For citation:
Legkov К.Е., Burenin A.N., Emelyanov A.V., Orkin V.V. System analysis issues of control systems architectures of information systems for special purpose. T-Comm. 2016. Vol. 10. No.12, pр. 65-70. (in Russian)
Введение
Перспективы создания и развития современных систем инфокоммуникаций специального назначения (в соответствии с [1] для нужд обороны, безопасности страны и обеспечения правопорядка) связаны [2-5] с концепциями глобальной информационной инфраструктуры (Global Information Infrastructure, 011) и сетей следующего поколения (NGN-* сетен) |2-5J. Современные инфокоммуникационные системы по своему функциональному назначению делятся на две подсистемы: информационную (ИПС) и телекоммуникационную (ТКПС). Наиболее важной подсистемой с точки зрения автоматизированной системы управления является информационная, также являющаяся информационной основой Единого информационного пространства специального па-значения.
Будем понимать под ИПС сеть или систему, обеспечивающую предоставление неограничен ного (наращиваемого) набора санкционированных информационных услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счёт унификации защищенных решений. При этом, совместно с ТКПС предполагается реализация защищенной многопротокольной транспортной сеч и с распределённой коммутацией, обеспечивающей основную услугу переноса информации, вынесение функции предоставления информационных и телекоммуникационных услуг в оконечные сетевые узлы (узлы предоставления информационных услуг и узлы предоставления телекоммуникационных услуг) и интеграция с традиционными существующими информационными системами, информационными сетями и сетями связи с интеграцией сервиса (У-ЦСИС и Ш-ЦСИС) при выполнении требований устойчивости и безопасности [2-5].
Современные информационные системы и сети специального назначения как объект управления
ИПС, построенная в соответствии с концепциями Gl! и NGN, обеспечивает предоставление наращиваемого набора персонифицированных санкционированных информационных услуг должностным лицам соответствующих органов управления, комплексам средств информационных и управляющих систем, а также комплексам средств автоматизации. Основой архитектурного построения ИПС является многопротокольная защищенная транспортная сеть, защищенные узлы служб, узлы безопасного управления услугами и система управления.
ИПС, представляющие собой информационное ядро современных систем управления, строятся на основе концепции GII, которая позволяет спецпотребителям санкционировано пользоваться всеми доступными информационными услугами защищенных инфокоммуникаций. Для предоставления информационных услуг в GII используются многочисленные программно-аппаратные средства, позволяющие спецпользователям получать различные информационные и справочные услуги в любое время и с заданными показателями качества. Средства ИПС позволяют унифицировать процедуры предоставления доступа к информационным услугам для различных спецпользователей, а также организовать межсетевое взаимодействие различных информационных систем органов власти, ведомств или корпораций.
Спектр информационных услуг, которые предлагаются в рамках ИПС, достаточно широк и может динамически меняться вместе с изменением доступных ресурсов. Каждый компонент услуги зависит от ресурса, необходимого для ее поддержки. Различают несколько компонентов услуги.
Большое влияние на требования к информационным услугам оказывает процесс конвергенции, приводящий к тому, что они становятся доступными пользователям ведомств и корпораций вне зависимости от способов доступа.
Функциональная модель ИПС представлена двумя уровнями:
- уровень управления коммутацией, передачей и предоставлением информации;
- уровень управления услугами.
Задачей уровня управления коммутацией и передачей является обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками.
Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределённую вычислительную среду, обеспечивающую:
- предоставление информационных услуг;
- управление услугами;
- создание и внедрение новых услуг;
- взаимодействие различных услуг.
Данный уровень позволяет реализовать специфику услуг, и применять одну и ту же программу логики услуги вне зависимости от типа информационных систем и транспортной сети ТКПС (IP, ATM, !-'R, MPLS и т.п.) и способов доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить в ИПС любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней.
Уровень управления услугами включает множество независимых подсистем ("сетей услуг"), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации, что весьма удобно при построении перспективной ИПС.
Вариант структуры перспективной ИПС, построенной в соответствии с концепциями GII и NGN, представлен на рис. 1. Перенос информации для нее предоставляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей.
В состав транспортной сети входят:
-транзитные узлы, выполняющие функции переноса информации и коммутации;
- оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к услугам транспортной сети;
- контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями;
- шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи и различных информационных систем.
Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для облуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассмаз-ривать их как единую систему коммутации, распределённую по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для предоставления услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой ёмкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости.
T-Comm Том 10. #1 2-2016
Магистральные коммутаторы
-Ф—Ф—Ф-
Автоматизированная система управления И ПС СН
Рис. 1. Структура современной И ПС
Назначением транспортной сети является предоставление универсальных услуг переноса, а реализация информационных услуг осуществляется на базе узлов служб (SN) с привлечением узлов управления услугами (SCP), как элементов системы управления.
Узлы служб (SN) рассматриваются в качестве серверов приложений для информационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием спецпользователя, в то время как узлы управления услугами (SCP) являются элементами распределён ной платформы, выполняющей функции управления логикой и атрибутами услуг.
Оконечные/окоиечно-транзшные узлы транспортной сети, в принципе, могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен за счёт добавления функций предоставления услуг и для построения таких узлов может использоваться технология гибкой коммутации (Soft Switch), которая также позволяет согласовывать различные системы сигнализации.
Информационные услуги предполагают реализацию на основе функциональной модели распределённых (региональных, федеральных округов, управлений и т.д.) баз данных, реализуемых, например, в соответствии е Рекомендацией МСЭ-Т Х.500. Доступ к базам данных часто организуется с использованием протокола LDAP.
Концепции ИГ1С во многом опираются на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Взаимодействие серверов в процессе предоставления информационных услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 и т.д. Для поддержки задач управления услугами в ИПС целесообразно использовать протоколы Н.323 (М.325), S1P и подходы, применяемые в интеллектуальных сетях.
В качестве технологической основы построения транспортного уровня в настоящее время рассматриваются технологии [P-MPLS, ATM, FR, MPLS over ATM и редко IP поверх SDH {WDM и т.д.) только для выделенных направлений.
Для доступа спецпользователей к информационным услугам используются:
- интегрированные сети доступа, подключенные к оконечным узлам ИПС и обеспечивающие подключение спецпользователей как к самой подсистеме, так и к традиционным сетям TKI 1С (например, ТФ связи);
- традиционные сети ТКПС (ТФ, СПД), абоненты которых получают доступ к услугам ИПС через узлы, подключенные к шлюзам (Media Gateway).
Автоматизированная система управления ИПС
Особенностями ИПС с точки зрения управления является то, что она состоит из большего числа разнотипных компонентов, а не из сравнительно небольшого количества менее разнообразных крупных устройств. Кроме того, в ИПС поддерживаться большее число интерфейсов, чем в существующих информационных системах и сетях, разные системы сигнализации и более высокая пропускная способность. Всё это ведёт к необходимости пересмотра принципов и подходов к сетевому управлению для ИПС по всему спектру задач управления.
Система управления ИПС должна представлять собой набор решений, обеспечивающих управление услугами, системами и сетями, реализованными на базе различных технологий, предоставляющих различные услуги и построенных на оборудовании различных производителей. Система управления строится с использованием объектно-ориентированной распределённой структуры.
Одной из главных особенностей систем управления ИПС является открытая модульная архитектура, позволяющая разрабатывать и внедрять новые модули, работать с существующими приложениями и модернизировать существующие модули. Для реализации интегрированного управления системами и сетями, независимо от их производителя и технологии, MOiyr использоваться разнообразные стандарты и протоколы, такие как SNMP, SMIP, CORBA, однако в настоящее время стандартом де-факто является протокол SNMP, хотя в модели TMN предполагалось использование протоколов OSI. Однако в ней недостаточно проработаны вопросы управления сетями и услугами. В последнее время активно развиваются и реализуются решения по организации управления на базе архитектуры CORBA, которая является весьма перспективной, особенно на верхних уровнях управления.
Существенное влияние на создание АСУ ИПС оказывает мировая тенденция эволюции систем управления, заключающаяся в переходе к системам с функциональностью класса Operation Support System (OSS) и далее - Business Support System (BSS), однако это затрагивает в основном функциональные, а не архитектурные особенности и функциональные подсистемы АСУ.
В ИПС система управления будет в первую очередь нацелена на решение конкретных задач, а уровневая архитектура TMN, хотя и сохранится, уже не будет иметь первостепенное значение для всей ИПС, и отойдёт на второй план, так как TMN ориентирована на управление одной сети, а в составе ИПС их много и они разного рода с отличными функциональными задачами. Большую значимость приобретают вопросы управления сетями и управления услугами.
Интерфейсы систем управления должны быть открытыми. Отличительными чертами подобных интерфейсов являются: стандартизированные протоколы (например, СМ1Р, SNMP, FTP, FT A M и др.), использование формальных языков для описания стандартизированных интерфейсов (например, CORBA, IDL, JAVA, GDMO, ASN1 и др.), стабильность, которая позволяет вносить только те изменения, которые будут обратно совместимы.
T-Comm Vol. 10. #12-2016
У
Т-Сотт Том 10. #1 2-2016
управления и обеспечения безопасности, можно представить информационную архитектуру АСУ ИПС в виде совокупности взаимоувязанных и соподчиненных ТММ-сетей (рис.4).
В информационной архитектуре АСУ целесообразно выделить ТМ"Ы-сеть всей ИПС для решения задач организационного управления (планирование, развитие, применение): разнородным оборудованием всех информационных сетей, входящих в состав ИПС, всеми сетями в составе ИПС, всем спектром предоставляемых информационных услуг, ИПС в целом и ее системой управления; ТМЫ-сеть управления транспортной сетью для решения задач оперативного управления функционированием; ТМЫ-сети управления первичной сетью, сетями доступа, уровневыми сетями услуг, наследуемыми сетями, входящих в состав ИПС, как ТМИ-ориентированными, так и с уникальными системами управления, не поддерживающими модель ТМК
TMN
| г 11" 11 елью базового >|>ппня ИКС ГН
Рис. 4. Информационная архитекту ра АСУ ИПС
Учитывая тот факт, что средства управления оборудованием различных систем и сетей ИПС располагаются на тех узлах сети, где это оборудование развернуто, то в архитектурном плане, уровни управления оборудованием некоторых ТМ1ч1-сетей целесообразно объединить по узловому принципу.
Заключение
Таким образом, в практике создания и развития инфо-коммуникаций для органов власти и ведомств, обеспечивающих обороноспособность, безопасность и правопорядок, требуется трезво оценивать автоматизированные системы управления информационными сетями и системами. Осуществить это можно только с позиций системного подхода с привлечением методологии системного анализа.
Наиболее общим понятием, которое обозначает вес возможные проявления и функционирование информационных систем органов управления и систем управления, а также различных информационных сетей специального назначе-
ния, является «системность», которую целесообразно рассматривать в трех основных аспектах;
- системная теория, которая дает строгое научное знание о них;
- системный подход, основоположниками которого являются Л. Фон Берталанфи, A.A. Богданов, Г. Саймон, П. Друкер, А. Чандлер;
- системный анализ.
Системный анализ вообще — это научный способ, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или элементами исследуемой системы и опирающийся на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических и математических методов.
Результатом системных исследований является выбор того или иного решения проблемы, выбор и обоснование параметров и способов решения частных задач и т.д. Поэтому истоки системного анализа, его методические концепции лежат в тех дисциплинах, которые занимаются проблемами принятия решений: исследование операций и общая теория управления.
В качестве варианта методологии системного анализа в статье рассматривалась методология, основанная на последовательности:
- постановка задачи архитектурного построения ИПС;
- структуризация ИПС;
- построение вербальной модели ИПС;
- исследование архитектур модели ИПС.
В соответствии с этим в статье проведен системный анализ АСУ ИПС в рамках основных ее компонент, определяющих ее архитектурные показатели.
Литература
1. Закон РФ «О связи». 2007 г..
2. Буренин А.Н.. Легкое К.Е.. Особенности организации процессов управления инфокоммуникационными сетями специального назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 2. С, 34-41.
3. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Особенности архитектур, функционирования, мониторинга и управления полевыми компонентами современных инфокоммуникационных сетей специального назначения It Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2013. Т. 5. №3. С. 12-17.
4. Легкое К.Е. Буренин А.Н. Проблемы математического описания потоков управляющей информации в процессе управления современной инфокомму и икационной сетью специального назначения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2014. Т. 8. № 10. С. 43-46.
5. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Современные инфокомму ни каци-онные системы и сети специального назначения. Основы построения и управления, М,: ИД Медиа Паблишер. 2015. 348 с.
MANAGEMENT
SYSTEM ANALYSIS ISSUES OF CONTROL SYSTEMS ARCHITECTURES OF INFORMATION SYSTEMS FOR SPECIAL PURPOSE
Konstantin E. Legkov, Ph.D., Chief of the ACS Department, Military Space Academy, St. Petersburg, Russia, [email protected]
Andrey N. Burenin, Ph.D., professor of the ACS Department, Military Space Academy, St. Petersburg, Russia, [email protected]
Aleksandr V. Emelyanov, post-graduate student of the ACS Department, Military Space Academy, St. Petersburg, Russia
Vadim V. Orkin, post-graduate student of the ACS Department, Military Space Academy, St. Petersburg, Russia
Abstract
The basis of modern control and communication systems of various ministries and departments, designed in accordance with the law of the Russian Federation "On communication" for the needs of defense, security, legal order, are info-communication systems and networks for special purpose, resulting from occurring convergence processes of information systems of control organs and telecommunication networks. Functioning of infocommunication and information systems for special purpose with high levels of quality is impossible without the creation of a highly organized adaptive control system. Infocommunication system, in turn, in accordance to their functions are divided into two subsystems: information subsystem, including infrastructure and an intermediate level of the system, and telecommunication subsystem, including basic level. The most important subsystem in terms of automated control system is the information system, which is also an informational basis of a Common information space for special purpose.
In accordance with the results of organization, principles of construction and functioning of modern information systems, the issues of system analysis of control systems architectures allowing to assess the degree of architectural features automated control systems of information systems and to determine the direction of their development are considered. It is shown that in process of the creation and development of infocommunications intended for agencies and departments to ensure the defense capability, security and the legal order, it is necessary to clearly form the architecture created by ACS information and telecommunication systems and networks, that can be realized only through a systematic approach and with the involvement of the methods of system analysis.
The most general concept that defines all the possible manifestations and functioning of information systems of control organs and control systems as well as various information and telecommunication networks for special purpose is " consistency", which is usually considered in various aspects, and system analysis in general is a scientific method , which is a sequence of actions on the establishment of structural links between the variables or elements of the test architectures of control system. At the same time as the base case in the paper we consider the most used in the analysis of complex systems, system analysis methodology.
Keywords: information subsystem, automated control system, information network, control protocol, system analysis. References
1. The RF law "On communications". 2007. (In Russian)
2. Burenin A.N., Legkov K.E. Features of the organization of control processes in infocommunication networks for special purpose // H&ES. 2015. Vol. 7. No. 2. Pp. 34-41. (In Russian)
3. Burenin A.N., Legkov K.E Features of architecture, operation, monitoring and management of field components of modern infocommunication networks // H&ES. 2013. Vol. 5. No. 3. Pp. 12-17. (In Russian)
4. Legkov K.E., Burenin A.N. Problems of mathematical description of flows of the control information in the management process of modern infocommunication network for special purpose // T-Comm. 2014. Vol. 8. No. 10. Pp. 43-46. (In Russian)
5. Burenin A.N., Legkov K.E. Modern infocommunication systems and special purpose networks. Basics of creation and control. Moscow: publishing house Media Publisher. 2015. 348 p. (In Russian)
7TT
