автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Концепция модернизации и развития сети передачи данных системы "СИРЕНА-2"

На правах рукописи

ШУМИЛОВ Виктор Александрович

КОН ЦЕП ЦИЯ МОДЕРН ИЗАЦИ И И РАЗВИТИЯ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ СИСТЕМЫ "СИРЕНА-2"

Специальность 05.13.13. — Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997 г.

Официальные оппоненты:

академик Международной академии информатизации,

доктор техн. наук, профессор

ВИШНЕВСКИЙ Владимир Миронович

доктор техн. наук, профессор

СИЛАЕВ Виктор Николаевич

Защита диссертации состоится "_" _199 г. в час. мин.

на заседании Диссертационного Совета Д.097.033.МАИ.041 Международной академии информатизации в здании Главного вычислительного центра гражданской авиации по адресу: Москва, Ленинградский проспект, д. 37, корп.7 (конференц-зал).

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Международной академии информатизации (Москва, ул. Тверская, д.5).

Диссертация в виде научного доклада разослана "_" _199 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

ФОМИН Владимир Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется потребностями авиакомпаний стран Содружества Независимых Государств (СНГ) в предоставлении своим клиентам современных технологий продажи и бронирования авиабилетов на внутренних воздушных линиях. В настоящее время управление производственно-хозяйственной деятельностью на воздушном транспорте невозможно осуществлять с необходимым качеством без использования человеко-машинных методов принятия решений и распределенной обработки данных в сетях ЭВМ.

По целому ряду причин во всем мире подсистема продажи и бронирования авиабилетов стала основой для создания полномасштабной многофункциональной автоматизированной системы (АС) управления перевозками пассажиров и грузов (авиаперевозками). Эта подсистема предъявляет наиболее высокие требования к времени ответа (времени реакции), к достоверности и надежности передачи информации. Объем передаваемой информации в подсистеме на порядок превышает аналогичные объемы в других подсистемах. Создание АС управления авиаперевозками, как правило, начинают с подсистемы продажи и бронирования авиабилетов. Остальные подсистемы создаются в последующем, по мере появления необходимых экономических и организационно-технических условий. Таким образом была создана АС продажи и бронирования авиабилетов на внутренних воздушных линиях стран СНГ "Сирена-2".

Работы по созданию системы "Сирена-2" начались в 1980 г. Система постоянно совершенствуется и развивается. В период с 1980 по 1990 г. работы по созданию системы "Сирена-2" проводились научными коллективами ИПУ (ИАТ) АН СССР, Глав-

ного вычислительного центра гражданской авиации (ГВЦ ГА), ЦНИИ АСУ ГА, НПО "Импульс", НПО "Автоматика" и др.

С 1991 г. работы по модернизации и развитию АС "Сирена-2" проводились в основном специалистами ГВЦ ГА.

Сеть передачи данных (СПД) АС "Сирена-2" обеспечивает обмен информацией между конечными пользователями (кассирами, операторами технологических служб, административным персоналом авиакомпаний и агентств воздушных сообщений) и различными хост-ЭВМ в режимах on-line (интерактивный режим) и off-line (пакетный режим). Качество функционирования СПД во многом определяет качество функционирования системы "Сирена-2" в целом.

В современных условиях само существо технологического процесса передачи и обработки информации в АС "Сирена-2" требует повышения надежности и достоверности передачи данных (ПД), увеличения скорости и сокращения времени доставки сообщений, увеличения пропускной способности сети и снижения удельных затрат на передачу информации. Необходимо постоянно расширять географию сети, осуществлять замену устаревшего оборудования, внедрять международные протоколы передачи информации, обеспечивать выполнение сетью новых функций (в,том числе передачу голосовой, факсимильной информации и сообщений электронной почты). Все это обуславливает актуальность диссертационной работы.

В основу диссертации положены многолетние разработки автора в ГВЦ ГА, в рамках которых под руководством и при личном участии автора как ответственного исполнителя разработаны отчеты о НИР, технические задания, методические материалы, организационно-распорядительные документы, технические и рабочие проекты (включая исходные тексты программ для ЭВМ), а также выполнены практические работы по вводу в действие новых программно-технических средств в узлах СПД АС "Сирена-2".

Цель диссертационной работы состоит в определении путей развития СПД АС "Сирена-2" и разработке основных принципов ее построения на базе типовых программно-технических комплексов в соответствии с требованиями международных стандартов и рекомендаций.

Объектами исследования являются:

• технические комплексы СПД (терминальные, региональные и магистральные узлы коммутации, аппаратура передачи данных, мультиплексоры, управляющие устройства);

■ протоколы сети;

• программное обеспечение (ПО) СПД;

■ топологическая структура сети;

• методы и средства разработки и построения сети.

Для достижения цели диссертационной работы решены следующие задачи:

□ выполнен анализ состояния развития и качества функционирования СПД АС "Сирена-2" (далее СПД);

□ определены основные цели развития СПД и проведены мероприятия, направленные на их достижения;

□ разработаны технические требования на модернизацию СПД;

□ обоснован выбор протоколов и программно-технических средств для построения сети;

□ разработаны типовые структуры программно-технических средств узлов коммутации (УК);

□ разработаны программные средства для сопряжения терминального оборудования и хост-ЭВМ с УК;

□ разработаны программные средства для сопряжения СПД с другими сетями;

□ поставлены и решены практические задачи создания магистральных, региональных, терминальных УК и СПД в целом с использованием международных стандартов и рекомендаций.

Теоретической и методологической основой диссертационной работы являются труды докторов технических наук В.И. Васильева, В.(И. Вишневского, В.Е. Герасимова, В.А. Жожикашвили, В.Г. Лазарева, В.Н. Силаева, Г.Ф. Янбыха и других российских и зарубежных ученых в области синтеза структур полицентральных сетей ЭВМ и создания общесистемного и прикладного программного обеспечения для создания и ведения распределенных баз данных. При выполнении работы в практическом плане использовались стандарты Международной организации в области стандартизации (МОС) и Международного Консультативного Комитета по Телеграфии и Телефонии (МККТТ), который в настоящее время переименован в Международный Союз Электросвязи (МСЭ).

Использованный фактический материал представляет собой статистические данные, автоматически накапливаемые в узлах коммутации, материалы запросов на устранение отказов и нарушений в работе СПД, поступающих в ГВЦ ГА из центров обработки

данных (ЦОД) АС "Сирена-2", а также результаты тестирования каналов связи и прогонов программ на реальной информации в работающей сети.

Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждается широкомасштабным внедрением разработок автора в СПД АС "Сирена-2".

Научная новизна диссертационной работы и основные результаты, выносимые на защиту.

Впервые в отечественной практике автору удалось предложить и воплотить методы и способы модернизации и развития СПД АС "Сирена-2" без остановки технологического процесса, обеспечивая при этом замену устаревших протоколов, аппаратуры передачи данных, терминального и коммутационного оборудования на протоколы, удовлетворяющие требованиям теории взаимодействия открытых систем (ВОС), МОС, МККТТ и других международных организаций, и современное терминальное и сетевое оборудование.

На защиту выносятся:

■ основные цели развития сети;

• принципы модернизации сети;

■ топологическая структура сети;

■ типовые структурные схемы узлов коммутации;

• характеристики предлагаемых аппаратуры передачи данных и многофункциональных центров коммутации пакетов (ЦКП) и ретрансляции кадров;

• структурные решения по созданию спутниковой подсети передачи информации для АС "Сирена-2".

Публикации

Всего по теме диссертации автором опубликовано 18 научных работ, в том числе — 9 печатных. Основное содержание доклада опубликовано в работах [1—6].

Апробация

Основное содержание работ автора в области создания систем и сетей телеобработки данных докладывалось на отраслевых научно-технических семинарах и конференциях Министерства гражданской авиации СССР, а также на общесоюзных конференциях по сетям ЭВМ и передачи данных. В последние годы о результатах работ, выполненных при непосредственном участии автора и под его руководством, в области модернизации СПД АС "Сирена-2" докладывалось на научно-практических совещаниях представителей центров обработки данных АС "Сирена-2".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Анализ истории развития и краткая характеристика существующей СПД АС "Сирена-2"

АС "Сирена-2" пришла на смену системе "Сирена-1", созданной как моноцентральная система с центром в Москве и введенной в действие в 1972 г. Система "Сирена-1" постепенно эволюционировала в направлении полицентральной сети ЭВМ (АС "Сирена-2"), которая до середины 80-х годов строилась на базе агрегатной системы средств вычислительной техники (АСВТ). В СПД АС "Сирена-2" использовались специализированный протокол и аппаратура передачи данных, не удовлетворяющие требованиям международных стандартов и рекомендаций. Все оборудование было отечественного производства и выпускалось на предприятиях Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления (МПСА и СУ) СССР. Центры обработки данных (ЦОД) и связные процессоры (узлы коммутации сообщений) строились на базе мини-ЭВМ типа СМ-2 (впоследствии — СМ-2М).

Со второй половины 80-х годов начался интенсивный рост количества новых ЦОД на базе ПЭВМ и замены в существующих ЦОД мини-ЭВМ СМ-2 (СМ-2М) на ПЭВМ.

По объективным причинам ПЭВМ зарубежного производства повсеместно вытеснили отечественные из сферы автоматизации технологических процессов на воздушном транспорте СССР (в последующем СНГ). На начальном этапе модернизации СПД АС "Сирена-2" происходила только замена мини-ЭВМ в ЦОД на ПЭВМ путем простого перепрограммирования реализованных

ранее алгоритмов. Основной технической проблемой при этом было сопряжение ПЭВМ, не приспособленных для этого, с терминальными сетями на базе устаревшего оборудования (специализированные пульты кассиров, телеконцентраторы информации, разветвители информации мультиплексные — РИМы, аппаратура передачи данных, реализующая стык СЗ, и др.).

С появлением на отечественном рынке зарубежных ПЭВМ и коммуникационных серверов (центров коммутации пакетов) стал необходим срочный перевод СПД АС "Сирена-2" с технологии коммутации сообщений на технологию коммутации пакетов по протоколу Х.25. Такая необходимость была вызвана двумя основными причинами:

•низкая надежность и достоверность передачи информации по существующей технологии;

•большие трудности при сопряжении СПД АС "Сирена-2" с другими сетями, использующими стандартный протокол Х.25.

Несмотря на существование и других протоколов, широко применяемых за рубежом (TCP/IP, Frame Relay и др.), использование протокола Х.25 остается актуальным и в настоящее время при передаче данных по отечественным аналоговым междугородным каналам связи из-за высокого уровня помех и большой нестабильности характеристик каналов.

Как уже было сказано, с конца 80-х годов работы по модернизации СПД АС "Сирена-2" сосредоточились в ГВЦ ГА (разработка) и осуществлялись на территории всего СССР, в дальнейшем — СНГ.

В составе АС "Сирена-2" насчитывается 83 ЦОДа, каждый из которых состоит из нескольких хост-ЭВМ и узла коммутации (УК). Количество терминалов, подключенных к системе, превышает 5000. Крупнейший по производительности и объему хранимой информации ЦОД расположен в Москве в Главном вычислительном центре (ГВЦ) Главного агентства воздушных сообщений (ГлАВС) Федеральной авиационной службы (ФАС) Российской Федерации.

Существующая СПД АС "Сирена-2" имеет трехуровневую структуру. На верхнем уровне расположена магистральная сеть (МСПД), объединяющая 42 магистральных УК. К магистральным узлам подключены региональные узлы коммутации (УКР). Региональные сети (РСПД) состоят из одного УКМ, подключенных к нему УКР и объединяющих их каналов передачи данных (ПД).

К УКМ и УКР подключены терминальные сети. К последним подключены терминалы, установленные в пункте размещения

УКМ (УКР), в пригородной зоне, а также, возможно, в некоторых других городах и населенных пунктах. Для передачи данных между УК используются арендуемые на 24 часа в сутки в течение 7 дней в неделю каналы тональной частоты (ТЧ) или, что то же самое, междугородные телефонные каналы. На отдельных направлениях в МСПД используются арендуемые спутниковые каналы связи. СПД и МСПД — односвязные, т.е. при выходе из строя какого-либо одного канала сеть может оказаться разделенной на два не связанных между собой фрагмента.

Терминалы подключены к различным УК с помощью металлических или волоконно-оптических кабелей, радиоканалов и в некоторых случаях с помощью каналов ТЧ.

Все УКМ на территории РФ подключены прямыми каналами ПД к УКМ, расположенным в ГВЦ ГА. Всего к ГВЦ подключены 49 каналов ТЧ и 2 спутниковых канала.

Арендную плату за каналы связи вносят предприятия воздушного транспорта (ВТ) — владельцы ЦОД и/или УК АС "Сирена-2".

Узлы коммутации, как правило, реализованы на базе 1ВМ-сов-местимых ПЭВМ. Для коммутации и передачи данных ранее использовались специальный протокол АС "Сирена-2" и аппаратура передачи данных (АПД), не отвечающие требованиям международных стандартов. Единая система управления сетью отсутствовала. Применяемая АПД обеспечивала скорость передачи данных не более 1200—2400 бит/с.

До настоящего времени пока еще не создана единая организационная система управления развитием, технической и коммерческой эксплуатацией СПД АС "Сирена-2". Вследствие этого отсутствует централизация контроля качества и регулировки каналов связи, а также тестирования и конфигурирования программно-технических средств передачи и коммутации данных. Поэтому не всегда своевременно принимаются меры по устранению нарушений в работе СПД, что в конечном счете приводит к моральным и экономическим потерям.

В рамках работ по развитию АС "Сирена-2" и созданию на ее базе новой АС "Сирена-2000" разработаны и внедряются программно-технические комплексы для выполнения функций продажи и бронирования авиабилетов по международным технологиям. Внедрение новых технологий и задач приводит к увеличению объема передаваемого трафика и предъявляет повышенные требования к пропускной способности, надежности и живучести СПД, к скорости и достоверности доставки сообщений.

Актуальными стали также требования по обеспечению сопряжения СПД АС "Сирена-2" с другими сетями и возможности передачи по сети коммерческого трафика, в том числе голосового и факсимильного. Последнее требование в значительной степени вызвано большой и все возрастающей арендной платой за междугородные каналы связи и их сравнительно невысокой загрузкой данными АС "Сирена-2" даже в часы "пик" (до 20%). Тяжелое бремя расходов на аренду каналов связи можно частично облегчить, предоставляя коммерческим потребителям услуги передачи по сети данных, голосового и факсимильного трафика.

На территории РФ и СНГ целый ряд отечественных, зарубежных и совместных компаний предоставляют услуги ПД с оплатой передаваемого трафика. В случае использования услуг таких компаний затраты предприятий ВТ на ПД снижаются на порядок и более. В связи с этим наблюдается активный процесс по отказу от арендуемых каналов ТЧ и подключению к коммерческим сетям ПД. Постепенно единая СПД АС "Сирена-2" распадается на совокупность региональных СПД, связанных между собой различными коммерческими сетями ПД. При этом невозможно создать единую систему управления сетью и обеспечить необходимую надежность ПД.

Эксплуатировать арендуемый канал ТЧ становится выгодным только в случае привлечения коммерческих потребителей, в первую очередь для передачи голосовой и факсимильной информации путем ее мультиплексирования совместно с компьютерными данными. Однако и на этом пути встречаются значительные трудности технического характера.

В последние годы ГВЦ ГА совместно с другими центрами АС "Сирена-2" проводит мероприятия по модернизации существующей СПД с целью улучшения показателя "пропускная способность — стоимость" при условии увеличения скорости, достоверности и надежности передачи заданного трафика.

Основным мероприятием при модернизации СПД АС "Сирена-2" является перевод сети на международный протокол Х.25. По протоколу Х.25 к УК ГВЦ ГА подключено 30 УКМ. Центры коммутации пакетов (ЦКП) Х.25 введены в действие в 33 центрах АС "Сирена-2", в том числе в гг. Москва, Екатеринбург, Санкт-Петербург, Магадан, Новосибирск, Красноярск, Владивосток, Якутск, Тюмень, Ростов-на-Дону и др.

2. Основные цели развития СПД АС "Сирена-2"

Гпавная цель

В Повышение эффективности единовременных и текущих затрат на обеспечение передачи информации.

Частные цели

I Улучшение технических характеристик сети, таких как:

• скорость ПД;

• время доставки дискретных сообщений;

• достоверность ПД;

• надежность ПД.

О Расширение состава предоставляемых услуг, в том числе в следующих направлениях:

■ интеграция услуг передачи и коммутации данных, речевой и факсимильной информации;

• предоставление услуг электронной почты;

• сопряжение с другими отечественными и зарубежными сетями и обеспечение доступа предприятий ВТ к сетевым и информационным ресурсам других сетей;

• обеспечение возможностей доступа любых юридических и физических лиц к базам данных системы "Сирена-2" (получение справок, резервирование и продажа авиабилетов и др.).

3. Принципы модернизации СПД АС "Сирена-2"

В процессе модернизации СПД используются следующие основные принципы:

• использование существующей СПД АС "Сирена-2" как основы для поэтапного перехода к усовершенствованной сети, обеспечивающей передачу информации в интересах комплексной автоматизированной системы управления производственно-хозяйственной деятельностью (ПХД) на воздушном транспорте;

■ использование международных стандартов и рекомендаций таких организаций, как МСЭ, МККТТ (ITU-T), МККР, Frame Relay Forum, IAB (RFC) и др.;

• использование протоколов Х.25, Х.28/Х.З/Х.29, TCP/IP, Frame Relay, ISDN, SNA;

• организация СПД в виде совокупности локальных вычислительных сетей (ЛВС), объединенных с помощью глобальной территориальной сети;

■ увеличение скорости передачи данных до 9600 бит/с и выше за счет использования современных модемов;

• построение узлов коммутации в виде многопротокольных центров коммутации пакетов (ЦКП);

■ ориентация на применение новейшего зарубежного оборудования для передачи и коммутации информационных потоков;

• расширение состава предоставляемых услуг связи: передача кроме компьютерных данных также голосовой и факсимильной информации, передача больших файлов, электронная почта INTERNET;

■ интеграция услуг передачи и коммутации информационных потоков (данные, голос, факс);

• предоставление услуг связи коммерческим потребителям;

■ обеспечение сопряжения с основными отечественными и зарубежными СПД (POCHET, AFTN, INTERNET, GLOBAL ONE, EQUANT, ММТЕЛ, РОСПАК, COVAM TP и др.), а также зарубежными глобальными распределительными системами (Gabriel, Sabre, Amadeus, Worldspan и др.);

■ обеспечение доступа пользователей через сеть SITA к системам "Сирена-2" и Gabriel;

• обеспечение доступа к информационным ресурсам систем бронирования мест в гостиницах (система "КЛЮЧ" и т.п.);

• использование для передачи информации различных сред: металлические и оптоволоконные кабели, радиоканалы, спутниковые каналы;

■ многовариантное проектирование топологической структуры СПД и выбор рациональной структуры по нескольким критериям, из которых важнейшим является минимум приведенных затрат на создание и эксплуатацию сети;

■ непрерывность процесса научно-технических исследований проектирования, внедрения, технического обслуживания и эксплуатации СПД;

• построение СПД в виде комбинированной сети, состоящей из двух частей — наземной и спутниковой.

4. Методические аспекты выбора топологической структуры СПД

К настоящему времени разработано большое число различных принципов построения распределенных информационно-вычислительных сетей, различающихся используемой топологией сети, распределением баз данных, технологией обработки запросов, методами управления, информационными потоками и способами доступа к среде передачи.

Выбранная топологическая структура сети должна в возможно большей степени удовлетворять следующим требованиям:

Интегральность. Сеть должна обеспечивать передачу различных типов сообщений.

Эффективность. Сеть должна обеспечить эффективное использование пропускной способности трактов сети и других ресурсов.

Надежность доставки информации. Сеть должна обеспечивать доставку сообщений не только в условиях нормального функционирования, но и при отказе некоторых узлов или межузловых соединений.

Живучесть. Сеть должна быть работоспособной в случае выхода из строя определенного количества узлов и/или межузловых соединений. По мере увеличения числа отказавших узлов и/или межузловых соединений сеть может снижать качественные и количественные характеристики обслуживания, но она не должна прекращать обслуживание какого-либо вида сообщений, если сохранилась связность между требуемыми пунктами.

Мобильность. Сеть должна допускать подключение и отключение абонентов в различных точках без прерывания работы остальных абонентов.

Непрерывность эксплуатации. Сеть должна обеспечивать возможность обнаружения, локализации и устранения отказов узлов или трактов без прерывания нормального функционирования своей работоспособной части.

Масштабируемость. Сеть должна обеспечивать возможность наращивания числа абонентов в пределах отдельных групп, объединенных сетью.

Помехозащищенность. Сеть должна обеспечивать возможность передачи заданных типов сообщений с низкой вероятностью ошибок при достаточно высокой интенсивности помех в линиях связи.

Функционирование сети не должно нарушаться при резком кратковременном увеличении уровня помех на отдельных участках. Сеть должна автоматически восстанавливать работоспособность при устранении помех.

Основные методы построения глобальных сетей базируются на использовании коммутации каналов (КК), коммутации пакетов (КП) и методов гибридной коммутации, совмещающих КК и КП, в частности — Frame Relay и ATM.

По сложности реализации общая сеть адаптивной коммутации (Frame Relay, ATM) намного проще, чем две раздельные сети КК и КП, предоставляющие аналогичные услуги и передающие те же информационные потоки.

В настоящее время для установления соединений между абонентскими пунктами применяются несколько вариантов:

• связь между абонентскими пунктами с помощью традиционных модемов и телефонных коммутируемых сетей общего пользования;

• соединение с помощью арендованных линий по участкам от точки к точке;

• использование каналов или полосы пропускания частной опорной сети, созданной на основе аппаратуры мультиплексирования и устройств передачи с высокой пропускной способностью;

• соединение с помощью сетей Х.25 с пакетной коммутацией — общего пользования или частных.

При выборе оптимального сетевого решения необходимо учитывать технико-экономические характеристики рассматриваемых вариантов:

• модемы, использующие коммутируемую сеть общего пользования, имеют ограничения по полосе пропускания и не обеспечивают повышение эффективности при обслуживании трафика, имеющего всплесковый характер, по сравнению с трафиком с постоянной скоростью передачи данных. Они используют дорогостоящие службы коммутируемой сети для выполнения сложных соединений, и им часто недостает возможностей управления, особенно в случаях, когда используется аппаратура разных изготовителей;

• для поддержки высокоскоростных соединений можно применять арендованные линии, обеспечивающие различные скорости передачи данных, но при этом не удается обеспечить существенного повышения эффективности при передаче трафика, имеющего всплесковый характер, по сравнению с приложениями, ис-

пользующими постоянную скорость передачи данных (арендованные линии могут оказаться недоиспользованными, иногда эффективность их использования достигает лишь 15—20%). Арендованные линии, как правило, предназначены для двухточечных соединений. Для взаимосоединений могут потребоваться дорогие квадратно-гнездовые (mesh) топологии. В зависимости от типа линии и оконечного оборудования для арендованных линий можно обеспечить различные степени управления на уровне от одного абонента до другого;

• временные мультиплексоры передачи данных для трафика, имеющего всплесковый характер, не эффективны. Однако вследствие того, что внутри опорной сети можно организовать много каналов, мультиплексоры и каналы могут обеспечить повышенную возможность установления соединений между устройствами по сравнению с эквивалентными двухточечными арендованными линиями;

• сети Х.25 (и частные>и общего пользования) используют метод пакетной коммутации для обеспечения статистического доступа в пределах применяемой полосы пропускания. Следовательно, сети Х.25 эффективны для трафика, имеющего всплесковый характер, и в них можно организовать виртуальные каналы для соединения каждого абонента с каждым. Сети Х.25 не обеспечивают широкую поддержку для высоких скоростей передачи. Доступ к сетям Х.25 преимущественно реализуется со скоростями от 56 кбит/с и ниже. По сетям Х.25 практически невозможна передача голосовой информации в реальном времени;

• статистическое мультиплексирование трафика от нескольких источников при передаче по частным опорным сетям снижает число каналов и, соответственно, стоимость полосы пропускания в крупной зоне обслуживания;

• в связи с тем что протокол Frame Relay обеспечивает организацию многих логических или виртуальных соединений внутри одного физического соединения, расходы по осуществлению доступа могут быть снижены. Стоимость оборудования можно снизить за счет уменьшения числа подключений к портам, требуемых для доступа к сети. Для удаленных устройств расходы на линию доступа можно снизить за счет уменьшения количества физических каналов, необходимых для того, чтобы войти в сеть;

■ сокращая время на обработку фреймов (по сравнению с Х.25) и эффективно используя высокоскоростные (до 2 Мбит/с) цифровые линии передачи протокол Frame Relay эффективно улучшает производительность и снижает время реакции.

Выбор топологии СПД обусловлен географическим расположением объектов в ее составе реальным состоянием канальной инфраструктуры, потребностями в объемах передаваемой информации, а также необходимостью обеспечения преемственности в процессе модернизации сети.

Ввиду того, что потоки информации, планируемые для передачи по сети, в обозримом будущем будут ориентированы преимущественно в направлении "периферия-центр" и обратно, а также в связи с наличием определенных технических и финансовых сложностей в организации прямых каналов между периферийными узлами, на первом этапе развертывания магистральных и региональных СПД целесообразно использование топологии типа "звезда". Принимая во внимание такой ее недостаток, как отсутствие возможности выбора обходных маршрутов в случае выхода из строя линии на одном из направлений, целесообразно обеспечить на каждом направлении наличие резервных каналов (например, можно использовать в качестве резервных каналы коммерческих сетей КП Х.25 или обеспечить резервирование связи по коммутируемым каналам, в том числе ISDN, и т.п.). По мере увеличения количества рабочих мест и, соответственно, потребностей в объемах и видах передаваемой информации, а следовательно и наращивания ресурсов сети, необходимо осуществить плавный переход к смешанной или полносвязной топологии путем организации каналов, соединяющих периферийные узлы, и превращения их из узлов абонентского доступа в узлы коммутации.

5. Топологическая структура СПД АС "Сирена-2"

СПД должна иметь радиально-узловую структуру, имеющую три уровня, на которых соответственно находятся:

• магистральная сеть (верхний уровень);

• региональные сети (средний уровень);

• терминальные сети (нижний уровень).

Магистральная сеть (МСПД) будет состоять из двух частей — наземной и спутниковой. С помощью МСПД все магистральные УК (УКМ) будут подключены к УКМ ГВЦ ГА, что обеспечит прием, передачу и коммутацию около 90% трафика, передаваемого по сети в целом. Структура наземной части МСПД представляется в виде "звезды" с центром в ГВЦ ГА (г. Москва). В качестве кана-

лов связи, как и ранее, предполагается использовать каналы ТЧ. Кроме того, в дальнейшем на отдельных направлениях будут арендованы цифровые каналы волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Спутниковая часть МСПД должна быть реализована в виде выделенной сети спутниковой связи для системы "Сирена-2" (ВССС-С2). В этой сети будут представлены две компоненты. Одна из них основана на закрепленных каналах между УКМ ГВЦ ГА (г. Москва) и УКМ, расположенных в других городах. Другую компоненту целесообразно создать с полносвязной или ячеистой структурой (mesh). Она предназначена для обмена информацией между крупнейшими УКМ (8—12 шт.).

В ВССС-С2 все каналы связи будут цифровыми. По каждому каналу связи предусматривается передача компьютерных данных, а также голосовой и факсимильной информации.

На первоначальном этапе каналы компоненты ВССС-С2, имеющей структуру типа mesh, будут выполнять роль резервных для наземных каналов. Последние в дальнейшем предполагается отключить, что позволит получить большую экономию затрат на передачу информации.

Региональные сети (РСПД) в основном сохраняют существующую радиальную структуру. При этом на отдельных направлениях будут предусмотрены рокадные каналы связи между соседними РСПД.

Терминальные сети (ТСПД) на базе проводных каналов будут иметь радиальную структуру. Терминальные сети на базе радиоканалов при необходимости могут иметь не только радиальную, но и полносвязную или смешанную структуру.

6. Мероприятия по модернизации и развитию СПД АС "Сирена-2"

В настоящее время отсутствует централизованное финансирование работ по модернизации и развитию СПД АС "Сирена-2". Поэтому до сих пор не ведется разработка единого проекта сети в соответствии с установленными требованиями к его составу, содержанию и оформлению.

Модернизация и развитие сети ведутся силами ГВЦ ГА и предприятий ВТ — владельцев узлов коммутации путем поэтапного

приобретения, и путем внедрения программно-технических средств без оформления проектной документации. Финансирование работ в основном осуществляется за счет средств предприятий и, в частности, за счет ГлАВС и ГВЦ ГА.

Мировой опыт показывает, что в крупнейших авиакомпаниях СПД подсистемы продажи и бронирования авиабилетов является основой единой сети для передачи информации всех подсистем АС управления авиаперевозками, а также для предоставления услуг связи административно-управленческому персоналу авиакомпаний. СПД АС "Сирена-2" также может и должна стать средством передачи компьютерной, голосовой и факсимильной информации в интересах различных потребителей, включая подразделения Федеральной авиационной службы, ГлАВС, ЦОДы АС "Сире-на-2", агентства воздушных сообщений (ABC) и коммерческие потребители на территории РФ и СНГ, отделения по продаже авиабилетов авиакомпании "Аэрофлот — Российские международные авиалинии" на территории РФ, ближнего и дальнего зарубежья.

В рамках работ по модернизации и развитию СПД АС "Сирена-2" можно выделить два крупных направления:

• модернизация и развитие части СПД АС "Сирена-2" на базе наземных каналов связи;

• создание выделенной сети спутниковой связи для АС "Сирена-2" (ВССС-С2).

7. Типовые структурные схемы узлов коммутации

В составе УКМ и УКР до полной замены устаревшего терминального оборудования сохраняются существующие так называемые узлы информационной сети (УИС), осуществляющие коммутацию сообщений по устаревшему протоколу "Сирена-2". С целью перехода на протокол Х.25 к УИСам поэтапно подключаются центры коммутации пакетов (ЦКП) Х.25. Временно УИС может подключаться к СПД по протоколу Х.25 с помощью адаптера Х.25. К ЦКП непосредственно или через пакетные адаптеры данных подключаются по протоколу Х.28 эмуляторы пультов кассиров (ЭП) на базе 1ВМ-совместимых ПЭВМ. Устаревшее терминальное оборудование до его полной замены остается подключенным к УИС.

Для одновременной передачи по магистральным и региональным каналам связи компьютерных данных, голосовой и факсимильной информации к ЦКП Х.25 в УКМ и УКР подключаются мультиплексоры информации, осуществляющие прием (передачу) информации из канала (в канал) связи в цифровой форме по протоколу Frame Relay.

В пунктах установки земных станций спутниковой связи они будут подключаться через линии привязки к ЦКП УКМ с помощью мультиплексоров по протоколу Frame Relay.

В терминальных сетях взамен существующих терминальных концентраторов устанавливаются ЛВС типа Ethernet на моноканале (скрученная пара) с подключением нескольких ЭП к одному каналу через маршрутизатор по протоколу Х.25 или ЛВС типа Ethernet с радиальной структурой на базе концентратора (HUB) Ethernet, который также подключается к каналу связи через маршрутизатор по протоколу Х.25.

Подключение нескольких ЛВС типа Ethernet в московском Городском аэровокзале к УКМ ГВЦ ГА планируется с помощью ЛВС типа Fast Ethernet.

8. Характеристики оборудования узлов коммутации СПД АС "Сирена-2"

В МСПД АС "Сирена-2" используются модемы типа COMSPHE-RE серий 3800, 3900, имеющие следующие основные характеристики:

• максимальная скорость 28800 бит/с;

• подключаются к линиям с двух- или четырехпроводным окончанием в соответствии с рекомендациями МККТТ: V.32 bis, V.32, V.32 terbo, V.22 bis, V.27 bis, V.33, V.29;

• работают по коммутируемым линиям в соответствии с рекомендациями МККТТ: V.32 bis, V.32 terbo, V.32, V.22 bis, V.22, V.23;

• реализуют протоколы сжатия и защиты от ошибок V.42, V.42 bis, MNP 4, 5.

Для подключения к УК терминального оборудования через городские линии используются модемы типа U1496, U1496B, U1496E, U1496R и их модификации со знаком "+".

Для управления модемами COMSPHERE типа 3911 в ГВЦ ГА установлен центр управления модемами (ЦУМ), реализованный на IBM-совместимой ПЭВМ типа РС-486.

В качестве УКМ используются ЦКП типа АСР50/486/386, имеющие следующие характеристики:

• ЦКП/ПАД — 24 синхронных порта Х.25 до 64 кбит/с, 2 синхронных порта 384 кбит/с и 1 порт ETHERNET до 10 Мбит/с;

■ 24 синхронных порта можно заменить на 16 синхропортов и 16 асинхронных портов 19,2 кбит/с или на 8 синхропортов и 32 асинхронных порта или на 48 асинхронных портов;

• производительность 900 пакетов/с;

• поддерживает протоколы Х.25, Х.28/ X.3/X.29.SNA, DSP, Frame Relay, ISDN BRI, ETHERNET, TCP/IP;

■ поддерживает интерфейсы V. 11, V.24, V.35, RJ45.

Для мультиплексирования в одном канале компьютерных данных, голосовой и факсимильной информации используются мультиплексоры (коммутаторы интегрированного доступа) типа СХ-1000, СХ-900. При этом для передачи информации используется протокол Frame Relay.

Центр управления сетью (ЦУС) типа Smart View реализован в ГВЦ ГА на IBM-совместимой ПЭВМ типа Pentium-130, которая подключена к устройству АСР-50 через порт.

ЦУС обеспечивает контроль и управление всеми сетевыми элементами на первых трех сетевых уровнях и выполняет следующие основные функции:

• конфигурирование (настройку) сетевых узлов;

• сбор и анализ информации о техническом состоянии узлов сети;

• сбор статистических данных о работе сети;

• расчеты для предъявления платежных документов пользователям сети;

■ обеспечение защиты информации и др.

ЦУС способен управлять до 1000 сетевых узлов с графическим отображением состояния сети. Для объединения рабочих станций в ЛВС Ethernet используются концентраторы (HUB) типа NH124 (master) по 24 порта 10 Мбит/с и NH114 (slave) по 24 порта 10 Мбит/с.

Для подключения рабочих станций ФАС, ГлАВС и московского Гораэровокзала к УКМ ГВЦ намечено использовать коммутаторы Fast Ethernet типа Меда Switch NH-208-10. В ГВЦ ГА все хост-ЭВМ, УИС, ЦКП Х.25 будут подключены к коммутатору Fast Ethernet через концентратор (HUB) ЛВС Ethernet.

Московские аэропорты Быково, Внуково, Домодедово, Шереметьево-1 будут подключены к ЦКП Х.25 ГВЦ ГА при помощи системы передачи данных по радиоканалам с использованием протокола Multi Drop Х.25. Скорость ПД по радиоканалам — 64—128 кбит/с.

Для подключения ЛВС к глобальной СПД используются маршрутизаторы типа VANGUARD 300/305.

Маршрутизатор VANGUARD 300 представляет собой многопротокольный мост/маршрутизатор для сетей с пакетной коммутацией X.25/Frame Relay, имеющий фиксированную конфигурацию с одним портом LAN Ethernet (AUI/UTP) либо Token Ring 4/16 Мбит/с (STP/USTP) с одним (FRAD), двумя (mono FRAD) и тремя (duo FRAD) портами WAN X.25/Frame Relay, которые поддерживают скорости до 384 кбит/с с внутренней и до 2 Мбит/с с внешней синхронизацией на порту и имеют интерфейсы V.24/V.35/V.36/X.21. Эти последовательные порты могут быть также сконфигурированы как резервные порты для основного порта X.25/Frame Relay и могут подключаться как к внешним модемам, так и к ISDN BRI Т.1.

VANGUARD 300 поставляется с набором протоколов, реализуемых программно: Frame Relay (DTE), Х.25 (DCE&DTE), Asyncronous (включая TPA), SNMP Management&TFTP, LLC Local Termination, Bridging (Transparent/SRB).

Маршрутизатор обеспечивает , передачу информации в асинхронном режиме со скоростью до 115,2 кбит/с. Модель 305 позволяет подключить к сети до двух последовательных устройств и ЛВС Ethernet.

9. Спутниковая сеть передачи информации

На стадии предварительной проработки находится проект ВССС-С2. Для построения спутниковой сети передачи информации наиболее перспективным представляется поставляемое японской фирмой NEC оборудование типа NEXTAR-IV AA/TDMA и N EX-TAR BOD. Указанное оборудование позволяет создать спутниковую сеть путем установки в магистральных узлах АС "Сирена-2" периферийных (абонентских) станций спутниковой связи типа VSAT и подключения УКМ ГВЦ ГА с помощью волоконно-оптической линии связи к арендуемой центральной станции (HUB), установленной в Москве либо в ее окрестностях. Решение вопроса о начале работ по созданию ВССС-С2 зависит от условий поставки оборудования и предоставления в пользование космического сегмента и HUB-станции, которые находятся на стадии согласования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом диссертационной работы является организация при непосредственном личном участии автора создания в 1988—1997 гг. сети передачи данных (СПД) полицентральной автоматизированной системы (АС) продажи и бронирования авиабилетов "Сирена-2", которая охватывает территорию всех стран СНГ. В рамках решения указанной научно-технической проблемы автором получены следующие основные результаты:

1. На примере воздушного транспорта стран СНГ изучены принципы построения СПД в целом и ее отдельных компонент (магистральной, региональной и терминальных сетей), определены требования к физической структуре и программно-техническим комплексам сети.

2. Сформулированы цели и принципы построения СПД АС "Сирена-2", как подсистемы обмена информацией, обеспечивающей услугами связи систему управления производственно-хозяйственной деятельностью на воздушном транспорте Российской Федерации и других стран СНГ. Впервые осуществлено комплексное рассмотрение проблемы с учетом объемно-временных характеристик информационных потоков, физической структуры сети, параметров существующих и перспективных технических средств и программного обеспечения, требований международных стандартов и рекомендаций.

3. Разработаны типовые структуры узлов СПД, обоснован выбор технических средств и компонент сетевого программного обеспечения. В созданной сети и в процессе ее модернизации применяется современное зарубежное оборудование, в том числе модемы, многопротокольные центры коммутации пакетов и ре-

трансляции кадров, многофункциональные серверы множественного доступа к сети и др.

4. Сформулирована задача создания спутниковой подсети, обоснован выбор ее структуры и технических средств.

5. Сформулированы и реализованы требования к сопряжению СПД с другими сетями и системами, разработаны и введены в действие необходимые шлюзы.

6. Разработанные технические решения позволили осуществлять модернизацию и развитие СПД эволюционным путем без остановки технологического процесса и с сохранением в эксплуатации на длительное время существующего терминального оборудования и средств его концентрации и их поэтапной заменой на эмуляторы терминалов (рабочие станции) на базе ПЭВМ. В настоящее время к СПД подключены 83 центра обработки данных (ЦОД) АС "Си-рена-2" и около 5000 терминалов на территории стран СНГ. Несколько десятков терминалов на территории стран дальнего зарубежья подключено к СПД с помощью каналов сети SITA.

Создан фрагмент сети Х.25, к которому подключены 30 ЦОД, в процессе выполнения находятся работы по подключению к сети по протоколу Х.25 еще 10 ЦОД, три ЦОД подключены к сети по протоколу Frame Relay.

Терминальные сети реализуются в виде ассоциаций локальных вычислительных сетей (ЛВС) с использованием концентраторов типа Ethernet. Для подключения к московскому узлу сети терминального оборудования Городского аэровокзала создается ЛВС типа Fast Ethernet. С целью подключения к московскому узлу ЛВС, расположенных в подмосковных аэропортах Быково, Внуково, Домодедово, Шереметьево-1, создается пакетная радиосеть. Для создания спутниковой подсети осуществляется поиск инвестора.

СПД АС "Сирена-2" подключена к основным отечественным сетям Х.25, а также к сетям SITA, INTERNET, GLOBAL ONE.

Осуществляется поэтапная модернизация региональных и терминальных сетей, а также замена устаревшего терминального оборудования.

Выполненные работы позволили без привлечения централизованных (бюджетных) капиталовложений обеспечить успешное выполнение работ по модернизации и развитию магистральной СПД АС "Сирена-2". На основе созданных технических решений планируется в ближайшие 1,5-2 года завершить модернизацию региональных и терминальных сетей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Технический проект сети передачи данных системы "Полет". — М.: ГВЦ ГА, 1995, 120 с.

2. Концепция создания фрагмента сети передачи данных системы управления авиационными перевозками. — М.: АО "ЭКОС", 1997, 80 с.

3. Сеть передачи данных системы "Сирена-2": проблемы эксплуатации и перспективы развития. Телевестник, 1997, № 4.

4. Программа для ЭВМ "Узел информационной сети системы "Сирена-2". Рос АПО. Свидетельство о регистрации № 970491 от 07.10.97 г.

5. Программа для ЭВМ "Эмулятор пульта кассира системы "Сирена-2". Рос АПО. Свидетельство о регистрации № 970492 от 07.10.97 г.

6. Программа для ЭВМ "Программа доступа кассира к системе "Сирена-2". Рос АПО. Свидетельство о регистрации № 970493 от 07.10.97 г.

Личный вклад автора

В работе [1] автор являлся ответственным исполнителем; им написаны разделы 3, 4, 5, остальные разделы написаны совместно.

В работе [2] автором написаны главы 1, 2, 3, 5, остальные главы написаны совместно. В работе [3] авторами сделан равный вклад. В работах [4, 5, 6] автором выполнена формализация постановки задачи (разработка общих структурных схем программных комплексов, требований к функциям отдельных подпрограмм и алгоритмов их работы), а также написаны исходные тексты управляющих модулей.

Компьютерная верстка Т.Я. Корницкая

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 040351 от 21.02.92

Подписано в печать 30.09.97 Формат 60x90/16 Бумага офсетная N5 1 Гарнитура Не№1_ Печать офсетная Пен. л. 1,5 Тираж 100 Заказ 172 Отпечатано в типографии АО "ЭКОС"

113209, Москва, Зюзинская ул. 6, корп. 2