Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие Интернет - технологий и иерархических АСУТП 15
1.1. Этапы развития сети Интернет 15
1.2. Классические Интернет - технологии и информационная Web-система 17
1.3. Иерархические модели построения АСУТП 20
1.4. Интернет - технологии в системах мониторинга и управления 24
1.5. Методы оценки производительности Web-систем 29
1.6. Методы интеграции оборудования ввода данных 31
1.7. Интеграция АСУТП и систем электронной Интернет -коммерции 35
1.8. Выводы 37
Глава 2. Архитектуры и концептуальная модель верхнего уровня иерархической АСУТП на основе Интернет - технологий 39
2.1. Требования к верхнему уровню иерархической АСУТП 39
2.2. Информационная Web-система мониторинга 40
2.3. Интранет - архитектуры верхнего уровня упрощенной схемы АСУТП 41
2.4. Оценка производительности Интранет - архитектур верхнего уровня упрощенной схемы АСУТП 47
2.5. Концептуальная модель ИВСМ 48
2.6. Выводы 52
Глава 3. Исследование концептуальной модели верхнего уровня иерархической АСУТП на основе информационной Web-системы мониторинга 55
3.1. Программные компоненты ИВСМ 55
3.2. Тестирование буферных серверов 57
3.3. Тестирование подсистемы WEB-сервера 58
3.4. Тестирование подсистемы базы данных 61
3.5. Выводы 65
Глава 4. Практические аспекты 67
4.1. Интеграция источников данных с применением программируемого сервера временного хранения данных 67
4.1.1. Идеология метода 67
4.1.2. Внутренняя структура ПСВХД 69
4.1.3. Применение ПСВХД для информационной Web-системы мониторинга 71
4.2. Инженерный уровень АСТОУ Новосибирской ГЭС 73
4.2.1. Общая характеристика инженерного уровня АСТОУ НГЭС 73
4.2.2. Архитектура инженерного уровня АСТОУ НГЭС 75
4.2.3. Программный комплекс инженерного уровня АСТОУ НГЭС 76
4.3. Выводы 80
Заключение 82
Литература 87
- Классические Интернет - технологии и информационная Web-система
- Оценка производительности Интранет - архитектур верхнего уровня упрощенной схемы АСУТП
- Тестирование подсистемы WEB-сервера
- Инженерный уровень АСТОУ Новосибирской ГЭС
Введение к работе
Глобальная компьютерная сеть Интернет является одним из феноменов современности. С конца 80-х годов XX века она испытывает бурный рост, расширяясь невиданными темпами. В 1987г. Интернет росла со скоростью 15% в месяц. К 1990г она объединяла примерно 3000 сетей, содержащих около 200 000 компьютеров [1]. В 1999г услугами Интернет воспользовались уже порядка 200 млн. человек [14]. По сообщению информационного агентства «Компьюлента» [15], согласно данным, полученным компанией Nielsen/TNetRatings, в марте 2001г. количество пользователей Интернета в мире увеличилось почти на семь миллионов и достигло 379 млн. человек. В марте 2002г. по данным той же компании, аудитория Интернет составила уже 498 млн. человек [16]. В России рост Интернет-аудитории также впечатляет: с 409 тыс. человек в ноябре 1996 до 1,9 млн. пользователей в мае 1999г. [17].
Такой объем аудитории, и темпы ее роста привлекли различные компании, прежде всего в целях рекламы своей продукции, которые дали сети новое направление развития, которое получило название электронной коммерции (е-соттегсё). Интерактивные возможности Интернет, связанные прежде всего с интерфейсом CGI [7], которые разрабатывались для создания систем поиска информации в сети [11, 25], позволили создать системы экономического предназначения класса В2С (Business to Customer - бизнес-потребитель) и В2В (Business to Business - бизнес-бизнес), в которых предприятия обслуживали покупателей и друг друга [18-23]. Наиболее заметные успехи имеют системы электронной продажи товаров, авиабилетов, предоставления банковских услуг, применение которых дает их владельцам экономию в сравнении с традиционными методами продаж,
доходящую до 87-97% [14]. Информационно-консалтинговый центр по электронному бизнесу [24] отмечает, что аналитические исследования в этой области показывают, что объемы продаж через Интернет будут расти быстрее, чем число новых пользователей. Отчет компании Jupiter Media Metrix [24] говорит о том, что в течение четырех ближайших лет число «онлайновых» покупателей в сети достигнет 132 млн. человек, в то время как сейчас их насчитывается около 67 млн. Безусловный успех коммерческого использования Интернет способствует привлечению инвестиций в развитие Интернет-технологий, что в свою очередь дает новые возможности для электронного ведения бизнеса. В настоящее время исследуются принципы и методы создания так называемых виртуальных предприятий, объединяющих разные компании для выполнения совместных задач на основе применения телекоммуникационных технологий, и, прежде всего - Интернет [29, 30].
Дальнейшее развитие настоящего подхода многие исследователи видят во включении в системы электронного Интернет-бизнеса автоматизированных систем управления предприятием (АСУП) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) производственных предприятий [26 - 31, 52, 55]. Такой подход позволил бы предприятиям более оперативно решать свои производственно-коммерческие задачи, требующие динамизма во взаимодействии с потребителями продукции, поставщиками материальных ресурсов и компонентов, отделениями и деловыми партнерами, расположенными за пределами основной территории предприятия.
Для эффективного управления современным производственным предприятием необходимо решение ряда задач, включая: - автоматизацию процесса получения первичных данных для систем
экономического учета и планирования типа ERP (Enterprise Resource
Planning) I ERM (Enterprise Resource Management) I MRP (Material Requirement Planning) и т.п.;
улучшение процесса мониторинга состояния основных фондов (оборудования), принимающих непосредственное участие в технологическом процессе;
изучение технологического процесса с целью его дальнейшего совершенствования;
- экспресс-диагностику и предотвращение аварийных ситуаций.
Подобные задачи решаются при помощи АСУТП, которые на современном
этапе развития имеют распределенную и иерархическую структуру.
Все вышеизложенное делает актуальным вопрос о методах интеграции систем электронного ведения бизнеса с АСУТП на основе применения Интернет-технологий, а, следовательно, и исследование Интернет-технологий для применения в распределенных иерархических автоматизированных системах управления и мониторинга технологических процессов.
Темпы развития Интернет и многочисленность ее аудитории позволяют провести практическую проверку предложений и технологий, которые Интернет-аудитория получает от заинтересованных компаний. Ряд методов и решений при этом проходят подобное испытание, и становятся общепризнанными и общеприменимыми. Несмотря на короткий срок существования, их, тем не менее, можно определить как классические. Именно они наиболее интересны для изучения с целью их последующего применения в промышленности.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом данного исследования являются классические Интернет-технологии для применения в распределенных иерархических
автоматизированных системах управления и мониторинга технологических процессов.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Целью настоящей работы является исследование классических Интернет-технологий для применения в распределенных иерархических автоматизированных системах управления и мониторинга технологических процессов и разработка принципов построения архитектур подобных систем на основе данных технологий.
Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
анализ архитектур современных распределенных иерархических АСУТП;
определение области применения Интернет-технологий в структуре распределенной иерархической АСУТП;
разработка Интернет-архитектур и схемы взаимодействия программного обеспечения, встраиваемых в распределенную иерархическую АСУТП;
построение концептуальной модели и исследование производительности Интернет-архитектур, встраиваемых в распределенную иерархическую АСУТП;
исследование методов интеграции источников данных для Интернет-архитектур, встраиваемых в распределенную иерархическую АСУТП.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Примененные в диссертационной работе методы исследований базируются на использовании системного подхода к оценке рассматриваемых
архитектур вычислительных систем, а также на экспериментальных методах анализа производительности, применяемых в теории вычислительных систем.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Выделены 3 основных логических уровня распределенной иерархической АСУТП и сформулированы основные функции и требования к верхнему уровню.
Предложен ряд Интернет-архитектур верхнего уровня АСУТП, базирующихся на методе трансформации межуровневого шлюза в Web-сервер, выполняющий как шлюзовые, так и коммуникационные функции. При этом показано, что с точки зрения повышения безопасности от несанкционированного воздействия, обеспечения стандартизации входных и выходных интерфейсов и требования архивирования информации наиболее предпочтительна архитектура области шлюза, совпадающая с информационной Web-системой мониторинга (ИВСМ) при условии ее достаточной производительности.
Проведено исследование производительности базовой архитектуры ИВСМ, созданной на основе архитектуры классической информационной Web-системы, путем эмпирической оценки на концептуальной модели ИВСМ. Это позволило выявить недостатки базовой архитектуры ИВСМ и предложить ее коррекцию для увеличения производительности.
Исследованы методы интеграции источников данных для верхнего уровня распределенной иерархической АСУТП и предложено новое решение, которым является применение программируемого сервера временного хранения данных в качестве программного интерфейса
для источников данных. Его основными достоинствами являются использование ресурса только оперативной памяти компьютера, динамически варьируемый по запросам клиента буфер данных, простой и открытый интерфейс.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
Архитектура верхнего уровня распределенной иерархической АСУТП на основе Интернет-технологий с использованием в качестве межуровнего шлюза Web-сервера и информационной Web-системы мониторинга.
Схемы организации информационных потоков и взаимодействия программных компонент верхнего уровня распределенной иерархической АСУТП на основе Интернет-технологий и информационной Web-системы мониторинга
Методика эмпирической оценки производительности информационных Web-систем мониторинга на основе концептуальной модели ИВСМ.
Метод применения программируемого сервера временного хранения данных (ПСВХД) в качестве программного интерфейса для интеграции источников данных и архитектура ПСВХД.
Архитектура и структура информационных потоков верхнего (инженерного) уровня автоматизированной системы технического обслуживания и управления Новосибирской ГЭС.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Результаты настоящих исследований явились основополагающими при
создании архитектуры верхнего (инженерного) уровня
автоматизированной системы технического обслуживания и управления (АСТОУ) Новосибирской ГЭС и ее подсистемы архивирования и
визуализации суточных показателей работы ГЭС.
Применение результатов настоящего исследования позволяет спроектировать и создать верхний уровень распределенной иерархической АСУТП на основе Интернет-технологий, и при этом:
автоматизировать процесс получения первичных данных для систем экономического учета и планирования типа ERP/ERM/MRP, построенных на основе Web-систем;
организовать процесс удаленного мониторинга состояния основных фондов (оборудования), принимающих непосредственное участие в технологическом процессе;
собрать необходимые данные для изучения технологического процесса с целью его дальнейшего совершенствования;
осуществлять в реальном масштабе времени экспресс-диагностику на верхнем уровне АСУТП, в том числе и с целью предотвращения аварийных ситуаций;
снизить затраты на создание и сопровождение программного обеспечения АСУТП.
Автором впервые предложен и опубликован в июне 1999г. метод построения архитектуры верхнего уровня АСУТП на основе Интернет-технологий с использованием Web-сервера в качестве межуровневого шлюза. В более поздних материалах ряда компаний, производящих SCADA-системы промышленного предназначения, например компаний WonderWare (США) (ноябрь 1999г.) [84]и АдАстра (Россия) (март 2001г.) [85] метод также рекомендован для применения в АСУТП.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Результаты исследований докладывались автором на следующих конференциях:
Четвертом сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-2000), Новосибирск, 2000.
Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ'2000), Новосибирск, 2000.
IASTED International Conference on Control and Applications. June 27-29, 2001, Banff, Alberta, Canada,
SPIE International Conference on Internet-Based Enterprise Integration and Management. 31 October - 1 November, 2001, Boston Mariott Newton, Newton, Massachusetts, USA,
IASTED International Conference on Automation, Control, and Information Technology. June 10-13, 2002, Novosibirsk, Russia.
SPIE International Conference on Internet Performance and Control of Network Systems III. 29 July - 1 August, 2002, Boston, Massachusetts, USA.
ПУБЛИКАЦИИ
По теме диссертации опубликовано 11 работ [47, 48, 56-62, 94, 95].
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, который насчитывает 96 наименований. Основное содержание изложено на 96 страницах текста, 35 рисунках, 8 таблицах.
БЛАГОДАРНОСТИ АВТОРА
Автор выражает свою благодарность И.Ф. Клисторину, А.А. Лубкову и А.П. Бурматову.
Классические Интернет - технологии и информационная Web-система
К настоящему времени ряд Интернет-технологий прошел испытание временем и стал общепризнанным и общеприменимым. Несмотря на короткий срок их существования, эти технологии, тем не менее, можно считать классическими. К ним можно отнести стек протоколов TCP/IP, протокол HTTP [13], доступ к информации через Web-серверы посредством механизмов CGI, ASP, PHP [7,9,11,70], языки HTML, JavaScript, VBScript, технологии Java [10] и ActiveX [12]. С их помощью стало возможным соединить информационную систему (рис. 1-1) и Web систему (рис. 1-2) в единое целое. На их основе сформировалась и стала общепринятой архитектура информационной Web-системы, заключающаяся в соединении возможностей Web-технологий и баз данных (рис. 1-3). Механизмы CGI, ASP, PHP позволяют сделать обращение к СУБД и передать параметры вызова клиента информационной Web-системы расширению Web-сервера. Расширение Web-сервера преобразует полученный клиентский запрос в SQL-запрос к СУБД и возвращает Web-серверу полученные от СУБД данные. Однако, если CGI позволяет сделать вызов через любое расширение, то ASP и РНР только через те, которые могут интерпретировать соответствующий язык запросов, чьи операторы встраиваются непосредственно в HTML-файл с использованием специальных тегов. Языки HTML, JavaScript, VBScript, технологии Java и ActiveX позволяют сформировать интерфейс клиента информационной Web-системы. В основной HTML-документ, загружаемый Web-броузером клиента, возможны вставки из скриптов, созданных на языках JavaScript или VBScript, а также программы в двоичном коде (ActiveX) или псевдокоде для виртуальной Java-машины (Java-апплеты).
Вставки из программ позволяют организовать интерактивный режим взаимодействия клиента с информационной системой без перезагрузки основного HTML-документа, а также существенно усиливают графические возможности интерфейса клиента. Данные в информационную Web-систему заносятся, как правило, вручную: как напрямую в СУБД, так и пользователями системы с применением запросов через Web-сервер, использующих механизмы взаимодействия между Web-сервером и СУБД. Примерами подобных систем могут служить системы электронной коммерции, электронные каталоги, информационно-поисковые системы, системы обслуживания электронных платежей. Анализ публикаций, освещающих современные АСУТП в России и за рубежом ( [32-42, 89-93] ), показывает, что современная модель системы автоматизации сложного промышленного объекта или процесса (реактор, энергоблок, непрерывный технологический процесс) имеет сетевую природу и логически может подразделяться на несколько иерархических уровней мониторинга и управления (упрощенная схема иерархической системы автоматизации сложного промышленного объекта представлена на рис. 1-4). В разных работах иерархические уровни формируются по-разному, однако с уверенностью можно говорить о 3-х основных, которые в той или иной форме имеют место в реальной системе (рис. 1-5): 1) нижний уровень, 2) уровень диспетчерского контроля и управления, 3) верхний уровень (уровень предприятия). Оборудование нижнего уровня решает задачи контроля параметров управляемого объекта и удержания объекта в допустимом технологическом режиме. Как правило, оно расположено в непосредственной близости от объекта управления.
Поскольку структура оборудования непосредственного контроля определяется физической структурой управляемого объекта, оно может быть сгруппировано по различным признакам - территориальным или логическим - необходим следующий уровень - диспетчерского контроля -для целостного и эргономичного представления управляемого объекта. Уровень диспетчерского контроля решает задачи: приема информации от оборудования нижнего уровня, обработки полученной информации для визуализации и архивации, визуализации информации в удобной форме, организации интерактивного интерфейса с оператором, передачи управляющего воздействия оборудованию нижнего уровня, сигнализации о наступлении событий, краткосрочного и долгосрочного архивирования, передачи информации верхнему уровню. Поскольку информация диспетчерского уровня должна быть доступна руководящему звену предприятия и соответствующим службам, то необходим еще один, более высокий логический уровень - верхний [47]. Операторам диспетчерского уровня не всегда достаточно полномочий для принятия решений по ликвидации нештатной ситуации, возникшей на управляемом объекте.
Оценка производительности Интранет - архитектур верхнего уровня упрощенной схемы АСУТП
Одной из наиболее важных характеристик архитектур верхнего уровня, приведенных в разделе 2.3, является способность передачи информации в реальном масштабе времени. Для систем, в которых передача информации происходит по высокоскоростным коммуникациям (например, по кабелю в локальной сети), становится важным не только пропускная способность каналов связи, но и производительность узлов сети, а также программных компонент, выбранных для построения всей системы.
Поскольку наиболее предпочтительна архитектура области шлюза, совпадающая с информационной Web-системой мониторинга, то вопрос исследования производительности ИВСМ является приоритетным.
Так как ИВСМ представляет собой сложный аппаратно-программный комплекс, алгоритмы функционирования которого закрыты для пользователя, то очень трудно получить аналитическое выражение, которое бы позволило определить максимальное количество ее абонентов при заданной аппаратно-программной конфигурации и интенсивности входного потока мониторируемых данных. С другой стороны, стоимость аппаратной части и программного обеспечения относительно низка, что позволяет построить реальный прототип системы и исследовать его экспериментально, смоделировав его работу (раздел 1.5). Информационные Web-системы мониторинга отличаются от информационных Web-систем систем коммерческого назначения более жесткими временными ограничениями и наборами передаваемых данных, поэтому для оценки производительности ИВСМ необходимо использовать присущие АСУТП временные рамки и характерную для них рабочую нагрузку (поток информации с устройств ввода данных).
По результатам исследования можно получить оценки производительности системы и ее компонент. Стоит отметить, что эмпирические методы оценки производительности считаются одними из наиболее достоверных методов исследования вычислительных систем [71, 87,88].
Поэтому в настоящей работе исследуется концептуальная модель информационной Web-системы мониторинга путем эмпирической оценки программных компонент ее прототипа для платформы Win32.
Отправной точкой для построения концептуальной модели ИВСМ послужила архитектура классической информационной Web-системы (раздел 1.2), в которой данные поступают от источников данных автоматически в СУБД, а пользователи получают информацию от Web-сервера, подключенного к СУБД (рис.2-1).
Данная схема позволяет использовать унифицированный интерфейс между различными программными компонентами системы через СУБД и одновременно архивировать входные данные. Для систем, предназначенных для мониторинга медленных процессов, которые практически не имеют временных ограничений, схема позволяет решить требуемую задачу. Для систем, осуществляющих мониторинг быстропротекающих процессов в реальном времени, необходима оценка производительности.
Концептуальная модель исследуемой системы, построенная на основе данной схемы, представлена на рис.2-7.
Рабочей нагрузкой для нее являются данные, поступающие или непосредственно от источников данных, или от концентратора данных и запросы от CGI-скриптов Web-сервера. Ответом системы будут переданные данные. Рабочая нагрузка оказывает сильное влияние на производительность системы. Она может варьироваться в зависимости от предназначения конкретной системы. Для настоящего исследования была принята нагрузка, соответствующая потокам данных в автоматизированной системе технического обслуживания и управления Новосибирской ГЭС. Обновление информации происходит 1 раз в секунду. При этом передается примерно 1000 16-битовых параметров. Пользователь ИВСМ на экране своего монитора по эргономическим причинам может осуществлять наблюдение за ограниченным количеством входных параметров, которые отображаются, как правило, в графической форме. По экспертной оценке для данного исследования принято значение в 10 параметров. Таким образом, на вход исследуемой ИВСМ подается нагрузка в виде входного потока данных из 1000 16-битовых величин и запросы от пользователей на передачу и визуализацию пакетов из 10-ти 16-битовых величин.
Для определения критичных по производительности мест системы уместно произвести ее декомпозицию на 2 подсистемы, которые можно исследовать раздельно при использовании адекватной входной нагрузки. Это подсистемы базы данных (рис.2-8) и Web-сервера (рис.2-9).
Тестирование подсистемы WEB-сервера
В следующей группе тестов представлены результаты тестирования Web-сервера и клиента на основе Java-апплета, которому было отдано предпочтение в связи с большой популярностью технологий Java (рис.3-1). Java-апплет может взаимодействовать с различными расширениями Web-сервера, но CGI-скрипты были выбраны как наиболее гибкие и устоявшиеся средства. Данные передавались пакетами по 10 16-битовых значений. Подобный выбор объясняется тем, что при помощи апплетов производится визуализация данных в виде графических трендов, и нет смысла по эргономическим причинам осуществлять отображение большего количества параметров. Передача данных производилась двумя методами: непрерывным потоком (вынуждая Web-сервер посылать клиенту данные, не дожидаясь окончания работы скрипта, передающего данные) и непрерывным запуском CGI-скрипта, передающего 1 пакет. Тесгы выполнялись в 2-х вариантах: без задержки посылки данных и с задержкой между посылками в 1с. В первом методе CGI-скрипт был написан на языке Perl, во 2-м методе - на языках программирования Perl, C++ и ассемблере.
За тср как и в предыдущем тесте принимается среднее значение транзакции с одним клиентом. Таблица 3-4 и левая часть таблицы 3-3 (передача данных непрерывным потоком без задержек между посылками) показывают поведение Web-сервера при перегрузке. Очевидно, что передачу основного потока данных через Web-сервер лучше всего производить методом непрерывного потока с необходимой задержкой между посылками, которые позволяют минимизировать вероятность одновременного выполнения нескольких запросов.
Для оценки функционирования подсистемы СУБД было сделано 2 теста, в которых 1 клиентское приложение производило запись 1000 16-битовых чисел, а остальные клиенты делали выборку 1000 16-битовых чисел. Периодичность записи и выборки - 1 раз в секунду. Клиентом была программа, написанная на языке C++. В 1-м тесте (рис. 3-2) все клиенты располагались на 4 компьютерах в локальной сети, во 2-м запись и выборка производилась локально на сервере БД. Таким образом, исследовались два возможных варианта взаимодействия с СУБД: 1. каждый клиент обращается непосредственно к базе данных, то есть транзакции осуществляются с разных компьютеров; 2. клиенты обращаются к базе данных через промежуточный процесс, транслирующий запросы клиентов, то есть, обращения к СУБД происходят локально с того же компьютера, на котором установлена СУБД.
Клиенты подключались последовательно, по одному, с разных компьютеров. Результаты тестов представлены в таблицах 3-6 и 3-7. В таблицах приведены только те строки, которые отражают существенное изменение времени обработки транзакций, произошедшее после подключения очередного клиента. Минимальное Tmill, максимальное Tmav и среднее Tmid времена выполнения транзакций указаны в миллисекундах. В графе «Клиенты» указано количество клиентов, производящих выборку из СУБД, в графе «CPU» указана загрузка процессора сервера в процентах, в графе «Память» указано количество памяти, занимаемой процессом СУБД в мегабайтах.
Из таблиц 3-6 и 3-7 видно, что локальные транзакции клиентов с базой данных предпочтительнее удаленных. Так отношение номинальных средних времен тср (среднее значение транзакции с одним клиентом) распределенных транзакций к локальным при записи и выборке равны соответственно 1,72 и 1,93 для данной конфигурации тестируемой системы. Следовательно, для увеличения производительности базовая схема ИВСМ (рис. 3-1) должна быть преобразована таким образом, чтобы существовало дополнительное программное обеспечение, которое бы заменяло распределенные запросы к СУБД на локальные. Оно осуществляло бы промежуточное хранение входных данных, пересылало данные по запросам от Web-сервера и осуществляло архивацию данных в По сравнению с COM/DCOM и Web серверами СУБД имеет довольно слабые возможности и является «узким местом» всей ИВСМ, что видно из соотношения их номинальных производительностей. К тому же выполнение условий (2-5 и 2-6) для данной исследуемой системы приводит к тому, что Nyfl становится равным 1, a Nn0K=13. Таким образом, становится очевидной необходимость изменения организации потоков данных ИВСМ, представленной на рис. 2-1, таким образом, чтобы основные потоки данных миновали СУБД, а в ней происходило только архивирование нужной информации.
Как показывают результаты тестирования COM/DCOM серверов (таб. 3-1, 3-2), дополнительное программное обеспечение для буферизации данных и запросов к СУБД может быть реализовано, в том числе и на их основе. Тестирование компонентов ИВСМ показало: 1. Транспортировку основного потока данных через Web-сервер оптимально производить методом непрерывного потока с необходимой задержкой между посылками, которые позволяют минимизировать вероятность одновременного выполнения нескольких запросов на передачу данных. 2. Локальные транзакции клиентов с базой данных предпочтительнее удаленных. Это видно из соотношения номинальных производительностей и средних времен выполнения транзакций. Из этого следует необходимость изменения архитектуры ИВСМ, представленной на рис. 2-1, таким образом, чтобы было дополнительное программное обеспечение, которое бы заменяло распределенные запросы к СУБД на локальные. 3. Соотношение номинальных производительностей COM/DCOM и Web-серверов и СУБД показывает, что необходимо изменение организации потоков данных ИВСМ таким образом, чтобы основные потоки данных миновали СУБД, а в ней происходило только архивирование нужной информации (рис. 3-3). Один из методов достижения этой цели является использование буферного сервера-накопителя, предназначенного для оптимизации транзакций клиентов с СУБД. 4. Соотношение времен транзакций COM/DCOM серверов и Web-сервера позволяет сделать вывод о возможности использовании механизмов COM/DCOM для организации вышеупомянутого сервера-накопителя (рис. 3-3). 5. Временные издержки на организацию удаленного взаимодействия с сервером DCOM на порядок превышают затраты на организацию самого механизма СОМ. Однако затраты на организацию сервера COM/DCOM сравнимы с затратами на организацию Ріре-сервера, что делает механизм COM/DCOM предпочтительным перед Pipe.
Инженерный уровень АСТОУ Новосибирской ГЭС
Изложенный в предыдущих главах подход был применен при создании верхнего (инженерного) уровня автоматизированной системы технического обслуживания и управления (АСТОУ) Новосибирской ГЭС [48]. Иерархическая модель АСТОУ [32], представленная на рис. 4-5, состоит из 4-х уровней: - нижнего [68], - агрегатного, - диспетчерского [67]и - инженерного. Предназначение инженерного уровня - обеспечить доступ инженерно-технического и управляющего персонала НГЭС, а также вышестоящих и сторонних организаций, к оперативным и архивным данным АСТОУ. При этом решаются следующие задачи по организации: аппаратно-программного комплекса архивирования информации инженерного уровня (КАИ); интерфейса между нижележащим диспетчерским уровнем АСТОУ и КАИ для получения от диспетчерского уровня текущей и архивной информации; интерфейса между КАИ и другими источниками информации, не входящими в АСТОУ непосредственно; интерфейса для доступа к КАИ неоперативного инженерного персонала НГЭС; интерфейса для доступа к КАИ персонала вышестоящих и сторонних организаций, расположенных на значительном удалении от здания НГЭС. Данные в КАИ поступают от 2-х групп источников: - от системы «ТОК», разработанной на НГЭС, и осуществляющей сбор информации с датчиков, не входящих в АСТОУ, и ввод части информации вручную; - от диспетчерского уровня АСТОУ НГЭС. Географическая удаленность пользователей и набор решаемых задач делают естественным выбор Интранет в качестве основы архитектуры верхнего уровня информационной системы. Основой инженерного уровня служит локальная сеть НГЭС, в которую были интегрированы сервер базы данных для хранения архивной информации и Web-сервер, соединяющий локальные сети инженерного и диспетчерского уровней (рис.4-6). При этом для передачи данных в сетях
Исходя из того, что наибольшую опасность для сохранности информации представляют несанкционированные действия инженерно-технического и управленческого персонала НГЭС, сервер базы данных был логически расположен между Web-сервером и локальной сетью диспетчерского уровня. Дополнительное преимущество такого расположения - отсутствие промежуточных звеньев между источником информации диспетчерского уровня АСТОУ НГЭС и сервером базы данных, который архивирует эту информацию. Оба сервера представляют собой компьютеры с двумя сетевыми адаптерами, между которыми запрещена маршрутизация. Доступ к информации при этом осуществляется через программы, работающие на каждом из серверов. Одновременно Web-сервер предоставляет возможность удаленного доступа к информации инженерного уровня персоналу вышестоящих и сторонних по отношению к НГЭС организаций. Таким образом, Web-сервер является одновременно и связующим звеном, и развязкой между локальными сетями инженерного и диспетчерского уровней и удаленными абонентами. Программный комплекс инженерного уровня АСТОУ НГЭС включает в себя программное обеспечение: абонентов инженерного уровня, комплекса архивации, Web-сервера, ввода информации в комплекс архивации. Взаимодействие абонентов инженерного уровня с комплексом архивации построено по схеме клиент - сервер. В Интранет-сети таким клиентом является любой стандартный Интернет-броузер. Он получает информацию в гипертекстовом виде в форме HTML-страниц.
Для архивирования информации необходимо использовать СУБД промышленного типа, которая была бы спроектирована для работы в многозадачном и многопользовательском режиме, была бы надежна и устойчива в эксплуатации, имела широкие возможности по объему хранимой информации и средства ее защиты от возможных отказов оборудования. На настоящий момент несколько СУБД обладают подобными характеристиками. Учитывая тот факт, что большинство программного обеспечения АСТОУ НГЭС базируется на платформе Win32, был сделан выбор в пользу СУБД Microsoft SQL Server компании Microsoft. Программное обеспечение Web-сервера должно поддерживать как протокол HTTP, так и необходимые программные интерфейсы для организации доступа к информации, сосредоточенной в СУБД системы архивации. Существующие интерфейсы можно разделить на 2 принципиально различающихся класса: внешние и встроенные.
Внешние интерфейсы не содержат каких либо средств для доступа к СУБД. Используя подобный интерфейс, Web-сервер может вызвать внешнюю программу, передать ей необходимые параметры для осуществления запроса к СУБД и получить в ответ запрашиваемую информацию. К таким интерфейсам можно отнести общий шлюзовой интерфейс (CGI) и интерфейс ISAPI компании Microsoft для ее продукта Internet Information Server (IIS). Встроенные интерфейсы позволяют осуществить доступ к СУБД непосредственно Web-серверу. При этом информация о запросе к СУБД помещается в HTML-страницу и интерпретируется Web-сервером. К интерфейсам этого типа можно отнести активные серверные страницы (ASP), разработанные компанией Microsoft, и РНР-страницы. Внешние интерфейсы более предпочтительны для решения подобных задач благодаря их гибкости и возможности использовать разнообразное программное обеспечение для ввода и обработки данных.
Среди них классический, независящий от компьютерной платформы, интерфейс CGI - наиболее подходящий для организации взаимодействия с источниками данных (включая СУБД) и последующей обработки информации. По тем же причинам, что и в случае с СУБД, предпочтение в выборе платформы для Web-сервера было отдано Win32. Этому способствовало наличие на данной платформе универсального программного интерфейса ODBC к различным СУБД. Этот интерфейс позволяет определить так называемое имя источника данных (DSN), которое содержит информацию о реальной СУБД. Обращение к СУБД производится через DSN. В дальнейшем можно перенастроить DSN на другую СУБД без перенастройки программного обеспечения, которое манипулирует информацией из СУБД. Промежуток между CGI и ODBC интерфейсами заполняют так называемые CGI-скрипты - интерфейсные программы, принимающие запросы от Web-сервера, формирующие запросы к СУБД, принимающие от СУБД ответную информацию, обрабатывающие ее по заданному алгоритму и преобразующие ее в необходимый вид.
На выходе CGI-скрипта получается HTML-файл, который передается затем пользователю информационной системы. Именно CGI-скрипт может вызвать программу специализированной (статистической, графической и т.п.) обработки данных или интерфейсную программу для их ввода. Классическим решением для написания CGI-скриптов является язык программирования PERL [69]. Это также мультиплатформное решение. Для визуализации архивной информации инженерного уровня используются табличная и графическая формы (рис. 4-7). Если табличную форму позволяет реализовать язык HTML, то для преобразования данных в графический вид необходимо использовать специализированное программное обеспечение. Медленно меняющаяся информация может быть преобразована в графики на серверной стороне. Одно из решений - графический пакет GNUPLOT [70], свободно распространяемый в сети Интернет.
