Системный анализ для распределенного технологического объекта.

Введение

В настоящее время развитие технологий происходит стремительными темпами. Еще несколько десятилетий назад техническим новшеством, например, считалась связь с движущимися объектами, а сегодня технологии, такие как широкополосный доступ в сеть Интернет с мобильного телефона, не являются редкостью и имеют широкое распространение.
При помощи технологий, доступных сегодня, проектировщики могут строить распределенные системы для разных областей деятельности, включая опционально те или иные функции в систему путем подбора определенной конфигурации оборудования.
Унификация протоколов и стандартов позволяет говорить о простоте подбора оборудования, ведь на сегодняшний день на рынке представлено многообразие технологических решений в области связи, которые отличаются функционалом и стоимостью и взаимодействуют между собой. Тема данной курсовой работы – системный анализ распределенного технологического объекта. В качестве данного объекта будет рассматриваться распределенная система связи. Например, система связи для районной больницы, имеющей в своем составе 7 врачебных амбулаторий и 16 фельдшерско-акушерских пунктов, оказывающих медицинскую помощь в определенном районе.
В районном центре существует возможность подключения к сети «интернет» посредством волоконно – оптической линии связи, но в удаленных населенных пунктах ситуация такова, что кабельной инфраструктуры а также волоконно – оптической сети на данном этапе не реализовано, что существенно снижает возможность привязки к головному учреждению, которое в данном случае располагается в районном центре. Осуществление доступа из всех удаленных точек является крайне важной и актуальной задачей, так как при организации технически грамотной и выполненной в соответствии с необходимыми требованиями системы связи можно будет говорить не только о существенном снижении затрат за счет снижения количества отказов в оплате случаев обслуживания и снижения транспортных расходов, но и о спасении человеческих жизней, так как доктор удаленно может оказать консультацию своему коллеге или пациенту при возникновении ситуации чрезвычайной срочности при помощи организации сеанса видеоконференцсвязи.
Также личное присутствие специалистов на различных совещаниях часто связано со значительными материальными и временными затратами на проезд к месту проведения совещания. Видеосвязь позволяет обойтись без издержек такого рода, давая возможность организации коллективной работы с того места, где присутствует подключение к услуге.
Стоит сказать, что системный анализ — научный метод познания, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или постоянными элементами исследуемой системы. Опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических, математических методов.
Система (от древнегреческого σύστημα — целое, составленное из частей; соединение) — множество элементов, находящихся в отношениях и
По определению видеоконференцсвязь – это телекоммуникационная технология интерактивного взаимодействия двух и большего количества абонентов, обеспечивающая возможность одновременной передачи звука, видеоизображения и данных.
Помимо услуги видеоконференцсвязи в настоящей системе связи при помощи наземной станции спутниковой связи могут быть организованы такие виды сервисов, как: телефонная связь и IP телефония, передача данных с клиентской на серверную часть СУБД, передача пользовательских данных, организация привязки к различным сетям связи и передачи данных других ведомств.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ НА ПРИМЕРЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Постановка задачи на проведение системного анализа

В начале анализа заключается в подробном изучении требований, в соответствии с которыми должна быть построена такая распределенная система, как распределенная система связи, предназначенная для выполнения задач в соответствии с планируемым предназначением.
Распределенная система связи должна быть выполнена в виде многокомпонентой архитектуры;
Распределенная система связи должна обеспечивать непрерывность и качество связи в соответствии с действующими стандартами;
Распределенная система связи должна иметь в своем составе абонентские устройства, такие как: комплекс видеоконференцсвязи, который должен обеспечивать отображение видеоизображения и звука в режиме реального времени, и телефонные аппараты с возможностью установления как связи внутри учреждения, так и связи городской, междугородней и международной телефонной;
Распределенная система связи должна иметь унифицированные интерфейсы сопряжения с аппаратурой, входящей в ее состав, необходимо избегать использования фирменных интерфейсов, у которых нет совместимости с аппаратурой других производителей;
Структурные элементы распределенной системы связи должны размещаться в стойке, по возможности в помещении, в которое исключен доступ третьих лиц, а оконечные устройства должны размещаться в помещении дежурного медицинского персонала;
Распределенная система связи должна иметь необходимый по времени источник бесперебойного питания и бензоэлектрический агрегат, как резерв электропитания;
Распределенная система связи должна включать в свой состав станцию спутниковой связи и модуль привязки к операторам сотовых сетей связи для передачи данных;
Распределенная система связи должна обеспечивать возможность доступа к серверной части СУБД, которая находится в центральном учреждении – районной больнице для ведения ЭМК в режиме реального времени;
Распределенная система связи должна обеспечивать возможность резервирования каналов связи без перерывов действия связи, а также возможность выбора канала связи в соответствии с требуемым качеством;
Станция спутниковой связи распределенной системы связи должна обеспечивать канал связи необходимой пропускной способности для организации всех необходимых сервисов;

Системный анализ требований, предъявляемых к распределенной системе связи

Вторая часть анализа распределенной системы связи заключается в обосновании требований, предъявляемых к ней. Описанные в предыдущем разделе требования необходимо выполнить, исходя из соображений целесообразности. И в рамках анализа необходимо наиболее полно и подробно привести данные соображения.
Исполнение распределенной системы связи в многокомпонентной, а не в моноблочной архитектуре необходимо, так как такая реализация способствует существенным образом упрощению ремонтных работ, которые в данном случае сводятся к замене компонентов системы, реализованных в виде блоков. В случае исполнения подобной системы в виде моноблока чаще всего требуется дорогостоящий ремонт сторонней организации, что существенно отразится как на бюджете, так и на функционировании системы, выраженной в виде простоя;
Необходимость включения в состав распределенной системы связи таких абонентских устройств, как терминал видеоконференцсвязи и телефонные аппараты, с возможностью осуществления вызова как абонентов системы, так и абонентов за ее пределами, это требование обусловлено необходимостью передачи изображения и звука в режиме консультирования вопросов медицинского характера, связанных с экстренными пациентами, а также требованиями организации телефонной связи по надежным каналам связи;
Использование унифицированных интерфейсов влияет на дальнейшую модернизацию и блочный ремонт всей системы в целом, так как существенно проще использовать устройство с широко распространенным интерфейсом, чем устройство со специализированным интерфейсом;
Требования к непрерывности и качеству связи при организации сеанса связи, например такой, как видеоконференцсвязь, весьма критичны, когда речь идет о человеческой жизни. Также стоит отметить, что передача данных и телефонная связь теряют актуальность при неудовлетворительном качестве или перерывам действия;
Размещение в стойке необходимо для надежного крепления, которое позволяет простоту обслуживания. Аппаратура системы должна находиться в отдельном помещении, в которое исключен доступ третьих лиц, так как они могут причинить вред, выражающийся в отказе функционирования системы либо ее составной части. Размещение абонентских устройств в помещении дежурного медицинского персонала обусловлено необходимостью оперативного использования сервисов, предоставляемых системой;
Распределенная система связи должна иметь необходимый по времени источник бесперебойного питания и бензоэлектрический агрегат для осуществления бесперебойного питания элементов системы, так как в случае отключения системы от промышленной электрической сети необходимо обеспечить дальнейшее функционирование системы

. В момент переключения в качестве элемента электропитания будет выступать источник бесперебойного питания в качестве буферного источника электропитания, что обеспечит необходимое время дежурной смене осуществить запуск бензоэлектрического агрегата и осуществлять электропитание системы от его ресурсов;
Резервирование каналов связи, без перерывов действия связи, необходимо исходя из того, что в данном случае структурные элементы системы могут находиться на значительном удалении, и в связи с этим, надежность обеспечения связью является наиболее приоритетной задачей, так как речь может идти о человеческих жизнях, и оперативное участие специалиста центрального участка может быть необходимо;
Для ведения документации необходимо иметь доступ с персонального компьютера медицинского регистратора на сервер с установленной серверной частью СУБД, так как в клиентской части СУБД в большинстве случаев реализован только графический пользовательский интерфейс, а данные хранятся и обрабатываются централизованно;
Выполнение норм и правил, таких как: достаточная освещенность, эргономика исполнения абонентской части оборудования и акустическая подготовленность помещения, в котором предполагается разместить оконечное оборудование системы, позволит избежать негативных явлений, связанных с отраженной звуковой волной (эффект эхо) а также «рассыпания» изображения вследствие малой освещенности либо превышения освещенности, или засветки.

Системный анализ технологий каналообразования и его обоснование

На сегодняшний день существует большое количество технологий передачи данных. Вопрос выбора одной из них – это вопрос соотношения стоимости услуги с учетом технической возможности и качества ее предоставления. На данном этапе проведения системного анализа распределенной системы связи, как распределенного технологического объекта, необходимо провести анализ технологий передачи данных и каналообразования для выбора оптимальных вариантов при построении распределенной системы связи.
Одним из вариантов каналообразования является выбор технологии семейства DSL. Технологии DSL (digital subscriber line, цифровая абонентская линия) — семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала. Технологии хDSL появились в середине девяностых годов. Она преследовала цель передачи цифровых данных по линии связи, предназначенной для передачи аналоговых телефонных сигналов. Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны любым аналоговым и цифровым модемам. При помощи данного семейства технологий можно осуществлять передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу аналогового сигнала телефонной связи голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.[1]
Службы xDSL разрабатывались для достижения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как: телефонный аппарат, факс и так далее, они должны обеспечивать постоянное подключение. К основным типам xDSL относятся: ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных. В таблице 1 указаны информационные скорости, соответствующие определенным типам технологии. [1]

Таблица 1 – Технологии семейства DSL и их информационные скорости
Технология DSL Максимальная скорость
(прием/передача) Макси-мальное расстояние Количество телефонных пар Основное применение
ADSL
24 Мбит/с, 1,4 Мбит/с
5,5 км 1 Передача данных, голос, видео
SDSL
2 Мбит/с
3 км 1 Объединение сетей, услуги E1
Технология DSL Максимальная скорость
(прием/передача) Макси-мальное расстояние Количество телефонных пар Основное применение
VDSL
62 Мбит/с / 26
Мбит/с

1,3 км на max. скорости 1 Объединение сетей
SHDSL
2,32 Мбит/с
7,5 км 1 Объединение сетей
UADSL
1,5 Мбит/с, 384 кбит/с
3,5 км 1 Передача данных, голос, видео

На Рисунке 1 приведена структурная схема организации связи распределенной системы связи при использовании модемов, работающих по технологии семейства DSL


Рисунок 1 – структурная схема организации связи при использовании
модемов, работающих по технологии семейства DSL.

При построении системы связи, которая должна отвечать требованиям надежности и высокого качества предоставления услуг, несмотря на то, что существуют технологии из семейства DSL, отвечающие требованиям по критерию информационной скорости, технологиями такого характера пользоваться для каналообразования нецелесообразно. Данные технологии ориентированы на передачу данных по линиям ТФОП, которые в удаленной местности в большинстве случаев отсутствуют, а там, где они проложены, затухание сигнала при прохождении по линии может многократно превышать предельно допустимое в связи с отсутствием необходимого технического обслуживания. Необходимо понимать, что при использовании проектируемой системы при отсутствии надежного канала связи все остальное оборудование становится нецелесообразным, в связи с этим ни одна из технологий не подходит в качестве технологии каналообразования. [2]
Второй вариант выбора технологии каналообразования – применение технологии WiMAX. Технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств, от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов. Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как технологию, которая предоставляет высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным телефонным линиям и DSL. Максимальная скорость — до одного гигабита в секунду. В общем виде WiMAX сети состоят основных частей, таких как базовые станции и абонентские станции, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком услуги Интернет. Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом требуется обеспечение прямой видимости между базовой станцией и абонентской станцией. Между базовыми станциями также устанавливаются соединения прямой видимости, использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием как правило проводных соединений. Чем большее число базовых станций подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом. В таблице 2 даны характеристики стандартов связи технологии WiMAX. [3]

Таблица 2 – Стандарты связи технологии WiMAX
Наименование технологии Наименование стандарта Информационная скорость Радиус действия Частотный диапазон
WiMax
802.16d до 75 Мбит/с
25-80 км 1,5-11 ГГц
WiMax
802.16e до 40 Мбит/с
1-5 км 2,3-13,6 ГГц

Основными недостатками данной технологии является, во – первых, тот факт, что в рамках ее применения необходимо производить лицензирование, так как работа радиооборудования осуществляется в лицензируемом спектре частот, во – вторых, интегрированные антенны базовых и клиентских станций необходимо размещать на антенно – мачтовых устройствах для обеспечения большой высоты точки подвеса, так как в противном случае не будет выполнено условие организации прямой видимости