Программный комплекс приема и распределения информации в

Программный комплекс приема и распределения информации...
Е.М. ОРЕШНИКОВ, А.В. ТУМАНОВ, Ю.Д. КОТОВ, М.В. БЕССОНОВ,
А.М. АЛИМОВ, А.С. БУСЛОВ, Е.А. ЖУЧКОВА
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПРИЕМА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ В СПУТНИКОВОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ «КОРОНАС-ФОТОН»
В работе рассматриваются особенности программного комплекса приема, обработки и распространения информации КА "КОРОНАС-ФОТОН", порядок информационного обмена в проекте, а также функциональные схемы взаимодействия при управлении комплексом научной аппаратуры.
Совместным решением Роскосмоса и Совета по космосу Российской Академии наук функции Оператора проекта были возложены на головную научную организацию проекта – Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», при этом прием данных было решено
осуществлять в Научном центре оперативного мониторинга земли (НЦ ОМЗ ФГУП «РНИИКП»).
Данное решение было обусловлено особенностью эксплуатации научной аппаратуры, требующей
контроля со стороны ученых – разработчиков данного оборудования на всех этапах подготовки
программ управления и обработки получаемых данных. В результате, на базе НЦ ОМЗ был развернут Наземный комплекс приема и обработки информации (НКПОИ) в составе основного и резервного приемных комплексов, а в МИФИ создан Центр экпресс-обработки, накопления и хранения данных (ЦЭОНХД), предназначенный для взаимодействия с НКПОИ, разработчиками приборов, структурами наземного комплекса управления (НКУ), а также прочими потребителями целевой информации. В совокупности структуры НКПОИ и ЦЭОНХД образовали НКПОР, управляемый Оператором проекта.
Внешними абонентами НКПОР стали, в первую очередь, структуры НКУ – Центр управления полетом КОРОНАС-ФОТОН (ЦУП К-Ф), созданный в ЦУП ФГУП «ЦНИИмаш», сектор главного конструктора (СГК), развернутый в ФГУП «НИИЭМ», а так же десять научных коллективов,
поставивших в комплекс научной аппаратуры (КНА) «ФОТОН» приборы собственной разработки.
Практически сразу после начала работы число абонентов НКПОР стало расширяться за счет подключения сторонних потребителей целевой информации, таких, как структуры Росгидромета.
В функции Оператора проекта входит:
 подготовка командной информации для управления комплексом научной
аппаратуры при сотрудничестве с организациями, участвующими в эксперименте;
 управление комплексом научной аппаратуры при сотрудничестве с ЦУП;
 подготовка начальных условий для сеансов приема при сотрудничестве с
СГК;
 прием и экспресс обработка научной информации при сотрудничестве с НЦ
ОМЗ;
 прием и обработка телеметрической информации при сотрудничестве с
ЦУП;
Для выполнения вышеперечисленных задач требовалось разработать аппаратно-программный комплекс, который позволял бы в автоматическом режиме собирать информацию,
предоставляемую организациями, выполняющими программу научных исследований в космическом пространстве, и организациями, участвующими в летных испытаниях КА.
Разработанный комплекс должен позволять без непосредственного вмешательства со стороны оператора отслеживать своевременность поступающей информации, анализировать ее соответствие протоколам, проводить предварительную обработку этой информации, и распределять результаты предварительной обработки по директориям целевых потребителей.
Структурная схема аппаратных средств ЦЭОНХД приведена на рис 1. В качестве аппаратной основы выбраны два кластера серверов под управлением операционной системы MS Windows
Server 2003 и файловый RAID-массив на 16 жестких дисках, организованный по схеме RAID-5.
Эта схема организации аппаратных средств позволяет исключить перерывы в работе или потерю
информации, связанные с выходом из строя оборудования. При этом первый кластер выполняет
роль Интернет-сервера, на котором ведется файловый обмен с абонентами-потребителями информации, а второй кластер, подключенный к RAID, выполняет роль файлового архива и места организации базы данных (БД) ЦЭОНХД. Два операторских места объединены с кластерами в единую
локальную сеть, имеющую шлюз в Интернет через маршрутизатор CISCO 1760, коммутирующий
основной (провайдер МИФИ) и резервный (ADSL-провайдер) каналы Интернет, а так же имею-
Программный комплекс приема и распределения информации...
щую выход по выделенному каналу Е1 на файлообменный сервер ЦУП К-Ф. Во избежание вирусных атак, внедрения посторонних лиц в сектор управления или порчи данных эксперимента места
для экспресс-обработки данных находятся в отдельной от серверов локальной сети и имеют доступ к ним только через Интернет [1].
Рис. 1. Структурная схема аппаратных средств ЦЭОНХД
Поиск новых файлов и извещение операторов об их поступлении осуществляется многопотоковым модульным FTP-клиентом, обеспечивающим не только занесение файлов в архив на
RAID, но и первичную обработку (например, проверку синтаксиса заявок на управление). При
этом все поступающие формализованные данные индексируются в БД ЦЭОНХД, реализованной
на MySQL-сервере. Структура полей индексации в БД позволяет реализовать поиск и подготовку
выборок файлов по заданным критериям, причем ПО не только находит места хранения на RAID
подходящих по выборке файлов, но и имеет возможность сохранить их в указанное место на диске
или же, если это научные данные, отправить их на экспресс-обработку. Данное ПО разработано
исходя из перспективной возможности выдачи каких-то типов данных по авторизованному запросу через Интернет для широкого круга сторонних пользователей [2].
Научная информация, размещенная на FTP-сервере НЦ ОМЗ, обнаруживается одним из потоков FTP-клиента, после чего копируется в ЦЭОНХД на RAID и операторские места для последующей обработки. Обработка включает в себя, в первую очередь, объединение информации, поступившей по двум радиоканалам, в единый файл с кадрами, соответствующими критерию целостности контрольных сумм. Полученный файл, составленный из кадров ССРНИ, подвергается
разделению по признаку цифрового источника. Результат разделения одним из потоков FTPклиента автоматически записывается в RAID-массив, а также выставляется на FTP-сервер
ЦЭОНХД для пользователей информации. Отдельной обработке подвергается информация БАТС,
пришедшая в потоке ССРНИ – она разделяется по-приборно и размещается для доступа разработчиков информации. Часть информации, необходимая для работы служб Росгидромета, оперативно
выделяется и преобразуется к установленному виду. Все операции, проводимые ПО ЦЭОНХД,
протоколируются в log-файлах, все виды поступающих корреспонденций автоматически записываются на RAID-массив, а формализованные корреспонденции, помимо этого, индексируются в
СУБД ЦЭОНХД. На файлообменном FTP-сервере ЦЭОНХД протоколируются все действия пользователей по работе с размещенными файлами.
Программный комплекс приема и распределения информации...
Кроме этого, потоками FTP-клиента автоматически проводится обнаружение и обработка
сопутствующей информации, поступающей в ходе работы КА: баллистических прогнозов, плановзаданий для приемных станций, данных по сверке бортовой и наземной шкал времени, данных об
ориентации осей КА в пространстве и неформализованных текстовых сообщений между абонентами.
Целевая информация для надежности дополнительно записывается в долгосрочный архив на
DVD-носителях.
Пользователи информации в течение одного часа рабочего времени должны обнаружить
вновь поступившую информацию и забрать ее с FTP-сервера ЦЭОНХД на локальные рабочие места для экспресс-обработки, в процессе которой разработки аппаратуры должны установить статус
ее работоспособности. Для этого производится анализ целевой (научной) информации и выборочные сравнения показаний всех датчиков и детекторов, размещенных на приборе, с прогнозируемыми значениями. В случае возникновения подозрений в неработоспособности какого-либо из
узлов оборудования разработчики проводят дополнительный анализ всей имеющейся целевой
(научной) информации и показаний телеметрического оборудования. По итогам экспресс-анализа
организация-разработчик прибора должна выложить в установленную директорию на FTP-сервере
ЦЭОНХД отчет о статусе функционирования прибора в форме, соответствующей Протоколу информационного обмена между МИФИ и участниками эксперимента «КОРОНАС-ФОТОН». На
основе поступивших отчетов ЦЭОНХД готовит сводный отчет о функционировании КНА «ФОТОН» для представления его в ЦУП, СКГ и другие заитересованные ведомства.
Управление КНА «ФОТОН» осуществляется ЦУП К-Ф по программе, подготовленной Оператором проекта.
Для обеспечения надежной и защищенной связи между Оператором проекта МИФИ и ЦУП
К-Ф развернут выделенный канал связи по технологии ВОЛС (провайдер канала МТК «КОМКОРРегион»). На оконечном оборудовании МИФИ и ЦУП К-Ф обеспечивается разделение канала на
голосовой и файловый потоки. Канал является выделенным с прямой адресацией по IP-адресам
оконечного оборудования, что гарантирует систему управления КА от несанкционированного доступа. При этом в случае аварии на линии связи провайдер обязуется восстановить связь в течение
одного часа.
Файлообменным сервером для обмена командной информацией является шлюзовой сервер
ЦУП К-Ф, при этом МИФИ выступает как клиент FTP-сервера. В соответствующих директориях
сервера (согласно Протоколу информационного обмена ЦУП с МИФИ в процессе управления КА
«КОРОНАС-ФОТОН») со стороны ЦУП поступает информация: суточные и долгосрочные прогнозы, программа сеанса связи, экспресс-отчет о результатах сеанса управления, файл расшифрованной телеметрической информации, информация о заказанных средствах НКУ, другие административные сообщения.
Со стороны Оператора в ЦУП К-Ф, поступает такая информация, как: список управляющих
команд, информационные массивы для формирования сеанса управления КНА «ФОТОН», донесение о результатах приема научной (целевой) информации, план работы КНА «ФОТОН» на неделю, прочие административные сообщения.
От разработчиков приборов на FTP-сервер ЦЭОНХД поступают заявки на управление аппаратурой КНА «ФОТОН» в формате, соответствующем Протоколу информационного обмена между МИФИ и участниками эксперимента «КОРОНАС-ФОТОН». В ЦЭОНХД проводится компилирование из частных заявок на управление общей заявки с расстановкой всех приборов по временам и типам выдаваемых команд.
Оператор при составлении общей заявки на управление КНА «ФОТОН» следит, чтобы выдача команд для разных приборов не совпадала по времени, проверяет синтаксис команд для данного прибора, а также следит за соблюдением квоты на управление, выделенной для всего КНА. В
случае возникновения ошибок или наложений, дежурная смена ЦЭОНХД в оперативном режиме
разрешает возникшие проблемы.
После составления общей заявки на подачу команд управления от всех разработчиков приборов Оператор преобразует данные к виду ИНМ в соответствии с Протоколом информационного
обмена между ЦУП и МИФИ в процессе управления КА «КОРОНАС-ФОТОН» и направляет их в
ЦУП К-Ф. ЦУП К-Ф сопоставляет данные с планом сеанса управления, составленным СГК по
бортовым системам КА, и формирует Программу сеанса связи, которая направляется по факсу для
утверждения в СГК и Оператору проекта.
Программный комплекс приема и распределения информации...
По окончании сеанса управления ЦУП К-Ф формирует экспресс-отчет о сеансе управления
и размещает его вместе с данными ИОК в целевой директории на шлюзовом сервере ЦУП. Там же
размещается расшифрованная телеметрическая информация. Оператор обеспечивает доступ
участников эксперимента к указанным данным и представляет заинтересованным организациям
подробные данные телеметрии, приходящие по каналу целевой (научной) информации. На основе
всех этих данных разработчики приборов делают выводы о результатах сеанса управления и, в
случае необходимости, корректируют программу работы прибора в будущем.
Разработанный комплекс приема и распределения информации отвечает требованиям ТЗ на
программно-аппаратные средства ЦЭОНХД. Разработанный аппаратно-программный комплекс
внедрен в состав АПС ЦЭОНХД, и применяется по целевому назначению в ходе летных испытаний КА «КОРОНАС-ФОТОН»
Существует возможность доработки принятых в создании НКПОР КА «КОРОНАСФОТОН» технических решений для создания центров хранения научных данных и комплексов
приема, распределения информации и управления в перспективных космических экспериментах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Макриденко Л.А., Котов Ю.Д., Салихов Р.С. и др. Космический комплекс «КОРОНАС-ФОТОН». М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ»», 2008.
2.
Буслов А.С., Котов Ю.Д., Юров В.Н. и др. // Вопросы электромеханики. 2009. Т. 111. С. 165.