CC BY
166
УДК 623.61:621.391
ОБОБЩЕННЫЙ АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Р.Н. АКИНШИН, А.Ю. КОСТРОМИН
Рассмотрено информационное описание современной автоматизированной системы управления воздушным движением (АС УВД). Проведен анализ описаний АС УВД и определены наиболее эффективные направления её разработки и развития, определены основные признаки перспективной системы УВД.
Ключевые слова: автоматизированная система, управление воздушным движением.
Существующая в настоящее время Единая система организации воздушного движения Российской Федерации является важнейшим элементом обеспечения национальной безопасности страны и экономической эффективности полетов. Однако из-за ограничения функциональных возможностей современная Единая система не способна в полной мере реализовать внедрение перспективных технологий. В связи с этим принята Федеральная целевая программа «Модернизация единой системы организации воздушного движения Российской Федерации». Программа рассчитана на срок 2009-2015 годы. Реализация ее мероприятий позволит повысить безопасность полетов и эффективно использовать воздушное пространство. Планируется создать Аэронавигационную систему России на основе новых средств и технологий (в соответствии с международными стандартами). Модернизация системы упростит ее перевод на работу в условиях военного времени. Также будет усовершенствована сеть авиационной электросвязи и передачи данных. УВД будет осуществляться с помощью интегрированных военно-гражданских автоматизированных систем. Предусмотрено создание инфраструктуры единой системы авиационно-космического поиска и спасения.
К 2015 году предполагается увеличить: уровень безопасности воздушного движения в 1,5 раза, пропускную способность воздушного пространства в 1,8 раза, достоверность авиационных прогнозов погоды по аэродромам Российской Федерации до 91%. При этом за 7 лет планируется уменьшить эксплуатационные расходы пользователей воздушного пространства на 80 млрд. руб.
Рассмотрим информационное описание разрабатываемой АС УВД, которое включает в себя описание потоков информации, циркулирующей в системе, темпов (скоростей) обмена информацией и основополагающих принципов этого обмена [1].
В основу обмена информацией заложены следующие принципы.
1. Взаимодействие между элементами всех уровней осуществляется путем организации автоматизированного и ручного обмена унифицированными кодограммами установленного типа. Унификация кодограмм обеспечивает единые требования ко всем источникам информации и возможность их замены без каких-либо доработок программного обеспечения. Таким образом минимизируются затраты на совершенствование и поэтапную модернизацию АС УВД при включении в нее новых источников и электронно-вычислительных машин.
2. Часть информации, необходимой для функционирования АС УВД, добывается либо неавтоматизированными методами, либо из источников, непосредственно не входящих в систему, поэтому должны быть установлены два режима обмена: автоматизированный и ручной. При этом в ту часть кодограмм, которая формируется автоматизированным способом, доступ оператору (диспетчеру) запрещен. Таким образом, исключается возможность потери
таких преимуществ автоматизированной системы, как достоверность и оперативность представления информации. Для соблюдения данного требования вся информация в автоматизированной системе разбивается на две группы.
В автоматизированном режиме формируется следующая информация:
- служебная информация: дата, время, нумерация источников и приемников, условные признаки адресатов;
- информация системы автоматизированного контроля: признаки исправности источника, канала передачи, признак наличия (или отсутствия) обмена, состояние юстировки и синхронизации канала;
- информация о воздушном судне (ВС): координаты и параметры движения, результаты распознавания по признакам, вырабатываемым автоматически, нумерация ВС на источниках и сквозная нумерация их в системе;
- командная информация - данные текстовых и цифровых формализованных сообщений и донесений из стандартных библиотек (баз данных) системы, включая командные сигналы управления аппаратными средствами АС УВД;
- полные и сокращенные формуляры ВС с использованием информации, хранящейся в базах данных.
В ручном режиме формируется информация, содержащая:
- дополнительные признаки о ВС, полученные за пределами автоматизированной системы (результаты ведения радиопереговоров с ВС, взаимодействия с другими федеральными и местными органами и организациями, осуществляющими аналогичный контроль обстановки);
- дополнения к сообщениям и донесениям, которые не могут быть формализованы.
3. Обмен информацией может осуществляться в трех режимах: централизованном (синхронном), децентрализованном (асинхронном) и смешанном. Синхронный режим предполагает работу по системе «запрос-ответ», при этом ведущая (приоритетная) роль принадлежит, как правило, автоматизированному комплексу средств центрального пульта управления (ЦПУ). Основным его преимуществом является реализация жесткого временного алгоритма работы и возможность построить систему на более простых алгоритмах. Недостатками являются повышенная чувствительность к временным сбоям в алгоритме, в результате которых вся система полностью может выйти из строя, и снижение скорости обмена (система становится системой квазиреального времени и требует высокоскоростных режимов работы). Асинхронный режим не устанавливает жестких временных рамок обмена, в нем отсутствуют приоритеты, источники информации и ЦПУ обмениваются ею в произвольные моменты времени. Основным преимуществом такого режима является максимальное приближение к реальному времени, однако часть информации может быть потеряна безвозвратно из-за конфликтов между источниками и приемниками информации. Как показала практика создания автоматизированной системы управления различного назначения, преимущество имеют системы смешанного типа, в которых присутствуют следующие признаки синхронных и асинхронных режимов:
- обмен информацией автоматизированного контроля осуществляется синхронизировано, с жестким, заранее заданным темпом; для автоматизированной системы управления воздушным движением этот темп должен составлять десятки секунд;
- обмен целевой информацией осуществляется асинхронно, по мере ее поступления, однако в алгоритме присутствуют признаки синхронизации.
Во избежание перегрузки каналов передачи информации темп ее выдачи связан с поведением ВС: для низкоскоростных ВС темп наиболее медленный (несколько минут), по мере возрастания скорости цели темп увеличивается и его потенциальным пределом является скорость обзора пространства радиолокационной станцией, т.е. выдача кодограмм на каждом обзоре. Несмотря на техническую возможность выдачи кодограмм один раз за обзор
радиолокационной станцией, совсем необязательно, чтобы вся необходимая информация формировалась в течение этого обзора:
- во-первых, применение межобзорных алгоритмов вторичной и третичной обработки информации повышает ее достоверность и точность;
- во-вторых, некоторые режимы работы источников информации в принципе невозможно организовать за один обзор (автосопровождение ВС и измерение параметров движения).
Признаки синхронизма есть и в организации режима «квитирования», когда на определенную часть информационного обмена накладывается требование обязательного подтверждения приема. Это позволяет обеспечить режим повтора выдачи кодограмм, если они получены на приемном конце с искажениями.
Обмен сообщениями осуществляется также по смешанной схеме: плановые донесения формируются и передаются по заранее установленному временному режиму без участия оператора (диспетчера), при этом он может быть:
- извещен, что информация должна быть отправлена;
- извещен, что информация отправлена.
Срочные и внеплановые сообщения формируются и направляются в асинхронном режиме по команде оператора (диспетчера). Подобное сочетание режимов делает систему более гибкой в реализации её возможностей.
4. Скорости и интенсивности обмена определяются двумя факторами: предельными возможностями программно-аппаратных средств и складывающейся целевой обстановкой. Современные технические средства передачи информации позволяют работать на скоростях в десятки Мбит/с, однако с учетом ограничений на стоимость таких средств, использования имеющихся штатных средств связи для автоматизированной системы управления воздушным движением целесообразно говорить о скоростях единицы - десятки Кбит/с. При использовании минимизированных по объему кодограмм обмена (300-500 бит) указанные скорости не приводят к видимым задержкам в передаче информации. Необходимо также учитывать, что с возрастанием скорости обмена снижается его достоверность. Для повышения (восстановления) достоверности приходится применять повторные запросы, которые часто сводят на нет преимущества высокоскоростных режимов работы. Все реально существующие
автоматизированной системы управления воздушным движением (Минтранспорта РФ, Федеральной пограничной службы ФСБ РФ, Минобороны РФ) используют вышеуказанный диапазон скоростей обмена.
Анализ результатов экспериментальных исследований автоматизированной системы управления показывает, что в зависимости от текущей обстановки средняя интенсивность обмена может составлять от 15-20 до 400-500 кодограмм в минуту при максимальной длине кодограммы около 300 бит [2].
Возможности системы по отображению информации на ЦПУ определяются, в значительной степени, выбранной информационной моделью, которая должна разрабатываться в соответствии с действующей нормативной документацией на программные комплексы. Возможности модели, в свою очередь, тесно связаны с возможностями выбранной системой управления базами данных. Все исходные данные для организации информационного обмена условно разделяются на постоянные (медленно меняющиеся) и переменные. Постоянная исходная информация содержится в единой базе данных комплекса банка данных, переменная информация задается в интерактивном режиме пользователями комплекса. База данных АС УВД представляет собой единый информационный ресурс решаемых задач. В современных автоматизированных системах управления проект базы данных выполняется с использованием CASE-технологии, что позволяет в короткие сроки перенести ее на любые SQL-серверные платформы.
Анализ приведенных описаний АС УВД показывает, что возможно большое количество вариантов ее построения, различающихся составом (типы и номенклатура элементов),
размещением аппаратных и программных средств, структурой, распределением выполняемых задач и информационными возможностями взаимодействия между составляющими.
Из структуры АС УВД возможно выделить базовое звено, включающее в себя источник информации, аппаратно-программные средства канала ее передачи и аппаратно-программные средства ЦПУ. Вся информация, циркулирующая в АС УВД, по своему функциональному назначению разделяется на служебную (контрольные кодограммы о техническом состоянии источников информации и каналов ее передачи - от источников на ЦПУ, кодограммы дистанционного управления режимами работы источников - от ЦПУ на источники); информацию о ВС (кодограммы с формулярами ВС, передаваемые от источников на ЦПУ и между ЦПУ подразделений) и командную (кодограммы сообщений - двусторонний обмен в звеньях источник-ЦПУ и ЦПУ-ЦПУ).
Через командную информацию реализуются управленческие функции АС УВД. Опыт внедрения европейских систем показывает, что по мере практического их освоения, содержание стандартных библиотек АС УВД постоянно возрастает, это утверждение верно и для отечественной системы серии «Синтез».
Актуальным и наиболее эффективным направлением разработки и развития АС УВД Российской Федерации является развертывание автоматизированной системы управления на основе телекоммуникационной системы передачи данных всех уровней. В качестве целесообразных и приоритетных направлений развития функциональной части системы могут быть следующие:
1. Автоматизация процессов освещения обстановки, сбора и передачи первичной информации и создания единой системы технического контроля обстановки в воздушном пространстве.
2. Создание системы контроля техническими средствами за обстановкой в воздушном пространстве, действующей по принципу «слежение-обнаружение-сопровождение», что позволит перейти к качественно новым формам и способам контроля воздушного пространства и повысить эффективность применяемых средств.
Перспективная АС УВД Российской Федерации будет обладать следующими признаками [1, 3]:
1. Система строится на базе сетей электронно-вычислительных машин с распределенным хранением и обработкой информации, что позволит обеспечить высокую надежность системы не столько за счет улучшения показателей надежности отдельных устройств и подсистем, сколько в результате совершенствования структурно-функциональной организации системы.
2. Для ее построения используются высокоунифицированные, стандартизованные современные вычислительные средства.
3. Для обработки информации будет применяться: коммерческое общее и системное программное обеспечение, в том числе и отечественного производства.
4. Для обеспечения информационного обмена будут применяться стандартные протоколы передачи данных.
Это позволит в значительной степени сократить сроки и стоимость разработки подобных систем. Однако это же обстоятельство в значительной степени осложняет обстановку в области обеспечения сохранности и целостности информации, что, в свою очередь, приводит к ухудшению характеристик надежности АС УВД.
ЛИТЕРАТУРА
1. Автоматизированные системы управления воздушным движением: Новые информационные технологии в авиации / под ред. С.Г. Пятко и А.И. Краснова. - СПб.: Политехника, 2004.
2. Акиншин Р.Н. Обеспечение информационной защищенности автоматизированных систем управления воздушным движением в условиях роста интенсивности полетов. Дис. ... доктора технических наук. - М.: РГБ, 2009.
3. Балыбердин В.А., Пенкин О.М., Полунин А.И. Проблемные вопросы создания и внедрения новых информационных технологий в автоматизированных системах военного назначения / - М.: Вооружение. Политика. Конверсия, 2001.
A GENERALIZED ANALYSIS OF INFORMATION PROCESSES IN AUTOMATED SYSTEMS ATC
Akinshin R.N., Kostromin A.U.
The informative description of a modem automated system of air traffic control (ATC). The analysis of descriptions of ATC, and identified areas of its design and development, identifies the main features of an advanced air traffic control.
Key words: automated system, air traffic control.
Сведения об авторах
Акиншин Руслан Николаевич, 1980 г.р., окончил Тульский артиллерийский инженерный институт (2002), начальник отдела ФГУ «УЭЖФ», доктор технических наук, доцент, автор 108 научных работ, область научных интересов - управление, вычислительная техника и информатика.
Костромин Алексей Юрьевич, 1986 г.р., окончил Институт криптографии, связи и информатики Академии ФСБ России (2009), сотрудник ГОУ ВПО Академии ФСБ России, автор 2 научных работ, область научных интересов - защита информации, радиоэлектронные системы и микросистемная техника.
