Универсальный сервер для корабельных информационных систем, разработанный на базе технических средств с шиной cPCI

Начальные требования к разработке

ЗАО «Си Проект» имеет значительный опыт в области создания информационных систем и программно-аппаратных комплексов для надводных кораблей и подводных лодок. Основными требованиями к аппаратной части при создании подобных объектов являются следующие:

• компактные габариты аппаратных средств системы;

• высокие показатели ремонтопригодности и надёжности;

• относительно невысокая стоимость;

• возможность размещения аппаратных средств в постах управления, а также в обитаемых и необитаемых помещениях;

• работа от автономного источника электропитания;

• высокая вычислительная мощность;

• эргономичное исполнение;

• технологичность производства.

В ряде случаев при создании информационных систем оказывается удобным использовать для выполнения перечисленных требований не традиционные стационарные пульты, а серийные мобильные устройства (ноутбуки, планшетные компьютеры). Номенклатура подобных устройств отечественного и импортного производства, отвечающих всем необходимым требованиям по живучести и стойкости к внешним воздействиям, существенно расширилась за последние годы. Современные ноутбуки и планшетные компьютеры обладают рядом преимуществ перед классическими пультовыми приборами по следующим характеристикам:

• более низкая цена;

• меньшие сроки поставки;

• небольшие габариты;

• низкое электропотребление;

• возможность замены и унификация;

• мобильность, возможность автономной работы без подключения к локальной вычислительной сети и сети электропитания системы;

• высокая надёжность.

Для построения информационных систем с использованием мобильных пультов управления потребовалось создание универсального сервера, обеспечивающего решение следующих задач:

• создание локальной вычислительной сети для информационного обмена между мобильными пультами управления при их периодических подключениях;

• разграничение доступа к информации в сети и централизованное администрирование системы;

• обеспечение постоянного информационного обмена с внешними системами;

• резервное хранение информации.

Задачи, стоящие перед разработчиками сервера

В процессе создания универсального сервера перед разработчикам были поставлены следующие задачи:

• функционирование аппаратных средств в условиях эксплуатации, указанных в ГОСТ РВ 20.39.304-98 групп исполнения 2.1.1, 2.3.1 и 2.3.2;

• обеспечение загрузки и функционирования системного и функционального программного обеспечения (ПО) на процессорных модулях;

• обеспечение достаточной вычислительной мощности для хранения и резервирования базы данных системы, совместимость с операционными системами МСВС, QNX и Windows;

• питание сервера от двух фидеров 220 В переменного тока (50 Гц) с возможностью работы при переключении с одного фидера на другой и кратковременных провалах питающих напряжений;

• безопасное завершение работы сервера при полном снятии напряжений питания с обоих фидеров 220 В (50 Гц);

• организация до 32 каналов подключения к внешним устройствам по интерфейсу Ethernet 10/100Base-T;

• подключение печатающего устройства;

• применение серийных модулей и элементов конструкции;

• загрузка корпуса сервера через корабельный люк 600×600 мм с радиусами закругления 100 мм или через лодочный люк с условным диаметром 594 мм (ОСТ 5.8244-72);

• величина тепловыделений аппаратных средств сервера, не требующая использования принудительного внеш-него охлаждения;

• срок службы 15 лет;

• срабатывание сигнализации при попытке несанкционированного вскрытия корпуса сервера.

Для реализации поставленных задач был проведён обзор существующих технологий. Были рассмотрены системы базовых несущих конструкций отечественного и импортного производства, системные шины VME, cPCI, архитектуры стандарта AdvancedTCA. По результатам анализа технологий, представленных на рынке, было принято решение вести разработку универсального сервера на базе вычислительных средств с объединительной шиной cPCI в конструктивах Евромеханика 3U/6U.

Структура сервера, используемые технические средства

Общая схема построения корабельной информационной системы на базе универсального сервера и мобильных пультов управления показана на рис. 1. 

В качестве пультов управления в подобной системе могут использоваться изделия, выполненные на базе защищённых мобильных компьютеров, например ноутбуков компании Mitac (Getac).

Структурная схема сервера приведена на рис. 2.

В состав сервера входят следующие основные компоненты:

• процессорные модули СРС501 производства ЗАО «НПФ «Доломант» (Россия);

• устройства сопряжения (коммутаторы Ethernet) ESW-6U производства «Элкус» (Россия);

• активный монтажный каркас ШДИУ.468332.052 собственной разработки, включающий в себя
  – модуль ввода-вывода,
  – лицевую панель с органами включения питания и индикации,
  – систему электропитания и сигнализации о несанкционированном доступе (НСД) в корпус сервера, состоящую из аккумуляторной батареи, устройства объединения электропитания и схемы контроля доступа.

Процессорные модули СРС501, во многом определяющие функциональные возможности и особенности сервера, имеют следующие основные характеристики: процессор Pentium M (1,8 ГГц), ОЗУ 1 Гбайт (DDR SDRAM, ECC), твердотельный накопитель формата 2,5" (флэш-диск) с интерфейсом IDE и ёмкостью 128 Гбайт, 2 порта Gigabit Ethernet, 1 порт Fast Ethernet, VGA-порт, 5 портов USB 2.0, 4 порта COM.

Внешний вид конструкции сервера показан на рис. 3.

Конструктивно сервер представляет собой тумбу с размещёнными в ней вычислительными средствами. Тумба установлена на основании, которое снабжено четырьмя амортизаторами АКСС-25.

На передней панели прибора расположены кнопки включения электропитания, индикаторы контроля сетей электропитания (первичных ~220 В, 50 Гц, внутриприборной 24 В), индикатор контроля несанкционированного доступа, индикатор разряда батареи, ключ отключения защиты от несанкционированного доступа. Также на лицевой панели расположен ЖК-дисплей, отображающий текущее состояние прибора.

Вид сервера со снятыми передней крышкой и верхним кожухом, открывающими доступ к элементам внутренней конструкции, представлен на рис. 4.

На верхней крышке сервера размещены разъёмы для сетевых подключений (Ethernet), защищённые от внешних воздействий специальным кожухом. С обратной стороны тумбы имеется панель, на которой расположены соединители для подключения кабелей электропитания, устройств с интерфейсом USB, клавиатуры, мыши.

Корпус сервера выполнен из листового гнутого алюминиевого сплава. Спереди и сзади имеются съёмные крышки с ручками для удобства снятия крышек при осуществлении доступа к оборудованию внутри корпуса. Конструкция корпуса сервера обеспечивает его прохождение в минимально разобранном виде в корабельный люк 600×600 мм с радиусами закругления 100 мм и в лодочный люк с условным диаметром 594 мм без распломбировки корпуса и демонтажа аппаратных средств.

Функциональные возможности сервера

Работа сервера осуществляется в автономном режиме и не требует участия оператора, что позволяет размещать прибор в различных помещениях с затруднённым доступом.

Включение сервера осуществляется с лицевой панели путём нажатия кнопок «ВКЛ ПИТ1» или «ВКЛ ПИТ2» в зависимости от наличия одного из двух (обоих) напряжений питания.

Наличие напряжений проверяется по состоянию индикаторов первичного питания «220 В СЕТЬ 1» или «220 В СЕТЬ 2». После включения происходит загрузка системного и функционального ПО. После окончания загрузки на ЖК-дисплее появляется сообщение «СЕРВЕР К РАБОТЕ ГОТОВ».

В процессе работы сервер обеспечивает решение следующих задач:

• самодиагностика системы питания и аккумуляторной батареи с выдачей результатов на модуль ввода-вывода;

• автоматическое переключение питания при наличии одного из двух (обоих) напряжений питания;

• выдача служебных и диагностических сообщений на ЖК-дисплей;

• размещение, загрузка и функционирование системного и функционального ПО;

• организация физического интерфейса Ethernet 10/100Base-T для подключения мобильных пультов управления и внешних систем;

• обеспечение бесперебойной работы при кратковременных (до 15 мин) перебоях электропитания;

• подача сигнала на внешнюю сигнализацию (ревун) в случае несанкционированного открытия крышек (сигнал можно отключить с помощью ключа допуска в левой части лицевой панели).

Заключение

Использование мощного универсального сервера и серийных мобильных компьютеров позволило ЗАО «Си Проект» унифицировать используемые аппаратные решения и повысить эффективность работы по созданию информационных систем корабельного базирования.

Основными преимуществами сервера по сравнению с традиционными корабельными пультами являются:

• сравнительно низкая стоимость;

• возможность установки в труднодоступных местах и при этом возможность удалённой отладки системного и функционального ПО сервера по локальной вычислительной сети с ноутбука администратора;

• объединение в одном приборе вычислительных блоков, оборудования ЛВС и системы бесперебойного электропитания;

• применение стандартного современного конструктива Евромеханика 3U/6U, обеспечивающего возможность использования широкого спектра серийных компонентов и наращивания производительности;

• применение в своём составе серийных электрорадиоизделий, материалов и элементов конструкции;

• высокая ремонтопригодность и удобный доступ к сменным модулям;

• небольшие габаритные размеры 500×470×752 мм (Д×Ш×В), которые позволяют транспортировать сервер без нарушения заводских пломб через стандартный люк подводной лодки с условным диаметром 594 мм.

Перечисленные преимущества и ранее описанные возможности создают условия для широкого применения универсального сервера при создании высоконадёжных информационных систем различного назначения морского базирования и береговых систем с повышенными требованиями по стойкости, прочности и устойчивости к внешним воздействующим факторам. ● 

E-mail: heMamont@mail.ru