Ю.М.Лисецкий, С.И. Бобров
КОРПОРАТИВНАЯ ИНТЕГРИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГОРАСПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Примечание: Данная статья была написана по результатам построения корпоративной интегрированной информационной системы для ОАО «ЭК «Житомироблэнерго». Сейчас, через 5 лет, данная система продолжает успешно функционировать и развиваться, обеспечивая высокую эффективность бизнеса. Модернизируется каналообразующее оборудование на наиболее загруженных участках сети, вводятся новые сервисы, оптимизируются информационные потоки; но принципы и подходы, реализованные при построении сети, и сейчас обеспечивают решение бизнес-задач предприятия на современном уровне. Можно утверждать, что принцип мультисервисности сети, пакетная передача голоса (VoIP), топология с резервированием каналов, надежное и производительное оборудование, а также выбор оптимальных типов линий связи являются залогом успеха и эффективности корпоративных интегрированных информационных систем.
Введение. Современные корпорации и крупные предприятия с филиалами, как правило, имеют территориально-распределенную структуру [1]. Управление таким географически распределенным предприятием – достаточно сложная задача [2], где особенно остро проявляется проблема получения информации в режиме реального времени. Именно поэтому и создаются корпоративные интегрированные информационные системы (КИИС), объединяющие центральный офис предприятия с его структурными подразделениями, обеспечивая поступление всей необходимой информации в центр для оперативного и эффективного управления.
Состояние проблемы
В свое время руководство ОАО «ЭК Житомироблэнерго» (далее – Предприятие) поставило перед собой стратегическую цель – повысить эффективность бизнеса. Одной из серьезных проблем на пути к этой цели стала функционально и технологически устаревшая информационная система. Данные и телефония передавались на Предприятии по низкоскоростным аналоговым каналам, построенным на базе высокочастотных линий связи, по линиям электропередач и медным кабелям достаточно низкого качества, информационные сервисы практически отсутствовали, а качество телефонной связи во многих подразделениях предприятия было ниже допустимого уровня. При этом, для передачи данных и телефонии использовались отдельные каналы, что значительно снижало гибкость и эффективность системы связи предприятия в целом.
Такое состояние дел существенно ограничивало возможности получения объективной информации о потреблении и потерях поступающей и исходящей электроэнергии в режиме реального времени. Для оперативного и эффективного управления допустимая задержка при передаче и обработке информации не должна быть более нескольких минут. При этом, существовавшие на тот момент на Предприятии устаревшие полуавтоматические системы сбора, передачи и обработки данных предоставляли такую информацию с опозданием на два-три месяца.
Постановка задачи
Из исходных данных известно, что объекты проектируемой сети КИИС Предприятия располагаются на всей территории Житомирской области, узлы сети в большинстве своем находятся в районных центрах, а расстояние между узлами составляет от 16 до
Принципы построения корпоративных сетей
Современные принципы построения телекоммуникационных сетей предполагают, что все типы данных должны передаваться по одному и тому же каналу связи, на базе одного транспортного протокола с реализацией принципов пакетной передачи голоса и данных, а также принципа получения любого сервиса в любой точке через любой порт сети [3]. Иначе говоря, любая современная телекоммуникационная сеть – это мультисервисная сеть, преимущества которой – уменьшение капитальных затрат (построение одной мультисервисной сети всегда дешевле, чем построение выделенных голосовых, передачи данных, видео- и аудиоконференций и прочих сетей), и возможность модернизации и расширения спектра услуг, и меньшее количество компонент, и гомогенная среда, и упрощение администрирования, а значит снижение стоимости владения.
Требования к сети
Сложность любой системы определяется набором задач, которые ей предстоит выполнять [4]. Требования к телекоммуникационной сети Предприятия были следующие:
· объединить Центральный офис в г. Житомире с районными электросетями (РЭС) в Житомирской области;
· обеспечить надежное поступление всей статистической и оперативной информации в центр;
· предоставить каждому подразделению телефонную и факсимильную связь с центром и другими подразделениями не менее чем по трем каналам;
· обеспечить передачу данных от каждого подразделения к центру и между собой со скоростью не ниже 64 кбит/с;
· обеспечить возможность селекторного совещания (голосовой телеконференции) между всеми подразделениями предприятия и центром;
Выбор технологии передачи данных
В процессе проектирования телекоммуникационной сети Предприятия были изучены имеющиеся технические возможности и рассмотрены варианты построения КИИС на базе проводных, спутниковых и радиоканалов передачи данных [5].
Кабельные каналы. Самое простое и надежное решение – построить КИИС на основе уже имеющихся собственных или арендованных наземных кабельных линий связи. К сожалению, для решения задач, стоящих перед КИИС Предприятия, существующих проводных каналов связи было недостаточно. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) и медные кабели хорошего качества имеются, в основном, на магистральных участках сетей операторов связи. А если речь идет о построении КИИС областного или районного масштаба, то во многих населенных пунктах магистральные линии связи отсутствуют. И все же проводные линии связи — наиболее простой и удобный способ организации каналов КИИС. Поэтому отказываться от проводных линий связи нецелесообразно – их следует использовать, где это возможно, наряду с другими типами линий связи.
Второй вариант — это построение КИИС путем прокладки собственных ВОЛС. Такой подход кажется весьма перспективным: во-первых, это удобно и надежно; во-вторых, позволяет решать целый ряд задач и обеспечивает требуемое качество и количество каналов связи для КИИС; в-третьих, позволяет оказывать телекоммуникационные услуги третьим предприятиям.
В этом отношении предприятия электроэнергетической отрасли имеют определенные преимущества: в их распоряжении опоры электропередач, по которым прокладка ВОЛС осуществляется весьма эффективно. Впрочем, есть у такого решения и свои минусы. Во-первых, прокладка ВОЛС — это значительные финансовые и временные затраты. Так, например, прокладка каждого километра такого кабеля (включая его стоимость) обходится не менее $3 тыс (в настоящее время эта сумма уменьшилась до $1,5 тыс. за км). Во-вторых, для прокладки ВОЛС линии электропередач необходимо отключать, что непросто спланировать. В-третьих, многие опоры электропередач нуждаются в ремонте. И наконец, серьезное препятствие представляет все еще существующий вандализм. Это явление может значительно повысить стоимость владения ВОЛС (текущие расходы на его эксплуатацию и ремонт).
Спутниковые каналы. Спутниковые системы связи, доступные для коммерческого использования, появились относительно недавно. Они незаменимы на больших расстояниях (межгосударственные, межконтинентальные коммуникации). Если же связь необходима на сравнительно малом расстоянии (до 200–300 км), то такие коммуникации оправданы только в тех случаях, когда другие виды связи использовать невозможно в силу объективных условий (в горах, в случае стихийных бедствий в отдаленных районах или техногенных катастроф).
Спутниковые каналы имеют такие особенности:
· высокая скорость развертывания и независимость от местной инфраструктуры;
· требование прямой видимости спутника связи, который может находиться очень низко над горизонтом (20–25 градусов);
· большая задержка при передаче голосового трафика: с учетом времени обработки и кодека при одном скачке она составляет свыше 300 мс, при двух скачках («хабовая» технология) — более 600 мс. В рекомендации ITU-T G.114 «One-Way Transmission Time» указано требование к длительности задержки при передаче голосового трафика: до 150 мс – так называемое «бизнес-качество», приемлемое для большинства пользователей и приложений; до 400 мс – допустимое для специальных приложений, если пользователь извещен о том, что длительная задержка отрицательно сказывается на качестве голоса. При передаче голоса через спутниковый канал — с учетом его специфики и в соответствии с Рекомендациями — приемлемое время задержки не должно превышать 400 мс;
· сильное влияние гидрометеорологических условий, засветки Солнца и состояния атмосферы на качество сигнала и коэффициент ошибок, что объясняется особенностями распространения радиоволн на сверхвысоких частотах, используемых для спутниковой связи (порядка десятка гигагерц);
· спутниковые каналы характеризуются наивысшей стоимостью владения из всех рассмотренных вариантов. Большую часть этой стоимости составляет аренда спутникового транспондера (порядка €2000–3000 в месяц за 1 Мбит/с, т.е. за передачу из одной точки в другую полудуплексного трафика со скоростью 1 Мбит/с) (в настоящее время эта сумма составляет около €1000). Следующая по величине расходов статья – мониторинговый сбор за использование спутниковых приемопередающих станций.
Как уже отмечалось, спутниковые системы связи – это мощное современное решение, применяемое при передаче информации на большие расстояния, а также в труднодоступные районы. Именно в таких случаях спутниковые каналы практически вне конкуренции, причем не только по техническим, но и по стоимостным показателям. По данным операторов, спутниковая связь может быть выгоднее других видов связи при дальности более
Радиоканалы. Когда на территории, где строится КИИС, недостаточно проводных линий связи необходимого качества или они полностью отсутствуют, а расстояние между двумя соседними узлами не более
· быстрое развертывание подобных сетей;
· малое время задержки при передаче голоса между двумя соседними узлами, которое при использовании кодека G.729 составляет около 13 мс, что удовлетворяет самым жестким требованиям Рекомендаций ITU-T G.114;
· между антеннами передатчика и приемника необходимо обеспечить прямую видимость (это общая проблема всех систем связи на базе радиотехнологий в диапазоне СВЧ (радиорелейные, спутниковые, RadioEthernet);
· обязательное получение разрешения на строительство и эксплуатацию радиоэлектронных средств (общая отличительная особенность всех радиотехнологий – как наземных, так и спутниковых).
Сегодня при развертывании КИИС используют такие радиотехнологии, как радиорелейные линии связи и RadioEthernet (IEEE 802.11). Технические различия между ними значительны [6], но они не являются предметом данной статьи, поэтому мы рассмотрим только их потребительские свойства.
Радиорелейные каналы связи обычно имеют пропускную способность от нескольких потоков E1 до STM-1. Работают на частотах от единиц до десятков гигагерц. Стоимость полукомплекта оборудования радиорелейной связи (т.е. оборудования, устанавливаемого с одной стороны радиоканала) начинается примерно с $10 000(в настоящее время стоимость полукомплекта составляет от $4000 - 6000 и выше). Характеристическая дальность связи составляет до 40–60 км.
В свою очередь, оборудование RadioEthernet обеспечивает связь на дальности до 40–45 км при битовой скорости до 11 Мбит/с (IEEE 802.11b) или 54 Мбит/с (IEEE 802.11а/g). Такой скорости вполне достаточно для приложений, работающих в КИИС. RadioEthernet (IEEE 802.11b/g) обладает меньшей чувствительностью к гидрометеорологическим условиям и состоянию атмосферы. Это объясняется тем, что IEEE 802.11b/g работает на частоте 2,4 ГГц, что значительно ниже рабочих частот современных систем фиксированной спутниковой и радиорелейной связи. Но одна из самых привлекательных особенностей технологии RadioEthernet – низкая стоимость полукомплекта оборудования (приблизительно на порядок меньше стоимости полукомплекта радиорелейной системы связи и спутниковой станции TES). Немаловажное преимущество – стоимость владения, самая низкая из всех типов линий связи (за исключением разве что собственных проводных). Фактически она предусматривает лишь оплату лицензий и мониторинговый сбор.
Опыт реализации проекта
При проектировании КИИС Предприятия была разработана топология будущей сети (рис.1), определено количество, тип и структура имеющихся проводных линий связи, наличие свободных емкостей. На основании этих данных сделаны выводы о том, где могут быть использованы проводные линии связи, что и нашло свое отражение в проекте. Так как расстояния между крайними точками проектируемой КИИС были ощутимо меньше, чем упоминаемые выше
Анализ показал, что наиболее оптимальным вариантом в данном случае является построение каналов связи КИИС на базе радиотехнологий [7]. При этом предпочтение было отдано технологии RadioEthernet (IEEE 802.11), так как она наиболее полно удовлетворяла всем требованиям к каналам связи КИИС Предприятия (в настоящее время, в связи с со снижением стоимости РРЛ и появлением более эффективных решений последней мили, а также либерализацией использования радиочастотного ресурса для технологических пользователей, выбор был бы сделан в пользу другой радиотехнологии. Но, на момент реализации проекта, сделанный выбор был наиболее эффективным). Немаловажной причиной такого выбора была наименьшая цена каналообразующего оборудования и минимальная стоимость владения, обеспечиваемая данной технологией, а также простота настройки, монтажа и юстировки АФУ. Еще одно преимущество выбранной технологии – размещение всего необходимого оборудования на охраняемой территории. Естественно, это значительно снижает риск вандализма и хищений.
Затем был изучен рынок устройств RadioEthernet. В качестве критериев выбора приняты стабильность в работе, высокая производительность, полная совместимость со стандартом; учитывалось также наличие передовых решений в области безопасности, устойчивость к внешним факторам (температура, влажность и пр.), небольшие габариты и масса, удобный интерфейс [8]. Кроме того, учитывались требования полной совместимости и управляемости. Принимая во внимание тот факт, что все маршрутизирующее и коммутирующее оборудование, используемое в проекте, – производства Cisco Systems, в качестве каналообразующей аппаратуры был выбран радиомост компании Cisco Systems – Cisco AiroNet Wireless Bridge 350 series (AirBr350), наиболее эффективное оборудование IEEE802.11 на тот момент (
На основе проведенного анализа был разработан проект и началась его реализация.
Было построено 28 радиомачт высотой от 40 до
КИИС Предприятия представляет собой резервированную сеть из 40 узлов, размещенных в его подразделениях и объединенных 44 каналами RadioEthernet (IEEE 802.11b) длиной от 2,3 до
Такая сеть гарантирует качественные и количественные параметры, соответствующие указанным в исходных данных, дает возможность использовать ресурсы и сооружения КИИС для решения нетехнологических задач, не нанося при этом ущерба основным. И самое главное, КИИС дает возможность получать информацию с точек перетока электроэнергии, а также обеспечивает полную статистическую информацию по входящей, исходящей и потребляемой электроэнергии в режиме реального времени.
Результаты реализации проекта
В процессе создания КИИС решены такие задачи:
· выбор транзитных, магистральных и оконечных узлов сети;
· расчет радиотрасс и выбор оптимальной топологии с учетом разнообразных ограничений, энергетики и геометрии радиотрасс и необходимости резервирования магистральных каналов сети;
· передача по сети такого высокоприоритетного и чувствительного к задержке трафика, как голос;
· интеграция существующих систем связи и локальных вычислительных систем;
· интеграция данных и приложений.
В результате успешного решения всего комплекса задач при выполнении проекта такого масштаба и сложности за 11 месяцев была построена и поэтапно введена в коммерческую эксплуатацию КИИС Предприятия.
Данная сеть обеспечивает успешную и эффективную работу систем сбора первичных данных, биллинга, документооборота и других приложений, высокоскоростной (до 11 Мб/с) доступ подразделений предприятия к корпоративной сети, на базе которого построена телефонная и факсимильная связь, голосовые телеконференции между руководством подразделений и центральным офисом, передача всего спектра данных. В каждом подразделении установлено более десяти телефонных портов и локальная сеть на более чем 20 рабочих станций с возможностью быстрого наращивания, каждый телефонный порт обладает своим внутрикорпоративным четырехзначным номером и возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования, для серверного и телекоммуникационного оборудования обеспечено бесперебойное питание.
Сравнение положения дел до и после создания сети показало, что:
- время получение данных о движении и расходе электроэнергии сократилось в сотни раз;
- качество телефонных соединений значительно повысилось, а их количество возросло;
- введена в эксплуатацию и эффективно работает система биллинга;
- скорость передачи данных увеличилась в несколько сотен раз;
- оперативное поступление структурированных данных позволило на 7% снизить коммерческие и технические потери;
- большая часть документооборота между подразделениями и центральным офисом стала электронной, что существенно повысило скорость и надежность доставки документов;
- появились новые офисные приложения.
Еще одним положительным фактором можно считать то, что построенная система не только позволяет снизить потери, более гибко осуществлять управление тарифной политикой и реагировать на аварии и хищения, а также минимизирует затраты на телефонные переговоры между подразделениями, но и то, что соотношение эффективности, пропускной способности, доступных сервисов сети к трудозатратам и стоимости владения системой связи, после введения в эксплуатацию КИИС, сети значительно улучшилось.
Заключение. Построение современной высоконадежной КИИС предприятия позволяет существенно снизить коммерческие и технические потери, или свести их практически к нулю. Это утверждение относится не только к предприятиям энергетической отрасли, но и ко всем современным корпорациям и крупным компаниям с территориально-распределенной структурой, которые должны принимать оперативные решения, основываясь на объективных данных с минимальной детерминированной задержкой.
Список используемой литературы:
1. Гриценко В.И., Урсатьев А.А. Распределенные информационные системы. Состояние. Проблемы развития //УСиМ.-2003.-№4.-С.11-21.
2. Болодурина И.П. Информационные технологии в региональном управлении промышленными предприятиями //Обозрение прикладной и промышленной математики.-2002.-№3.-С.18-26.
3. Бобров С.И. Принципы проектирования корпоративных сетей. Матеріали третьої наково-практичної конференції Інформаційні технології в енергетиці: Зб. наук. пр. – К.: Національна академія наук України, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, 2004.-С.34-37.
4. Лисецкий Ю.М. Сложные системы //Программные продукты и системы.–2005.–№3. Международное научно-практическое приложение к международному журналу «Проблемы теории и практики управления».-С.2-5.
5. Горбунов И.Э. Проблемы создания беспроводной транспортной платформы интеллектуальной сети //Материалы МНК НАУ.-2003.-С.94-100.
6. Stallings W. Wireless Communication and Networking. Prentice-Hall, Inc., 2002.-584 p.
7. Уайдл Д. Оптимальное проектирование. - Перевод с английского. - М.: Мир, 1981.-94с.
8. Гафт М.Г. Принятие решения при многих критериях. - М.: Знание,1979.-87с.
Рис.2 Структура магистрального узла КИИС ОАО «ЭК Житомироблэнерго»
Рис.1 Топология КИИС ОАО «ЭК Житомироблэнерго»
