Hlavní menu

Athos

Telemetrický systém pro monitorování a řízení technologií

Systém ATHOS je telemetrický systém určený pro monitorování a řízení technologií a sledování stavu objektů. Typické použití je např. dohled nad provozem radiokomunikačních technologií na stanovištích vysílačů a dohled nad stavem objektu vysílače.

Celý systém se skládá z měřícího hardware (např. průmyslové měřící PC osazené deskami AD a DA převodníků), několika komunikačních kanálů s příslušným hardware (konektivita do internetu, záložní konektivita přes GSM/GPRS modem, SMS modul) a softwarového vybavení (operační systém + telemetrický software).

Systém provádí kontinuální snímání měřených veličin, jejich vyhodnocení a archivaci a poskytuje uživateli několik možností sledování stavu monitorované technologie: pomocí SMS může být obsluha okamžitě informována o změně stavu monitorovaných veličin, zabezpečené WWW rozhraní poskytuje komfortní pohled na monitorovaná data, jejich historii a umožňuje měnit veškerá nastavení systému.

Pro rozsáhlejší konfigurace, kdy je realizován dohled nad více stanovišti, obsahuje ATHOS centrální monitor – WWW portál, poskytující přehledné agregované informace o stavu jednotlivých stanovišť a umožňuje snadnou navigaci mezi jednotlivými WWW stránkami stanovišť.

Systém ATHOS je realizovaný v jazyce Java a může pracovat pod operačními systémy Windows a Linux.

Základní vlastnosti
  • kontinuální měření analogových a diskrétních veličin, periodické vyhodnocování stavu měřených veličin, generování ALERT stavů v případě překročení zadaných mezí
  • ukládání historie vybraných měřených hodnot do databáze
  • informování vybraných uživatelů o ALERT stavu pomocí SMS popř. e-mailu, archivace všech příchozích i odchozích SMS
  • integrovaný WWW server se zabezpečenou komunikací poskytující vzdálený přístup k monitorovacímu rozhraní z PC, PDA, mobilních telefonů aj.
  • možnost vzdáleného nastavení všech parametrů systému pomocí WWW rozhraní
  • možnost řízení systému pomocí autorizovaných SMS – přehledové informace, nastavení telemetrického systému, ovládání monitorované technologie
  • centrální systém – portál – poskytující agregovanou informaci z jednotlivých monitorovaných stanovišť s možností integrace dalších souvisejících služeb (např. WEB kamery)
  • systém uživatelů a uživatelských práv povolující autorizovaný přístup s definovanými právy k WWW rozhraní i SMS, archivace všech přístupů uživatelů
  • variabilní HW řešení:
    • měřící průmyslové PC s AD/DA kartami
    • 1U Rack osazeny MB Via Epia s max 2 A/D kartami
    • libovolný PC hardware s měřícím subsystémem připojeným přes USB/RS232
  • softwarová platforma
    • Windows2000/XP
    • Linux
  • konektivita měřící stanice
    • pevná linka (WiFi, ADSL, MW)
    • záložní GSM/GPRS modem
    • SMS modul
  • modulární snadno rozšiřitelná koncepce s důrazem na bezpečnost a spolehlivost v kontinuálním provozu
Existující řešení a jejich nevýhody

Pomineme-li velké proprietární systémy, které jsou svou povahou a dimenzí s tímto systémem obtížně srovnatelné, běžně se vyskytují řešení vystavěná na některých programovatelných systémech pro tyto účely speciálně navržených, pracujících typicky v prostředí MS Windows jako nativní aplikace, případně parametrizované nějakým skriptovacím jazykem.

Elegance a efektivnost těchto systémů může narážet na celkově se snižující míru spolehlivosti podobných řešení, plynoucí jednak z příliš velké provázanosti aplikačního SW a operačního systému (COM), jednak z rizik bezpečnostních u stanic trvale připojených do Internetu a to zejména na platformě Windows. Provázanost aplikačního SW a operačního systému může způsobit šíření chyb a nežádoucích stavů operačního systému do aplikačního SW (např. problémy s registrační databází a pod.), odolnost MS operačních systémů vůči nejrůznějším útokům z Internetu je všeobecným problémem a je vždy pouze otázkou míry bezpečnosti a únosnosti této míry.

Cílem návrhu systému Athos bylo jednak zareagovat na problémy a rizika klasických řešení, jednak vytvořit systém s dostatečnou mírou otevřenosti pro využití alternativních operačních systémů i jiných konfigurací hardware.

Architektura systému

Telemetrický systém ATHOS je distribuované multiplatformní řešení pro nasazení telemetrických systémů, vycházející maximálně z možností současných technologií a komunikačních prostředků.

Celý systém (implementace na měřící stanici) je řešen jako řada paralelních nezávislých procesů - subsystémů, které realizují jednotlivé činnosti a vzájemně komunikují pouze prostřednictvím systémové databáze. Jednotlivé subsystémy nebo jejich skupiny běží ve virtuálních prostorech Java VM, jsou od sebe zcela oddělené a vzájemně nezávislé, komunikující převážně pomocí front.

  1. Subsystém měření a vyhodnocení DAC
  2. Subsystém zpracování signálů SIG
  3. Subsystém přijímání, zpracování a odesílání textových zpráv SMS
  4. Subsystém WWW rozhraní a webových služeb WWW
  5. Subsystém pro monitorování vlastní činnosti MONITOR
  6. Systémová databáze DB
  7. Řídící subsystém

Architektura systému ATHOS
Architektura systému ATHOS

Subsystém měření a vyhodnocení DAC

Subsystém provádí měření, vyhodnocení a ukládání dat z měřících karet nebo měřících zařízení připojených prostřednictvím USB nebo RS323 sběrnice. Vyhodnocení představuje přepočet měřené veličiny na skutečnou hodnotu fyzikální veličiny, případnou filtraci a porovnání s prahovými hodnotami. Aktuální hodnoty měřených veličin jsou uloženy do databáze. V případě překročení prahových hodnot subsystém vygeneruje záznam-signál a uloží jej do databáze do příslušné fronty pro následné zpracování jiným subsystémem.

Subsystém zpracování signálů SIG

Tento subsystém zpracovává signály ze své fronty v databázi. Zpracováním signálu je míněno dle konfigurace systému a dle typu systému odeslání varovné SMS definovaným uživatelům, odeslání e-mailové zprávy nebo jinou aktivitu systému.

Subsystém přijímání, zpracování a odesílání SMS

Tento subsystém realizuje odesílání připravených SMS a přijímá a dekóduje řídící a nastavovací SMS. Zde je řešena rovněž autorizace odesilatele a jeho oprávnění v rámci systému.

Subsystém WWW rozhraní a web služeb

Subsystém obsahuje WWW server a sadu webových aplikací pro prohlížení monitorovaných dat. WWW subsystém zároveň umožňuje uživateli základní nastavení systému, jako jsou např. limitní hodnoty monitorovaných signálů a provádět administrativní úkony jako jsou správa uživatelů a přístupových práv. WWW rozhraní poskytuje pohled na aktuální stav jednotlivých monitorovaných veličin, rozčleněných na analogové a diskrétní vstupy a řídící výstupy. Tabulky hodnot jsou zobrazeny pro jednotlivé logické jednotky, které představuje např. jeden vysílač nebo objekt stanoviště.
Webové aplikace umožňují dále grafické zobrazení průběhu jednotlivých veličin v čase a to libovolné kombinace spojitých i diskrétních signálů.
Pro řídící systém poskytuje tento subsystém informace o stavu jednotlivých monitorovaných jednotek.

Subsystém pro monitorování vlastní činnosti Monitor

Tento subsystém informuje periodicky obsluhu-dohled o stavu celého systému, velikosti systémových front, tabulek se záznamy historie a pod. Informační e-mail je zasílán periodicky v předem nastavenou dobu a po každém startu-restartu systému.

Systémová databáze

Systémovou databází je míněn databázový stroj a databáze jako úložiště vlastních dat.V databázi jsou uloženy veškeré informace pro provoz celého systému, data o měřených veličinách, uživatelích atd. V databázi jsou rovněž uloženy historické hodnoty měřených veličin a záznamy o všech důležitých aktivitách systému a uživatelů. Databáze je navržena tak, aby mohla uchovávat dostatečně dlouhou historii měřených hodnot, prakticky omezenou pouze velikostí diskového prostoru.

Řídící subsystém

Řídící subsystém spouští všechny ostatní systémy, monitoruje jejich činnost, realizuje watchdog pro zabezpečení spolehlivého kontinuálního provozu a poskytuje uživatelskou konzoli. V případě poruchy nebo nedestruktivního problému řídící subsystém realizuje restart jednotlivých virtuálních strojů. Start a restart celého systému je řešen tak, aby při něm došlo k zotavení systému z nedestruktivních chybových stavů a výpadků.

Centrální systém

Tento systém představuje webový portál pro sestavení přehledné informace o stavu více monitorovaných pracovišť. Centrální systém komunikuje s www službami jednotlivých stanovišť, které poskytují informace o stavu technologií na tomto stanovišti. WWW aplikace poskytuje přehledné zobrazení stavu jednotlivých monitorovaných stanovišť v mapě a umožňuje odskok do www rozhraní těchto stanovišť.

Vzhledem k plné autonomii jednotlivých telemetrických stanic nemusí být implementován.

HW řešení

Klasickým řešením je měřicí průmyslové PC na platformách x86 - PC ve sběrnicovém provedení konstruované pro zvýšenou spolehlivost a odolnost vůči klimat. vlivům a okolnímu prostředí (prach) se sadou vzorkovacích karet pro snímání analogových a diskrétních měřených hodnot.

Alternativní HW řešení představuje oddělení měřicího/vzorkovacího hardware od vyhodnocovacího počítače. Měřicí HW může být připojen prostřednictvím USB nebo přes sériovou RS232 a pod. sběrnici. Nároky na vlastní PC se tímto značně redukují, lze využít i řešení postavená na jednodeskových PC např. VIA Epia, která obsahují vše potřebné a pro menší takty CPU vystačí i s pasivním chlazením.

Implementace systému

Celý systém (s výjimkou ovladačů vzorkovacích karet) je implementován v jazyce Java. Základní přednosti tohoto řešení oproti stávajícím systémům nebo systémům vytvořeným v nativní podobě pro konkrétní operační systém sumarizují následující body:

  • výkon/zatížení CPU srovnatelné s řešením implementovaném jako nativní aplikace, lze dosáhnout dle výkonu telemetrického PC a počtu měřených signálů periody vzorkování a vyhodnocení desítky ms.
  • oddělení telemetrického software od operačního systému (Java VM) a tím snížení provázanosti s OS a následně zmenšení závislosti na chybách a poruchách OS
  • možnosti reakce na poruchové stavy v rámci virtuálního stroje Java, snadný reset-restart systému bez nutnosti restartu operačního systému.
  • plně přenositelné řešení nasaditelné na platformách Windows i Linux (a dalších), možnost snadného přechodu mezi platformami
  • větší odolnost vůči útokům z internetu
  • velké možnosti různých forem distribuovaného řešení
  • modulární koncepce, možnosti rozšiřování a začleňování dalších služeb

Následující obrázky ilustrují www rozhraní systému:

Analogové měření hodnoty
Analogové měření hodnoty

Detail nastavení hodnoty
Detail nastavení analogové měřené hodnoty

Graf historie dat
Graf historie dat

WWW rozhraní centrálního systému
WWW rozhraní centrálního systému

Požadavky na instalaci a provoz

ATHOS je JAVA systém pracující pod operačními systémy Windows 2000 , Windows XP nebo Linux.

Požadavky na měřící stanici (doporučené):

  • CPU Pentium III/IV, Athlon XP, Via 600 MHz nebo lepší
  • RAM min 256 MB
  • pevný disk, kapacita dle množství archivovaných veličin, velikost základní instalace cca 200 MB
  • operační systém Windows 2000, Windows XP, Linux jádro 2.4 nebo 2.6
  • Java Runtime Environment ver. 5 (1.5) nebo vyšší – je součástí instalace