Единая среда имитации — это программно-аппаратная платформа для создания отладочных, интеграционных, испытательных стендов и тренажеров АСУ и КСА.
С каждым новым проектом информационно-управляющих систем и АСУ ВиВТ растет сложность и номенклатура функциональных задач. Эти неизбежные следствия повышают требования к задаче подготовки личного состава, а кроме того, и отладки этих самых систем. Получается две задачи, которые необходимо решать параллельно при создании АСУ ВиВТ.
Предыстория вопроса
Коллективом «Лаборатории 50» впервые в практике и по заказу ВМФ был создан комплексный имитационно-моделирующий стенд (КИМС), предназначенный для отладки взаимодействия несколько десятков ВиВТ. Естественно, главным объектом каждого ВиВТ являлась система управления, представляющая собой программный комплекс различной сложности. Программное обеспечение образцов ВиВТ для стенда было представлено в различном качестве: от штатного, практически полностью соответствующему изделию на заказе, до имитационной модели, полностью повторяющей только информационный обмен и частично — логику и ЧМИ настоящей системы.
Требования предъявлялись в соответствии с назначением стенда: отладка информационного сопряжения, межсистемного взаимодействия и задач управления. КИМС предназначен для обеспечения проведения подэтапа межведомственных испытаний (МВИ).
Все системы на КИМС работают параллельно в реальном времени на основе единой тактической обстановки, обеспечиваемой имитатором. Тактическая обстановка подается на датчики (обнаружители) по нештатным протоколам в блоки сопряжения (БС), которые в дальнейшем транслируют обработанную информацию в систему управления и другие системы уже по стандартным протоколам сопряжения. Исполнительные системы (вооружение), также по нештатным протоколам выдают информацию о применении поражающих средств обратно в имитатор тактической обстановке (ИмТО).
Технически стенд реализован на основе облачных технологий по следующим причинам: высокая вариативность аппаратных и программных средств ВиВТ, высокая насыщенность различными системами при ограниченной физической площади стенда, минимизация ресурсов для администрирования стенда. Для удобства управления вычислительными ресурсами используются облачные технологии и разработанные СЗИ.
Основу инфраструктуры стенда составляли коммерческие Интел-сервера, работающие под управлением ОС «Astra Linux Special Edition». Для функционирования виртуальных машин со штатным ПО ВиВТ была создана защищенная облачная платформа (первая версия «Глобулы»). Облачная платформа обеспечивала работу гостевых ОС КПДА (QNX), МСВС 3, Windows XP. Весь стенд соответствовал требованиям по аттестации 1Б ФСТЭК России.
Несмотря на признанную успешность стенда необходимо выделить следующие проблемы:
- необходимость адаптации ПО штатных систем;
- нежелание контрагентов адаптировать ПО для стенда.
Для преодоления указанных недостатков следует сформулировать требования для перспективных систем подобного назначения. Такой набор требований совместно с архитектурным обликом был назван «Единой средой имитации».
Единая среда имитации
Единая среда имитации — это программно-аппаратная платформа для создания отладочных/интеграционных/испытательных стендов и тренажеров АСУ и КСА.
ЕСИ должна предоставлять средства для работы широкой кооперации контрагентов и удовлетворять требованиям по защите информации ФСТЭК (Минобороны).
Назначение единой среды имитации — сокращение сроков, удешевление, повышение качества испытаний и создания тренажеров ВиВТ.
Платформа включает средства конфигурации базовой инфраструктуры, комбинированный имитатор и требования к целевым системам.
Требования к целевым системам
Основные требования к целевым системам состоят из двух пунктов:
- способность сопрягаться с комбинированным имитатором тактической обстановки;
- возможность работы в виртуализированной среде.
Любой комплекс или АСУ/КСА образца ВиВТ можно декомпозировать на три подсистемы: источники информации и специализированные средства первичной обработки, систему управления и объекты управления (автоматика).
Наилучшей стратегией обеспечения интероперабельности с ИмТО является создание имитаторов датчиков и исполнительных механизмов, сопрягаемых с ИмТО и взаимодействующим по штатной схеме с подсистемой управления. Глубина имитации может варьироваться и напрямую зависит от этапа/изделия. Для проведения квалификационных испытаний достаточно соблюдения информационного протокола сопряжения, для тренажера — глубокая симуляция с учётом внешней среды.
Реализация подобного подхода часто не требует большого объема работ в связи тем, что подобные имитаторы практически всегда разрабатываются самими производителями для внутренней отладки.
В качестве протокола сопряжения ИМ и ИмТО необходимо использовать стандарт IEEE 1516, используемый многими российскими разработчиками для создания комплексных тренажеров.
Комбинированный имитатор
Комбинированный имитатор — это единый имитатор тактической обстановки, удовлетворяющий требованиям по отладке, испытаниям и тренажерным комплексам. Архитектура ИмТО должна строиться вокруг основы IEEE 1516.
Инфраструктура
При рассмотрении возможности создания общей базы для испытательных стендов и тренажёров, вынося сразу за скобки, безусловно необходимые, задачи организации обучения (места преподавателя, анализа результатов
С точки зрения аппаратного сопряжения, вполне обоснованным выглядит использование технологий виртуализации и облачных вычислений, уже успешно апробированных в подобных задачах.
Облачная инфраструктура обладает следующими преимуществами:
- гибкая настройка виртуальной среды для различных гостевых ОС (КПДА, МСВС, Astra Linux);
- практически неограниченные конфигурации сети (множество изолированных объектовых сетей
и т. п. ); - использование коммерческого серийного оборудования (COTS);
- универсальность (пригодность для разных изделий);
- гибкие возможности по отладке (дублирование всей системы для параллельной отладки различных подсистем или работы разных контрагентов);
- возможность создания распределенного комплексного имитационно-моделирующего стенда при работе в широкой кооперации.
Инструментальные средства
Вспомогательные средства, обеспечивающие помощь в отладке и интеграции целевых АСУ и КСА, не входят в состав платформы единой среды имитации. Однако, как показывает практика, возможности и характеристики инструментария напрямую влияют на эффективность и качество работы.
За продолжительное время работы на испытательных стендах коллективом «Лаборатории 50» были разработан и продолжает совершенствоваться инструментарий, обладающий следующими возможностями:
- перехват трафика на транспортном и канальном уровнях (Ethernet, IP) с последующим декодированием до прикладного уровня (информационные протоколы сопряжения);
- практичный ЧМИ (поиск по полям на прикладном уровне, фильтрация
и т. п. ); - воспроизведение ранее записанного трафика;
- запись входящих потоков на реальном объекте/изделии с последующим воспроизведением на стенде;
- автоматизированное тестирование по заданным сценариям;
- …
В чем соль?
Основная цель создания подобных комплексных стендов (как правило это стенд главного конструктора) — повышение качества целевого изделия.
Технологии единой среды имитации позволяют радикально снизить стоимость и сократить сроки проведения отладки испытаний, а впоследствии использовать туже базу для создания тренажера изделия.
В случае необходимости, стенд на основе ЕСИ может использоваться для параллельной работы в широкой кооперации контрагентов, подключаемых по защищённым каналам.