Командования ВМС США и других стран НАТО уделяют большое внимание разработке принципиально новых подходов к организации информационного обмена на борту кораблей. Это объективно обусловлено тенденцией к комплексированию радиоэлектронной аппаратуры и корабельных технических средств. По мнению зарубежных специалистов, наибольший выигрыш при этом достигается интеграцией всех корабельных средств (датчиков) получения (РЛС, ГАС и т. п.) и обработки информации в единую бортовую автоматизированную систему боевого управления (АСБУ) на основе локальной вычислительной сети. Ракетные и другие средства поражения объединяются в общекорабельную систему управления оружием, хранения и пуска ракет.

Примером интеграции всех технических средств корабля может служить многофункциональная система оружия "Иджис", устанавливаемая на крейсерах УРО типа "Тикондерога" и эсминцах УРО типа "Орли Бёрк". В ней все корабельное оборудование и оружие объединено не только организационно, как на большинстве предшествующих типов кораблей, но и с помощью специальных технических средств, обеспечивающих любой подсистеме (компоненту или пользователю) системы принципиальную возможность доступа ко всем необходимым данным внутрикорабельного информационного потока. К таким техническим средствам относятся корабельные мультиплексные линии передачи данных (КМЛПД).

Корабельные линии передачи данных представляют собой различные специальные кабели, по которым от одного устройства к другому передаются только "свои" сигналы, специфические для взаимодействующих устройств. Структура соединений существующих внутрикорабельных линий связи организована по схеме "от места к месту". Ей присущ ряд серьезных недостатков, главными из которых являются большие протяженность и масса кабельных линий, а также их относительно низкая живучесть. В частности, после модернизации атомного крейсера УРО "Бейнбридж" общая длина и масса кабельных линий достигли соответственно 600 км и 300 т (включая все необходимое вспомогательное оборудование, например: переходные и стыковочные разъемы, распределительные коробки, крепежные приспособления и т. д.). 70-75 проц. кабелей - информационные кабельные трассы, что повышает стоимость постройки современных . кораблей. По оценке зарубежных специалистов, затраты на прокладку 1 пог. м кабеля на корабле непрерывно увеличиваются; в настоящее время с учетом стоимости проектирования, разработки документации, монтажных и проверочно-наладочных работ они достигли примерно 120 долларов. Кроме того, использование ручного непроизводительного труда при прокладке кабельных трасс увеличивает сроки постройки корабля.

Низкая живучесть корабельных подсистем, связанных [55] кабельными линиями, объясняется тем, что кабели проходят (рис. 1) через значительную часть внутрикорпусного пространства. Это предопределяет высокую вероятность механического повреждения кабельных трасс при авариях и в бою. Найти и восстановить поврежденные участки кабелей, особенно в боевых условиях, очень сложно, поскольку они обычно прокладываются в труднодоступных местах корабля и проходят через такие отсеки и помещения, которые могут быть затоплены, сильно задымлены либо к ним совсем отсутствует доступ. Кроме того, отмечается, что резервирование кабельных линий проводится весьма ограниченно, чтобы не увеличивать общую протяженность и массу кабелей. Заметно снижает живучесть корабля также необходимость многократного прохода водонепроницаемых переборок при проводке кабельных трасс.

Как свидетельствует иностранная печать, организация внутрикорабельного информационного обмена по схеме линий "от места к месту" чрезвычайно затрудняет стандартизацию и унификацию бортового оборудования, делает практически невозможной реализацию концепции построения радиоэлектронной аппаратуры из функционально независимых модулей, а также становится серьезным препятствием на пути ко все большей интеграции корабельного оружия я технических средств в единую многофункциональную систему.

Одной из первых КМЛПД в ВМС США, в которой удалось преодолеть основные недостатки традиционных кабелей, является линия SDMS (Shipboard Data Multiplex System). Ее создание началось в 1974 году, а к 1984-му был разработан и недавно прошел испытания предсерийный образец AN/USQ-82(V).

Линия SDMS функционирует совместно с различными корабельными подсистемами и устройствами, включая многофункциональные пульты операторов АСБУ, регистрирующие датчики, радиолокационные и гидроакустические станции, пусковые установки и т. д. Модульный характер ее построения позволяет варьировать состав подсистем, удовлетворяя различным требованиям, предъявляемым к надводным кораблям основных классов (от фрегата до авианосца).

Линия (рис. 2) может включать от двух до пяти дублирующих друг друга магистральных шин (МШ), выполненных из коаксиального кабеля и проложенных в разных местах корпуса корабля. Для повышения живучести может применяться бронирование МШ на всем протяжении их проводки. Точки ввода-вывода данных можно размещать в различных участках шины. Поэтому МШ прокладывают в соответствии с заранее определенной схемой [56] до установки корабельных подсистем.

Кроме МШ, линия SDMS включает блок диагностики (рис. 3), коммутаторы сообщений или устройства управления обменом (УУО), блоки районной аппаратуры уплотнения (РАУ, рис. 4), блоки периферийной аппаратуры уплотнения (ПАУ, рис. 5), а также устройства ввода-вывода (УВВ), содержащие набор модулей-интерфейсов (МИ) для приема и передачи сигналов различного вида от аппаратуры пользователей.

При передаче данных от устройств подсистемы N к подсистеме S сначала происходит обмен служебными сообщениями о готовности к обмену информацией. При этом различные данные от источника поступают через модули-интерфейсы УВВ (рис. 6) в ПАУ для временного уплотнения сигналов с преобразованием их в стандартную цифровую форму линии SDMS. Затем из ПАУ сигналы транслируются в РАУ с целью частотного уплотнения, после чего они передаются по одному из каналов МШ в диапазоне 40-80 МГц. Коммутация РАУ к одному из четырех частотных каналов (имеется также пятый, служебный канал) осуществляется с помощью УУО. В результате преобразований данные (сигналы) от подсистемы N в виде закодированных сообщений с адресом места назначения достигают по магистральной шине аппаратуры на приемном конце, где декодируются перед поступлением в подсистему S.

В общем случае существуют два основных способа управления обменом данных (УОД) в мультиплексных линиях: централизованный и децентрализованный. В линии SDMS реализован так называемый "частично децентрализованный способ управления обменом данными" с сохранением центрального устройства УОД для определения свободного канала в МШ и предоставления его абоненту. При первом способе весь свод правил и процедур обмена сосредоточен в одном центральном устройстве управления, при втором - правила и процедуры распределены между различной аппаратурой КМЛПД. В пинии SDMS [57] такой аппаратурой являются УУО и ПАУ. Последняя выполнена на микропроцессорах и имеет программируемую постоянную память (ППП), где в закодированном виде помещен набор правил и процедур обмена между абонентами: адреса источников и приемников информации, их приоритеты, данные о временных задержках, необходимых для согласования скоростей прохождения сигналов в подсистемах и магистральной шине, размеры сообщений и т. д. Для выбора или изменения канала связи МШ между двумя абонентами (подсистемами) линии SDMS достаточно внести, в частности с пульта управления, необходимые данные в соответствующий массив ППП. Этим достигается большая гибкость использования КМЛПД.

Линия SDMS является асинхронной, и, как отмечается в зарубежной прессе, это отвечает требованиям информационного обмена на корабле. Асинхронность заключается в том, что передача служебных команд и информационных данных осуществляется независимо по раздельным каналам. Кроме того, применяется асинхронная временная коммутация, при которой после завершения одним абонентом сеанса обмена информацией освободившийся канал МШ передается в пользование другому абоненту на все время сеанса обмена. Процесс управления коммутацией каналов магистральной шины реализуется на основе опроса абонентов в порядке их приоритетности (так называемая схема "перекличка"). Децентрализованное УОД в мультиплексных линиях передачи данных позволяет быстро наращивать состав абонентов (подсистем) КМЛПД без ее коренной перестройки при модернизациях и обеспечивает высокую живучесть корабельной АСБУ, поскольку выход из строя одного из элементов линии не приводит к нарушению функционирования системы в целом.

Линия SDMS может выполнять также функции различных распределительных щитов и пультов управления, включая управление распределением электропитания между потребителями, предохранение от перегрузок, контроль электрических параметров, функциональные переключения, осуществление логических задержек, преобразование угловых величин (например, курсового угла, углов бортовой и килевой качки корабля) в стандартную цифровую форму. Для этих целей в качестве подсистем линии SDMS применяются следующие индикаторные панели: управления распределением электропитания; отключения потребителей и предохранения от перегрузок; контроля состояния электрических параметров и положения переключателей; функциональных и цифровых переключений и т. п.

Для примера рассмотрим индикаторную панель отключения потребителей и предохранения от перегрузок. Она может монтироваться в специальной коробке, конструктивно объединенной с УВВ, в которой размещаются также цепи логических задержек на твердотельных элементах для переключений, связанных с распределением питания, а также малогабаритные источники постоянного тока. Сама панель имеет до пяти съемных секций с роторными селекторными переключателями, двухпозиционным.и выключателями и индикаторными лампочками. Оператор с помощью двухпозиционного выключателя может подключить для проверки цепь соответствующей линейки плавких предохранителей, исправность которых проверяется последовательной установкой роторного селекторного переключателя в необходимые положения. При выходе из строя плавкого предохранителя загорается индикаторная лампочка, и оператор заменяет [58] меняет нужный предохранитель.

Традиционными компонентами аппаратуры обычных кабельных трасс являются распределительная щиты и пульты управления, которые обеспечивают перестройку линий связи (реконфигурацию) между подсистемами в случае изменения режимов работы, повреждения кабелей, перевода устройств в режимы тестирования и имитации или учебной тренировки операторов, а также при совместном использовании периферийных приборов. Например, проведенный на эскадренном миноносце типа "Спрюенс" анализ выполняемых при боевой работе переключений показал, что 79 панелей (из 161) с переключателями на пульте управления (размер 6,3х1,8х0,9 м) осуществляют коммутацию информационных линий связи, а всего для реализации лишь одного функционального переключения, связанного с переменой характера боевой работы обслуживаемой подсистемы, производятся сотни коммутаций по изменению маршрутов следования сигналов. Для этого требуется до десяти переключателей на 50 позиций, способных осуществить коммутацию 450 линий связи. Аналогичный результат может быть достигнут также с помощью миниатюрных однонаправленных многопозиционных переключателей (рис. 7), применяемых в линии SDMS. Такие переключатели расположены на индикаторной панели функциональных и цифровых переключений, смонтированной на внешней стороне специального УВВ для изменения коммутации сигналов. Как отмечают зарубежные специалисты, на эскадренном миноносце типа "Спрюенс" применение линии SDMS с подобными миниатюрными переключателями позволит сократить количество информационных переключательных панелей более чем в 3 раза (с 79 до 24).

Одной из главных целей внедрения КМЛПД и автоматизации корабельных систем считается сокращение численности личного состава для обслуживания различной аппаратуры. Например, автоматизация поста управления энергетической установкой приводит к необходимости установки на нем значительного количества контрольно-измерительных приборов (КИП) и кабельных линий связи для обеспечения необходимой информацией поста энергетики и живучести (ПЭЖ). В рамках традиционного подхода для каждого КИП прокладывается свой кабель, по которому данные поступают в ПЭЖ. В большинстве случаев сигналы по ним передаются лишь при отклонении от нормальных условий функционирования. Следовательно, большую честь времени эти кабели не используются и вместе со вспомогательным оборудованием способствуют неоправданному увеличению водоизмещения корабле. Специалисты ВМС США отмечают, что благодаря применению линии SDMS на эскадренных миноносцах типа "Спрюенс" вдвое сократится количество кабелей КИП и на 25 проц. число кабелей управления распределением электропитания.

Использование линии SDMS позволит значительно расширить возможности корабельных подсистем, в том числе: непрерывно автоматически измерять [59] и отображать уровни шумности и вибрации различных механизмов и устройств, данные о давлениях, температурах и уровне воды в котлах, положение клапанов и вентилей; распределять данные для контроля за живучестью, обеспечивать взаимодействие пультов управления и дисплеев, учета и использования запасного инструмента и приборов; упрощать функциональные переключения для реконфигурации структуры корабельных подсистем; осуществлять дистанционную проверку аппаратуры на функционирование, поиск и локализацию неисправностей, выдачу рекомендаций по их устранению; автоматически проверять боевую готовность подсистем; проводить тренировочные упражнения на боевой аппаратуре с имитацией реальных условий боевой работы.

Для приема, обработки и отображения данных об уровнях шумности механизмов в УВВ смонтирована пара специальных МИ, один из которых представляет собой микропроцессор. Он выполняет функции анализатора частотного спектра. Каждая пара модулей-интерфейсов шумности (МИШ) такого устройства ввода-вывода способна принять до 32 сигналов от различных датчиков (акселерометров или гидрофонов). Акселерометры могут располагаться на корпусе и механизмах, наиболее подверженных вибрациям, а сигналы от них будут поступать в ближайший УВВ с МИШ и далее на любой дисплей или записывающее устройство различных подсистем, обслуживаемых линией SDMS.

Развитие идеи мультиплексирования сигналов и их передачи в последовательном цифровом коде по единой общекорабельной магистральной шине проявилось в разработке американской фирмой "Сперри Юнивак" по заказу ВМС Канады линии передачи данных SDB SHINPADS. Она имеет скорость передачи в магистральной шине 10 Мбит/с, согласно требованиям нового военного стандарта НАТО MIL-STD-1397, а мультиплексная линия SDMS разрабатывалась со скоростью передачи 1 - 3 Мбит/с по стандарту STANAG-4156. Более высокая скорость (быстродействие) пинии SDB SHINPADS позволит, по мнению разработчиков, обеспечить информационный обмен между ЭВМ корабельной вычислительной сети (КВС) в реальном масштабе времени. При этом количество мини- и микро-ЭВМ и микропроцессоров в общекорабельной вычислительной системе с помощью этой КМЛПД может составить 100 единиц и более. Первоначальные результаты моделирования распределенной КВС для типового фрегата показали, что средняя нагрузка при передаче данных в магистральной шине (в МШ линии SDB SHINPADS для управления обменам также имеется специальный канал) не превышает 2,2 Мбит/с. Это свидетельствует о более чем четырехкратном превышении быстродействия пинии над средней нагрузкой информационного обмена в АСБУ типового фрегата, что может позволить решить проблему передачи данных в реальном масштабе времени. При таком превышении вероятное" возникновения очереди, из одного сообщения, к линии вследствие занятости МШ близка к нулю. В ходе дальнейшего моделирования значения нагрузки в распределенной КВС варьировались от 3,5 до 4,7 Мбит/с, но и в этих условиях обеспечивались необходимые режимы обработки данных.

Несмотря на широко распространенное за рубежом мнение о том, что в будущем наиболее перспективным способом передачи данных в корабельных АСБУ с распределенной обработкой станет мультиплексная передача с помощью общей шины и ее разновидностей, некоторые американские специалисты считают, что быстродействующую общекорабельную линию можно создать и на основе других технических решений. С точки зрения обеспечения максимальной эффективности при передаче данных общая шина, коллективно эксплуатируемая многими пользователями, обладает большими преимуществами по сравнению с другими способами. Однако наряду с достоинствами КМЛПД имеют ряд недостатков, и прежде всего, организационные трудности в ходе разработки и создания. Во-первых, их широкое применение в АСБУ зависит от эффективности проводимых мероприятий по стандартизации средств обработки данных в военной, области. Это требует внедрения единой в масштаба блока НАТО стандартной ЭВМ, однотипных периферийных устройств и многофункциональных пультов, стандартных модулей-интерфейсов, обеспечивающих [60] cовмещение аппаратуры пользователя с шиной, а также использования единых военных стандартов, определяющих протоколы управления обменом данными в ней и ее основные характеристики. Во-вторых, необходима разработка принципиально нового математического обеспечения для вычислительной сети корабельных АСБУ, поскольку каждая из ЭВМ должна иметь свою собственную операционную подсистему для обработки и решения не только "штатных" для нее задач, но и задач в интересах всей КВС. Ввиду того что при разработке математического обеспечения в основном используется ручной труд, применение шинной организации взаимосвязи в корабельных АСБУ связано с большими дополнительными затратами и увеличением сроков их создания и внедрения.

Вместе с тем, по мнению некоторых зарубежных экспертов по вычислительной технике, существует и другой достаточно эффективный способ организации взаимосвязи в перспективных АСБУ на основе коммутирующей сети (КС) SITACS. Сеть состоит из совокупности приемо-передающих коммутирующих элементов (КЭ), выполненных на основе микропроцессоров и монопольных путей. Монопольными путями являются линии связи, обеспечивающие попарное соединение типа "пользователь - КЭ" и "КЭ - КЭ". Для коллективных путей (например, общей шины) характерно соединение всех обслуживаемых им пользователей. КС осуществляют непосредственное физическое соединение между источниками и приемниками информации на корабле по принципу коммутации каналов. В сети имеются КЭ двух типов. Первые предназначены для подключения пользователей к сети. Каждый из них способен обеспечить прохождение данных от 16 различных абонентов к коммутирующим элементам второго типа. Вторые служат для трансляции данных и коммутации монопольных путей внутри сети и также имеют 16 входов и выходов. Общее максимальное количество КЭ в коммутирующей сети ограничено 64 и определяется только разрядностью адресной части служебных сообщений (СС). Однако такое количество КЭ способно обеспечить взаимодействие между достаточно большим числом абонентов.

В ждущем режиме в сети происходит непрерывный обмен короткими СС между источниками и приемниками информации. Они свидетельствуют о готовности приемника (источника) принять (передать) информацию и об исправности аппаратуры сети. Если возникнет необходимость в передаче данных, источник посылает в сеть СС с указанием о формировании канала связи с соответствующим приемником. При этом происходит косвенное адресование приемника, то есть указывается лишь массив данных, где можно, найти истинный (прямой) адрес источника. Это делается обычно с целью исключения ошибки при. формировании канала связи, например для того, чтобы данные от РЛС не попадали в контур управления энергетической установкой. Операции по трансляций косвенного адреса в прямой исключают подобные ошибки. Первый, соединенный с пользователем коммутирующий элемент, выполнив трансляцию косвенного адреса, начинает с помощью специально разработанной логики поиск альтернативного маршрута следования для передачи СС в направлении к источнику. Поиск начинается с проверки кратчайшего пути - пути, состоящего из наименьшего числа КЭ. Если ближайший КЭ данного пути занят, то рассматривается возможность передачи СС по другим маршрутам, то есть осуществляется динамическая реконфигурация (перестройка) структуры сети. После того как канал для передачи сформирован, то есть найден маршрут, состоящий из свободных (исправных) КЭ и соединяющих их монопольных путей, СС достигает приемника информации. В ответ приемник выдает сообщение о своей готовности к приему, и начинается сеанс передачи данных. После приема всей информации приемник снова выдает сообщение о своей готовности (к следующему приему), канал расформировывается, а высвобожденные элементы переходят в ждущий режим.

Описанный механизм передачи данных в КС наилучшим образом обеспечивает реализацию взаимодействия абонентов в АСБУ по схеме "от одного к одному". Другая часто требуемая схема взаимодействия "от одного ко всем" ("от всех к одному") реализуется в коммутирующей сети со значительными трудностями. Зарубежные специалисты полагают, что оптимальное сочетание этих схем достижимо [61] при объединении достоинств общей шины и КС. Основные преимущества сети SITACS перед мультиплексными линиями на основе общей шины сводятся к следующему: возможность более широкого использования существующего математического обеспечения при создании вычислительных систем перспективных АСБУ, что способствует эволюционному переходу к КВС с распределенной обработкой данных; применение более простых интерфейсов в силу отсутствия необходимости промежуточного хранения данных перед сеансом связи. В мультиплексных линиях с общей шиной такое хранение обязательно. В целом применение новых корабельных линий связи позволит объединить все радиоэлектронное оборудование, другие бортовые подсистемы в общекорабельную АСБУ с принципиально новыми качествами: параллельная обработка больших потоков данных в реальном масштабе времени; полная автоматизация процессов управления оружием в типовых тактических ситуациях; автоматическая перестройка состава корабельных подсистем а зависимости от изменений обстановки, решаемых кораблем задач и полученных в ходе боя повреждений; обеспечение командных пунктов и боевых постов информацией до требуемого уровня детализации. Кроме того, увеличивается живучесть корабля, сокращаются сроки и стоимость его постройки.

http://www.zw-observer.narod.ru

Содержание