Вычислительные сети, теория и практика.

BC/NW 2017 № 2 (31):2.1

МИГРАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУ ПРЕДПРИЯТИЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ, РЕАЛИЗОВАННЫХ НА БАЗЕ ВК «ЭЛЬБРУС»

Абросимов Л.И.

Электроэнергетика – ведущая отрасль России, обеспечивающая успешное развитие всех отраслей от добывающих, до перерабатывающих. Кроме того, энергетика является основой жизнеобеспечения страны.

Особенности электроэнергетики определяются технологией производства электроэнергии и ее потреблением, основными из которых являются:

• Неразрывность процессов производства и потребления электроэнергии.

• Многомерность, нелинейность и взаимозависимость координат управления.

• Изменчивость схемы и режима.

• Значительная протяженность и распределенность по территории.

• Инерционность объекта управления.

• Ограниченная наблюдаемость.

• Ограниченная управляемость.

• Необходимость регулярного вывода в ремонт оборудования без нарушения основного технологического процесса

Следовательно, тактические и стратегические функции управления должны опираться на функции оперативного управления и обеспечивать их взаимодействие на всех этапах: генерации, передачи, распределения электрической энергии, а также обеспечения ресурсами (см. рисунок 1).

Управление режимами электроэнергетическими системами (ЭЭС) осуществляется оперативным персоналом, а также локально – автоматическими регуляторами и устройствами противоаварийной автоматики (ПА). Практически вся автоматика в настоящее время построена на основе микропроцессорных систем.

Настройка автоматических и автоматизированных систем управления (АСУ) производится в соответствии с заранее выбранными характеристиками так, чтобы обеспечить как экономичность работы ЭЭС, так и соответствие требованиям качества отпускаемой потребителям электроэнергии.

Выбор видов используемых автоматических устройств, оценка их эффективности и влияния на надежность работы ЭЭС производятся на основе специальных оптимизационных расчетов.

Управление режимами ЭЭС должно быть оптимальным, т.е. дающим наилучший технико-экономический эффект в условиях действия противоположных факторов.

Для ЭЭС как объекта управления характерны наличие большого числа сложных прямых и обратных связей между многочисленными ее элементами и целевая направленность процесса функционирования.

Рис.1 Схема функций управления Электроэнергетикой России

Проблемы информатизации АСУ предприятий электроэнергетики

Рост объемов информации, контролирующей состояние силового оборудования предприятий электроэнергетики (ПЭ) и необходимость обеспечения требуемой скорости её обработки

Повышение уровня информационной защиты управления силового оборудования ПЭ от несанкционированного доступа

Модернизация средств АСУ ПЭ в условиях санкций и импортозамещения

Эффективное решение задач технического обслуживания и ремонта оборудования ПЭ

Цель разработки – повысить эффективность и надежность работы при модернизации средств информатизации АСУ предприятий электроэнергетики и расширить спектр сценариев, повышающих защиту при принятии решений и доставки управляющих команд

Задачи модернизации и разработки программного обеспечения

Определить критерии модернизации АСУ ЭЭ

Выбрать базовые технические средства информатизации

Выбрать и освоить базовое стандартное и специализированное программное обеспечение (ПО)

На основе анализа функционирующего ПО определить последовательность его модернизации

Поэтапно разрабатывать и внедрять ПО АСУ ЭЭ

Современные критерии отечественности программного обеспечения

В условиях импортозамещения Правительство Российской Федерации поручило Минкомсвязи провести работы по импортозамещению «массового» программного обеспечения (ПО) госорганов , банковской сферы и офисов . [1,2]

Разработка методических рекомендаций по переходу госорганов на отечественное офисное ПО завершилась вечером 3 июля 2017 года, когда ведомство опубликовало на своем сайте приказ об утверждении рекомендаций за подписью министра связи Николая Никифорова.

Методические рекомендации в целом определяют основные критерии перехода госорганов на использование отечественного офисного ПО в 2016-2018 гг. и на плановый период 2019-2020 гг.

Документ был разработан по результатам прошедшего в первой половине 2017 года пилотного проекта, в рамках которого Минкомсвязи, Минпромторг, Минфин, Федеральная служба судебных приставов, Федеральная налоговая служба, Фонд социального страхования и Пенсионный фонд тестировали российское ПО.

Критерии отечественности программного обеспечения

ФЗ определяет критерии, которым должно соответствовать ПО, чтобы попасть в реестр.

В их числе:

а) исключительное право на ПО на территории всего мира и на весь срок действия исключительного права должно принадлежать: РФ, субъекту РФ или муниципальному образованию; российской НКО, высший орган управления которой формируется прямо или косвенно РФ, субъектами РФ, муниципальными образованиями или россиянами и которая не признается контролируемой иностранным лицом российской организацией; российской коммерческой организации с суммарной долей прямого или косвенного участия РФ, субъектов РФ, муниципальных образований, НКО и прямого или косвенного участия граждан РФ более 50%; гражданину РФ;

б) ПО доступно в свободной продаже;

в) общая сумма выплат по лицензионным и иным договорам, предусматривающим предоставление прав на результаты интеллектуальной деятельности и средства индивидуализации, выполнение работ, оказание услуг, использованных для разработки, адаптации и модификации ПО, в пользу иностранных лиц, контролируемых ими российских организаций, агентов, представителей иностранных лиц и контролируемых ими российских организаций составляет менее 30% от выручки правообладателя от реализации ПО за календарный год;

г) сведения о правообладателе ПО внесены в реестр аккредитованных организаций, осуществляющих деятельность в области информационных технологий;

д) сведения о ПО не составляют гостайну и сами программы или базы данных не содержат сведений, составляющих гостайну.

Необходимо подчеркнуть, что разработчики считают, что «сильная сторона России в том, что не массовое ПО (оборонной промышленности, госкорпораций, тяжелой промышленности), которое было разработано при поддержке государства, сегодня способны сохранять полную независимость от Запада».

Однако, даже выборочный анализ АСУ предприятий электроэнергетики, показывает, что технические средства и используемое в АСУ программное обеспечение являются зарубежными разработками. Об этом свидетельствует и дискуссия в Интернете [2].

Таким образом, на наш взгляд миграция ПО для АСУ ЭЭ на переходном этапе должна

1. начинаться с выпуска отечественных средств вычислительной техники,

2. перекупке прав на программные продукты,

3. адаптация программных продуктов, включающая сертификацию на соответствие ГОСТу Р 8.596-2002 ГСИ. разработанного программного обеспечения

Базовые технические средства для АСУ ЭЭ

Проведенный автором анализ отечественных технических средств позволяет рекомендовать в качестве технических средства для АСУ ЭЭ серии ВК «ЭЛЬБРУС». Далее приведены паспортные характеристики ВК «ЭЛЬБРУС»

Автоматизированное рабочее место «Эльбрус 401-РС»

Вычислительная система класса СуперЭВМ

Архитектурные особенности ВК «ЭЛЬБРУС»

Процессоры «Эльбрус» базируются на архитектуре VLIW, которая является развитием RISC-архитектуры и суперскалярности. Особенностью VLIW является то, что в каждой команде может содержаться до 23 элементарных операций, которые должны исполняться параллельно. При этом задача распараллеливания возлагается на компилятор, в отличие от традиционных суперскалярных архитектур, где за распараллеливание отвечают аппаратные блоки процессора. Эффективность такого метода существенно выше

Среди других особенностей архитектуры «Эльбрус» инженеры МЦСТ выделяют следующие:

• 6 каналов арифметико-логических устройств (АЛУ), работающих параллельно;

• регистровый файл из 256 84-разрядных регистров;

• аппаратная поддержка циклов, в том числе с конвейеризацией, повышает эффективность использования ресурсов процессора;

• программируемое асинхронное устройство предварительной подкачки данных с отдельными каналами считывания позволяет скрыть задержки от доступа к памяти и полнее использовать АЛУ;

• поддержка спекулятивных вычислений и однобитовых предикатов позволяет уменьшить число переходов и параллельно исполнять несколько ветвей программы;

• широкая команда, способная при максимальном заполнении задать в одном такте до 23 операций (более 33 операций при упаковке операндов в векторные команды).

В «Эльбрус-4С» реализован режим x86-совместимости Для этого в архитектуре была реализована система динамической трансляции двоичных кодов x86 в коды процессора «Эльбрус». Если говорить простым языком, то система трансляции создает виртуальную машину, в которой работает гостевая операционная система для этой разрядности. По словам разработчиков, на платформе «Эльбрус» в режиме эмуляции платформы x86 удалось запустить более 20 операционных систем (в том числе несколько версий Windows) и сотни приложений.

Среди других особенностей архитектуры «Эльбрус» инженеры МЦСТ выделяют следующие:

• 6 каналов арифметико-логических устройств (АЛУ), работающих параллельно;

• регистровый файл из 256 84-разрядных регистров;

Система программирования [4]

Система программирования для платформ Эльбрус иМЦСТ-R предназначена для создания собственных программных продуктов для этих платформ на языках программирования С/С++и Fortran. В состав системы программирования входят:

• оптимизирующий компилятор;

• отладчик;

• профилировщик;

• набор библиотек поддержки;

• оптимизированная математическая библиотека;

• библиотека MPI. Message Passing Interface (MPI, интерфейс передачи сообщений) — программный интерфейс (API) для передачи информации, который позволяет обмениваться сообщениями между процессами, выполняющими одну задачу. Разработан Уильямом Гроуппом, Эвином Ласком (англ.) и другими.

MPI является наиболее распространённым стандартом интерфейса обмена данными в параллельном программировании, существуют его реализации для большого числа компьютерных платформ. Используется при разработке программ для кластеров и суперкомпьютеров. Основным средством коммуникации между процессами в MPI является передача сообщений друг другу.

Комплекс сервисных и пользовательских программ

Комплекс сервисных и пользовательских программ (КСПП) предназначен для решения стоящих перед ВК задач и делает работу пользователя более удобной и комфортной.

Основные приложения, входящие в КСПП, это:

1. Графические среды и библиотеки: среда для рабочего стола GNOME, графическая оболочка Хorg-6.9.0, графические библиотеки Qt и GTK+, графический рабочий столXfce, графическая оболочка ede-1.1 и другие.

2. Средства обработки документов: текстовый процессор abiword-2.8.6, табличный процессор gnumeric-1.8.4, текстовые редакторы ed-0.4, vim71, leafpad-0.8.17 и ряд других.

3. Различные средства просмотра файлов: медиаплеер mplayer-1.0pre8, программа для просмотра рисунков gtksee-0.6.0b-1, программа для просмотра файлов и текста less-381, программа для просмотра документов в различных форматах evince-2.24.2, программа для просмотра PDF xpdf-3.02pl4, библиотеки для работы с графическими файлами различных форматов libpng-1.2.23, librsvg-2.26.3, libtiff-v3.6.1, кроссплатформенная мультимедийная библиотека SDL-1.2.13 и другие.

4. Средства архивирования, такие как архиватор bzip2-1.0.2, пакет для архивированияcpio-2.6, архиватор gzip-1.3.5, архиватор tar-1.18, архиватор zip-2.3, стандартная библиотека архиватора zlib-1.2.3 и другие.

5. Системы разработки программного обеспечения: интегрированная среда разработки anjuta-2.24.2, система управления версиями cvs-1.11.22, графический отладчик ddd-3.3.11, скриптовый язык программирования XML-Parser-2.41, языки программирования perl-5.8.8 и php-5.2.6, скриптовый язык программирования TCL и ряд других средств.

6. Приложения для работы с базами данных (БД) и сетью, такие как средство кластеризации БД pgcluster-1.9.0, система управления БД (СУБД) postgresql-8.4.4, интерфейс к СУБД PyGreSQL-3.8, система репликации slony-I-2.0.7, СУБД для работы с БД sqlite-3.6.13.

7. Приложения для работы с сетью: веб-сервер apache-1.3.41, веб-браузер firefox-3.0.19, средство links-2.2, текстовый интернет-браузер lynx2-8-5, почтовые клиентыsendmail-8.14.4 и sylpheed-2.7.0 и другие.

8. Средства удалённого доступа к рабочему столу rdesktop-1.6.0 и vnc-4.1.3-unixsrc.

Общее программное обеспечение( ОПО)

Вместе с вычислительными комплексами компанией МЦСТ поставляется общее программное обеспечение (ОПО). ОПО является базовым компонентом программного обеспечения ВК. ОПО организует функционирование и поддерживает возможности аппаратных средств, управляет вычислительными процессами и ресурсами ВК.

ОПО для архитектур SPARC и «Эльбрус» собирают из единой базы исходных текстов. Большинство программных средств представляют собой свободно распространяемое программное обеспечение (Open Source).

В состав ОПО входят:

• операционная система (ядро и базовое системное программное обеспечение)

• система программирования

• комплекс сервисных и пользовательских программ

• высокопроизводительные библиотеки

• программа начального старта

• система динамической двоичной трансляции (только для архитектуры Эльбрус)

• вспомогательные средства (средства испытаний; система тестовых и диагностических программ; система тестирования ОС; программа вычисления контрольных сумм)

• Первые результаты внедрения ВК «ЭЛЬБРУС [5]

• Минкомсвязи перевела ведомственный сегмент системы «Мир» с «железа» и софта IBM на серверы на процессорах «Эльбрусах». В работе ГИС «Мир» использует PostgreSQL, Apache ActiveMQ, Redis и другие свободные программные решения.

• ГИС «Мир» перешла на российские решения

• Ведомственный сегмент госсистемы миграционного и регистрационного учета «Мир» в 2016 г. был переведен на отечественные аппаратные и открытые программные решения. Об этом сообщила пресс-служба Минкомсвязи, уточнив CNews, что работы были осуществлены в рамках двух проведенных министерством тендеров — на поставку оборудования для изготовления, оформления и контроля паспортно-визовых документов нового поколения.

• Сумма контракта по первому тендеру составила 49,5 млн руб, по второму — 195,3 млн.руб. Победителем оба раза был определен Институт электронных управляющих машин им. И. С. Брука. Местом поставки оборудования в обоих случаях был указан подведомственный Минкомсвязи НИИ «Восход». Именно он первоначально выступал самостоятельным заказчиком данных работ, но затем процедура была переформатирована, и право заключения контрактов перешло к Минкомсвязи.

• Сейчас на базе «Мира» осуществляется выдача документов, удостоверяющих личность, среди которых паспорт гражданина России, загранпаспорт, документ иностранного гражданина, удостоверение беженца и др. В дальнейшем система будет использована для выпуска электронных паспортов гражданина РФ. Проект реализуется Минкомсвязи и МВД совместно с другими ведомствами.

• Минкомсвязи перевело ведомственный сегмент миграционной системы «Мир» на отечественную аппаратную платформу

• «Суммарная стоимость закупки отечественного оборудования, внедрения и годовой поддержки данного решения меньше, чем стоимость только годовой поддержки оборудования иностранного производства, — заверяет директор департамента реализации стратегических проектов Минкомсвязи Андрей Черненко.

• Замещение «железа»

• В Минкомсвязи рассказали, что ранее в системе использовались серверы компании IBM. Теперь на смену американскому «железу» пришло порядка 130 серверов, построенных на отечественных процессорах архитектуры «Эльбрус», одним из соразработчиков которых является вышеупомянутый Институт электронных управляющих машин им. И. С. Брука.

• Речь идет об использовании в «Мире» различных типов серверов баз данных, серверов приложений, серверов сетевого распределенного хранилища и технологических серверов.

• Также в две поставки вошли коммутаторы сети хранения данных и сети передачи данных, серверные шкафы, переключатели IP KVM, кабели UTP, источники бесперебойного питания.

• Импортозамещение ПО

• Что касается ПО, то в Минкомсвязи ограничились сообщением о замене различного софта IBM (не уточняя, какие именно продукты были задействованы), на межсетевые экраны «Рубикон-К», произведенные российской компанией НПО «Эшелон», а также «более 20 решений на базе СПО».

• Источник CNews, знакомый с ходом проекта, указал, что ответ на вопрос, какие именно открытые программные решения были использованы в «Мире», следует искать в конкурсных документах первоначального тендера на поставку оборудования, который объявлял «Восход».

• Рассматривая его, CNews ранее писал, что требующиеся «Миру» серверы на «Эльбрусах» используют одноименную ОС («Эльбрус»; построена на основе ядра Linux, поддерживает открытые приложения: редактор AbiWord, электронную таблицу GNumeric, браузер Firefox, клиент электронной почты).

• По условиям старого тендера, ОС должна была поддерживать СУБД PostgreSQL, брокеры гарантированной доставки сообщений Apache ActiveMQ, ПО хранилища данных Redis, Ceph и Librados, балансировщики нагрузки PgBouncer и Nginx, менеджеры ресурсов кластера и средства защиты от сбоев Pacemaker, ПО для обмена сообщениями между узлами кластера Corosync, средства защиты от сбоев Sentinel, ПО резервного копирования Bacula, утилиты для резервного копирования Barman, ПО сетевого мониторинга Zabbix, ПО сервисной поддержки OTRS, средства IP-телефонии Asterisk, среды разработки Java OpenJDK, серверы приложений Apache Tomcat. По данным источника CNews, именно эти решения и были задействованы в «Мире».

Литература

1. Импортозамещение программного обеспечения https://zimport.ru/importozameshhenie-v-it 2http://www.tadviser.ru/index.phpСтатья:Импортозамещение_программного_обеспечения в_госсекторе

3. Каталог продукции МЦСТ ЭЛЬБРУС mcst.ru

4. Программное обеспечение ВК ЭЛЬБРУС http://www.mcst.ru/sistema_programmirovaniya

5. Внедрение Эльбруса http://www.cnews.ru/news/top/2017-01-16_migratsionnuyu_gis_za_250_mln_pereveli_s_ibm_na