Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Сетевые структуры в системах передачи данных. Основные типы и практическое применение

Сетевые структуры в системах передачи данных. Основные типы и практическое применение

В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Сетевые структуры в системах передачи данныхОсновные типы и практическое применение

С учетом современного развития систем и комплексов безопасности наиболее серьезное внимание уделяется системам передачи данных. В связи с этим целесообразно рассмотреть основные типы подобных систем, требования, предъявляемые к оборудованию при их построении, и варианты применения в составе комплексов инженерно-технических средств физической защиты (КИТСФЗ)
Андрей Приблуда
Начальник отдела АО "ФЦНИВТ "СНПО "Элерон"

В данной статье при описании топологий не используются понятия ПЭВМ (рабочая станция, компьютер), коммутатора, маршрутизатора и т.д. Это обусловлено тем, что принципы формирования и основные преимущества указанных топологий могут быть использованы в системах передачи данных различного назначения, в том числе в локальных вычислительных сетях и системах передачи данных для периферийного оборудования ("полевых" магистралях).

Характеристики топологий

При оснащении объектов применяются следующие хорошо зарекомендовавшие себя сетевые структуры (топологии) – "шина", "кольцо", "звезда", "ячейка".

"Шина"

Характерная особенность топологии типа "шина" (рис. 1а) – наличие единой магистрали передачи данных ("шины"), к которой подключены все устройства – абоненты, осуществляющие поочередный обмен данными.


Передаваемые данные доступны всем абонентам, подключенным к магистрали. Параметры данных задаются таким образом, чтобы адресат (получатель) однозначно идентифицировал их.

Преимущества топологии "шина":

  • высокая надежность при выходе из строя абонента – это не сказывается на работоспособности сети в целом;
  • относительная дешевизна и простота настройки.
<з>Основные недостатки:
  • низкая надежность – выход из строя магистрального кабеля приводит к неработоспособности всего сегмента сети;
  • малая масштабируемость – существенно затруднена процедура увеличение количества новых абонентов, так как в этом случае необходимо производить замену ранее проложенной магистрали с учетом новых устройств;
  • ограничения по пропускной способности – с увеличением количества абонентов падает пропускная способность сети.

"Кольцо"

В отличие от топологии "шина" структура топологии "кольцо" подразумевает последовательное подключение абонентов, в результате этого информационный поток идет от одного устройства к другому по очереди (схема приведена на рис. 1б). Параметры сообщения содержат маркеры, на основании которых принимающее устройство определяет, является ли оно адресатом. В случае положительного ответа сообщение считается доставленным, а при отрицательном ответе – передается дальше по сети.

Плюсы топологии "кольцо":

  • отсутствие ограничений на суммарную протяженность всей сети – ограничения налагаются на длину сегмента между устройствами;
  • относительно быстрый доступ к информации – при интенсивной загрузке сети время доступа к информации по сравнению с топологией "шина" выше.

Минусы:

  • низкая надежность – зависимость от качества и работоспособности оборудования, участвующего в обмене данными;
  • сложность настройки – поскольку передающее устройство является адресатом, адресантом и ретранслятором одновременно.

"Звезда"

В современных КИТСФЗ наиболее часто встречается топология типа "звезда" (рис. 1в).

Схема подключения по указанной топологии требует наличия коммутирующего устройства, которое обеспечивает адресацию и распределяет информационные потоки между абонентами по отдельным каналам связи.

Развитием топологии типа "звезда" можно назвать топологию "расширенная звезда" – объединение нескольких сетей типа "звезда" в единую структуру.

Преимуществами топологии "звезда" являются:

  • относительно простая масштабируемость – добавление нового оборудование заключается в подключении нового абонентского устройства к коммутирующему;
  • выход из строя абонентского устройства не сказывается на работоспособности сети в целом.

Недостатки:

  • устойчивость сети определяется надежностью коммутирующего устройства;
  • ограничение количества абонентов – характеристики коммутирующего устройства определяют максимальное количество;
  • отсутствие возможности непосредственной передачи данных между абонентами – для связи между двумя абонентами необходима связь с коммутирующим устройством.

"Ячейка"

Особенностью топологии "ячейка" является то, что абонентские устройства в том числе выполняют роль коммутирующих (схема приведена на рис. 1г).

Каждое абонентское устройство соединено четырьмя каналами связи (при самой простой структуре).

Преимуществом является высокая надежность данной структуры – каждая точка обладает как минимум четырьмя каналами связи с другими абонентскими устройствами.

Минусы указанной топологии:

  • специфические требования к оборудованию, которое должно дополнительно обладать коммутационными свойствами;
  • сложность настройки.

Применение сетевых структур в КИТСФЗ

В современных системах безопасности все рассмотренные топологии в своей классической реализации морально устарели и могут иметь применение лишь в крайне ограниченном наборе задач.

Первоначально топологии "кольцо", "шина", "ячейка" служили для подключения и связи между собой абонентских устройств, выполняющих конкретную функцию. Таким образом, целью подключения было решение двух основных задач:

  • обеспечение устройством своего непосредственного функционала при связи с другими приборами (исполнительная функция);
  • организация связи между устройствами средствами самих устройств (коммутационная функция).

В настоящее время коммутационная функция не является частью абонентских приборов и осуществляется специализированным оборудованием. В результате все приводимые топологии могут быть использованы для подключения именно коммутационных систем. При данном подходе многие недостатки, связанные с ограничениями по передаче данных и присущие указанным топологиям, не играют существенной роли, и на передний план выходят преимущества подобного рода подключений.

Пример использования топологий на объекте

Как правило, стандартный состав КИТСФЗ формируется из следующих основных компонентов – систем:

  • управления (СУ);
  • телевизионного наблюдения (СТН);
  • охранной и тревожной сигнализации (СОТС);
  • контроля и управления доступом (СКУД).

Рациональным подходом (рис. 2) является размещение оборудования СТН на периметрах по схеме подключения типа "шина", поскольку основными требованиями при размещении систем на периметре являются:

  • экономия кабельной продукции;
  • надежность работы;
  • возможность дополнительной установки оборудования в процессе эксплуатации при наращивании СТН.


В качестве коммутационного оборудования могут быть применены компактные 4-портовые 10/100 Мбит коммутаторы/медиаконвертеры с возможностью подключения одно-/многомодового оптического кабеля с расширенным температурным диапазоном.

В строениях, размещаемых в зонах, где требуется установка периферийного оборудования (например, из состава систем СКУД), СОТС может быть подключено с помощью топологий "шина" и "кольцо".


Подключение можно организовать по варианту 1 (рис. 3а) или 2 (рис. 3б)

Вариант 1

Концентраторы периферийного оборудования последовательно объединяются в "кольцо" Ethernet, что позволяет обеспечивать сравнительно высокую скорость передачи данных при сохранении требуемых расстояний без увеличения сегмента сети. Периферийное оборудование (датчики, управляющее оборудование и т.д.) при этом через концентраторы подключаются по топологии "шина", концентраторы в данном случае выполняют функцию преобразования (интерфейсов "полевой" сети) и коммутации (в сети Ethernet).

Вариант 2

Непосредственное подключение периферийного оборудования с помощью преобразователей интерфейсов (RS-232/ RS-485/CAN) в Ethernet, что позволит организовывать сеть сразу с применением стандартного сетевого оборудования. В качестве стандартного сетевого оборудования могут быть использованы коммутаторы с 8–12 портами 10/100 Мбит и 2 (и более) портами 1 Гбит (порты 1 Гбит используются для подключения концентраторов в "кольцо").

Целесообразность конкретной топологии

Административные здания и пункты управления обычно оснащаются большим количеством автоматизированных рабочих мест и серверов. В условиях значительной номенклатуры применяемого оборудования необходимо обеспечивать наиболее гибкую структуру сети, которая должна отвечать требованиям разветвленности, масштабируемости, обеспечивать достаточную скорость передачи данных, обладать устойчивостью к неисправностям. Рациональным будет применение сети с топологией "звезда" и "расширенная звезда", в качестве коммутационного оборудования могут быть использованы 20- и более портовые 10/100/1000 Мбит коммутаторы стоечного исполнения, оснащенные не менее чем двумя портами для подключения оптоволоконных кабелей. На схеме (рис. 2) топология "ячейка" может быть применена на уровне связи между зданиями № 1–4. Так реализуется очень надежный канал передачи данных.

Кроме того, указанная топология может быть применена для обеспечения надежного канала связи как между серверами внутри здания, так и между серверами, располагающимися в других зданиях на территории.

Использование топологии "ячейка" для периферийных устройств нецелесообразно вследствие избыточной надежности, большого расхода кабельной продукции и сложности настройки. Для топологии "ячейка" могут быть применены концентраторы, используемые для "кольца" и "шины", в зависимости от сложности структуры сети. Основным параметром в данном случае становится наличие не менее 4 портов (для самой простой структуры).

КИТСФЗ любой степени сложности

Современный уровень развития систем передачи данных приводит к необходимости использовать новые подходы к построению каналов передачи данных, используемых в КИТСФЗ.

Проведенный анализ топологий позволяет сделать следующий вывод: каналы передачи данных в КИТСФЗ могут быть построены на основе устоявшихся сетевых структур (топологий) с учетом, что в современных комплексах узлами сети чаще всего являются не исполнительные устройства, а коммутационное оборудование. Используя комбинации и преимущества указанных сетевых структур, можно построить систему передачи данных КИТСФЗ любой степени сложности.

  1. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и разработка. Учебно-практическое пособие. Москва: Инфра-Инженерия, 2008.
  2. Втюрин В.А. Основы АСУТП: Учебное пособие. Санкт-Петербург, 2006.
ЭЛЕРОН, ФЕДЕРАЛЬНЫЙ
ЦЕНТР НАУКИ И ВЫСОКИХ
ТЕХНОЛОГИЙ, СПЕЦИАЛЬНОЕ
НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ
ОБЪЕДИНЕНИЕ, АО
(АО "ФЦНИВТ "СНПО "ЭЛЕРОН")
115563 Москва,
ул. Генерала Белова, 14
Тел.: (495) 393-9072, (499) 725-0288
Факс: (495) 393-9163, 393-9054
E-mail: info@eleron.ru, sstc@eleron.ru
www.eleron.ru

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2016
Посещений: 22073


  Автор
 

Андрей Приблуда

Начальник отдела АО "ФЦНИВТ "СНПО "Элерон"

Всего статей:  1

В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций