Разработка фрагмента специального математического и программного обеспечения передачи данных на основе протокола TCP/IP

МИХАЙЛОВСКАЯ ВОЕННАЯ АРТИЛЛЕРИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

(дипломный проект) Пояснительная записка Тема Разработка фрагмента специального математического и программного обеспечения передачи данных на основе протокола TCP/IP

Руководитель ВКР

преподаватель, подполковник Бондаренко С. О Выпускник сержант Куклин Р.В.

Санкт-Петербург 2010 г.

1. Целевая установка:

На основе сообщений, циркулирующих в артиллерийском дивизионе при выполнении огневых задач, современных технологий построения распределенных приложений разработать фрагмент СМПО передачи данных на основе протокола TCP/IP.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Анализ задач, решаемых в артиллерийском дивизионе и возможностей КСАУ по их решению.

2.2. Анализ способов адресации сообщений в контуре управления артиллерийского дивизиона.

2.3. Разработка математической модели передачи данных.

2.4. Разработка фрагмента СМПО передачи данных на основе протокола TCP/IP.

2.5. Порядок работы с разработанным фрагментом СМПО при выполнении огневых задач.

3. Исходные данные:

4. Какие документы разработать:

4.1. Пояснительную записку на 50−70 стр.

4.2. Листинг фрагмента программы передачи сообщений на основе протокола TCP/IP.

5. Перечень необходимых экспериментальных работ:

Передача сообщения на выполнение огневой задачи с автоматизированного рабочего места командира дивизиона на автоматизированные рабочие места должностных лиц дивизиона.

6. Какой вопрос рассмотреть на тактическом примере:

Постановка задачи огневым подразделениям на открытие огня по отдельной цели.

7. Общий объем и требования к оформлению отчетных документов:

Пояснительная записка должна иметь объем 50−70 листов и оформлена в соответствии с требованиями государственных стандартов.

8. Перечень литературы:

8.1. Правила стрельбы и управления огнем артиллерии (ПСиУО-96). — М.: Военное издательство, 2001. — 264 с.

8.2. Фленов М. Е. Библия Delphi. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 880 с.

9. Сроки представления дипломной работы:

руководителю — «19 «мая 2010 г.

начальнику кафедры — «21 «мая 2010 г.

рецензенту — «24 «мая 2010 г.

Руководитель: КТН, подполковник ______________ С. Бондаренко

" 27 «ноября 2009 г.

Задание принял к выполнению: сержант ___________ Р. Куклин

«___» ноября 2009 г.

Перечень сокращений и условных обозначений

АДН — артиллерийский дивизион

АПД — аппаратура передачи данных

АРМ — автоматизированное рабочее место

БЭВМ — бортовая электронно-вычислительная машина

ВВТ — вооружение и военная техника

ВЗР — взвод звуковой разведки

БД — боевые действия

БНП — боковой наблюдательный пункт

ДЛ — должностные лица

ИВК — информационно-вычислительный комплекс

КАУО — комплекс автоматизированного управления огнем

КМУ — командирская машина управления

КНМ — командно-наблюдательная машина

КНП — командно-наблюдательный пункт

КО — командир орудия

КСАУ — комплексы средств автоматизации управления

КШМ — командно-штабная машина

ОЗ — огневая задача

ОУ — органы управления

ОПП — огневое поражение противника

ПУОД — пункт управления огнем дивизиона

ПНП — передовой наблюдательный пункт

РЛС — радиолокационная станция

СМПО — специальное математическое и программное обеспечение

СО — старший офицер батареи

СОД — система обмена данными

СОИ — средства отображения информации

В настоящее время автоматизированные системы управления активно развиваются. Происходит централизация управления, увеличение объемов перерабатываемой информации, сокращение времени обработки данных, совершенствование методов решения задач, улучшение принципов функционирования автоматизированных систем управления в различных режимах работы, замена устаревшей техники новой, более совершенной и перспективной. Все больше усложняется программно-математический аппарат КСАУ артиллерийского дивизиона, появляется возможность решения все большего объема задач.

Основу управления войсками составляет принятие обоснованного решения и его своевременное доведение до исполнителей. В ходе всего комплекса задач, выполняемых при этом, происходит интенсивный обмен информацией.

Поэтому целью данной работы является разработка (внедрение) более эффективного способа адресации в контуре управления артиллерийского дивизиона, который позволит ускорить и облегчить процесс передачи сообщений между должностными лицами и подразделениями в целом, использующими комплексы средств автоматизированного управления, а также поддерживать высокую надежность доставки сообщений адресату в сложных условиях современного боя.

Основное внимание в работе будет сосредоточенно на рассмотрении следующих вопросов:

— анализ информационных процессов в цикле управления артиллерийского дивизиона с применением комплексов средств автоматизированного управления;

— анализ способов адресации сообщений в контуре управления артиллерийского дивизиона;

— разработка фрагмента СМПО передачи данных на основе протокола TCP/IP;

— выработка практических рекомендаций по применению разработанного фрагмента СМПО.

Актуальность темы

работы обусловлена перевооружением РВиА и сухопутных войск в целом на более современные комплексы средств автоматизации управления войсками и оружием, оснащенные более совершенной элементной базой требующей совершенствования и оптимизации программного обеспечения. Следовательно, требуется пересмотр (выработка новых) алгоритмов функционирования программных средств, в том числе протоколов представления и передачи данных.

1. Анализ задач, решаемых в артиллерийском дивизионе и возможностей ксау по их решению

1.1 Задачи, решаемые в артиллерийском дивизионе. Управление боевыми действиями артиллерийского дивизиона

Для того чтобы понять, насколько внедрение комплексов средств автоматизированного управления повышает эффективность выполнения решаемых в артиллерийском дивизионе задач, устойчивость, непрерывность, оперативность и скрытность управления, рассмотрим состав этих задач и принципы организации управления артиллерийским дивизионом.

Артиллерийский дивизион в наступлении привлекается к артиллерийской подготовке атаки, артиллерийской поддержке атаки и артиллерийскому сопровождению наступающих войск в глубине обороны противника.

Артиллерийская подготовка атаки непосредственно предшествует атаке мотострелковых (танковых) частей и проводится на глубину обороны частей первого эшелона противника, а по наиболее важным целям — на глубину досягаемости огня для их уничтожения и подавления.

Артиллерийская поддержка атаки начинается с момента движения подразделений первого эшелона с рубежа перехода в атаку и продолжается непрерывно до овладения районами обороны батальонов первого эшелона противника. В это время артиллерия поражает вновь обнаруженные средства ядерного нападения, артиллерию, противотанковые средства, пункты управления. Продолжается подавление опорных пунктов перед фронтом и на флангах атакующих подразделений, воспрещается маневр противника.

В обороне артиллерийский дивизион:

— поражает средства ядерного нападения противника, его артиллерию, зенитные, радиоэлектронные средства и пункты управления;

— воспрещает подход противника и развертывание его подразделений для наступления;

— поддерживает передовой отряд в полосе обеспечения и подразделения, обороняющие передовую позицию и позицию боевого охранения;

— участвует в контрподготовке;

— прикрывает огнем промежутки между подразделениями, открытые фланги и бреши, образовавшиеся в результате ядерных ударов противника;

— отражает атаки танков и пехоты противника;

— препятствует дальнейшему распространению противника, вклинившегося в оборону, и подходу его резервов;

— поддерживает контратаки вторых эшелонов и резервов;

— ведет борьбу с воздушными десантами противника;

— освещает местность и цели ночью;

— ведет борьбу с осветительными средствами противника.

Артиллерийские дивизионы могут привлекаться к участию в контрподготовке. В этом случае они выполняют огневые задачи по плану артиллерийского штаба или начальника артиллерии мотострелкового полка.

Управление боевыми действиями артиллерийского дивизиона слагается из управления подразделениями артиллерийской разведки; управления огнем и маневром огневых подразделений; управления подразделениями обеспечения.

В целом управление боевыми действиями артиллерийского дивизиона включает следующие основные мероприятия: поддержание в каждый момент времени боя постоянной боевой готовности дивизиона и высокого морально-психологического состояния личного состава; добывание, изучение и анализ данных о противнике и своих войсках, влияющих на боевые действия дивизиона; своевременное принятие решения и быстрое доведение задач до подчиненных; организацию непрерывного управления артиллерийской разведкой, огнем, маневром и всестороннее обеспечение подразделений дивизиона; организацию и поддержание непрерывного взаимодействия с общевойсковой частью (подразделением), которой дивизион (батарея) придан или которую поддерживает; осуществление постоянного контроля за выполнением подразделениями дивизиона поставленных задач и оказание им помощи; организацию надежной системы связи.

Основные требования к управлению — его устойчивость, непрерывность, оперативность и скрытность.

Устойчивость — способность элементов системы управления выполнять свои функции в сложной, резко меняющейся обстановке при воздействии противника на них всеми видами средств поражения, сохраняя при этом способность к функционированию по предназначению, а при необходимости и восстанавливать управление войсками в случае его нарушения.

Непрерывность — способность элементов системы управления обеспечить своевременное доведение до подчиненных войск распорядительной информации и получения от них информации об обстановке.

Оперативность управления обеспечивается постоянным знанием обстановки, быстрым реагированием на ее изменение, выработкой решения и доведением задач до подразделений в минимально короткое время.

Скрытность — способность элементов системы управления выполнять свои функции тайно от противника, с защитой от вскрытия структуры управления, перехвата и вскрытия содержания информации.

Степень выполнения всех указанных требований значительно повышается при использовании комплексов средств автоматизированного управления.

Командир дивизиона (батареи) управляет боевыми действиями подразделений с КНП или НП лично и через штаб (а командир батареи — только лично) путем отдачи устных боевых приказов, распоряжений и подачей команд. Основная задача штаба — планирование под руководством командира дивизиона боевых действий подразделений, сбор информации о противнике, положении и состоянии своих подразделений, о ходе выполнения поставленных задач, осуществление контроля.

Если дивизион является приданным или поддерживающим, то командно-наблюдательный пункт его командира развертывается вместе с командным пунктом общевойскового командира.

Рисунок 1.1- Схема управления разведкой, огнем и маневром артиллерийского дивизиона

1.2 Возможности КСАУ по решению задач в артиллерийском дивизионе, состав типового комплекса

Внедрение средств автоматизации оказывает существенное влияние на эффективность боевого применения артиллерии. В значительной степени это связано с повышением оперативности работы соответствующих органов управления. Следовательно, правильная организация передачи данных в условиях автоматизации приобретает особое значение. По существу, повышение эффективности управления есть результат использования современной вычислительной техники и средств связи в процессе выполнения функций управления при соответствующей организации работы штаба.

К тому же внедрение средств автоматизации способствует освобождению должностных лиц органов управления от значительной части механической работы, выполнения всевозможных технических операций. Это позволяет сосредоточивать их усилия на решении задач, требующих использования творческих способностей человека. Следует отметить также, что применение комплексов средств автоматизированного управления (КСАУ) ведет к углублению разделения управленческого труда в процессах управления, способствует более четкому ритму выполнения отдельных операций, сокращает непроизводительные потери времени.

Каждое звено управления при наличии КСАУ оснащается определенными техническими средствами. В целях обеспечения мобильности и оперативности управления личный состав органа управления размещают на специально создаваемой транспортной базе. Это специализированные машины управления, которые имеют рабочие места, оборудованные всеми необходимыми для нормальной деятельности соответствующего должностного лица техническими устройствами.

При конструировании машин управления распределение рабочих мест и их количества производят в строгом соответствии с составом групп управления и их функциональными обязанностями. При этом предусматривается такое размещение технических средств управления, чтобы достигалось удобство пользования ими соответствующими должностными лицами. Так, учитывая специфику работы начальника разведки дивизиона (наблюдение за полем боя, прием и анализ разведывательной информации), предусматривают возможность удобного ввода информации в электронно-вычислительную машину (ЭВМ) и вывода ее из ЭВМ с его рабочего места. Рядом с рабочим местом командира дивизиона располагается экран отображения результатов решения задач на ЭВМ.

Весь комплекс средств автоматизации каждого звена управления включает размещаемые в машинах управления и в других специальных машинах:

ЭВМ с устройствами ввода и вывода информации;

аппаратуру передачи данных;

средства связи;

вспомогательное оборудование.

Кроме того, имеющиеся в комплексе средства связи должны обеспечивать поддержание непрерывной радиосвязи со старшим артиллерийским начальником (штабом), с подчиненными подразделениями и с командирами (штабами) общевойсковых частей и подразделений.

Для примера рассмотрим состав КСАУ «Машина-М», который разработан для управления самоходным артиллерийским дивизионом на основе орудий 2С3, 2С3М, 2С3М1.

Командирские машины управления командира дивизиона и командира батареи 1В15-М (рисунок 1.2) и 1В14-М соответственно представляют собой, как правило, подвижные командно-наблюдательные пункты. Они предназначаются одновременно как для ведения разведки, так и для управления огнем.

Рисунок 1.2 — Машина управления командира дивизиона 1В15-М

Командно-штабная машина дивизиона 1В16-М (рисунок 1.3) предназначена для сбора и анализа разведывательных данных о противнике, определения установок для стрельбы, а также управления огнем дивизиона во взаимодействии с другими машинами комплекса.

Рисунок 1.3 — Командно-штабная машина дивизиона 1В16-М

Командирская машина старшего офицера батареи 1В13-М (рисунок 1.4) служит для управления огневыми взводами.

Рисунок 1.4 — Командирская машина старшего офицера батареи 1В13 М

Управление дивизионом (батареей) осуществляется либо непосредственно с командирской машины, либо с пункта, развернутого вне её. Перемещение машины осуществляется одновременно с перемещением командно-наблюдательного пункта общевойскового подразделения.

Командно-штабная машина дивизиона располагается, как правило, в районе огневой позиции одной из батарей. Командирская машина старшего офицера батареи размещается на огневой позиции таким образом, чтобы обеспечивалось удобство управления огневыми взводами.

Управление артиллерийским дивизионом осуществляется путем обмена информацией между машинами КСАУ в виде формализованных и неформализованных сообщений. Поэтому для разработки фрагмента СМПО передачи данных необходимо рассмотреть порядок обмена информацией и способы адресации сообщений в контуре управления артиллерийского дивизиона.

2. АНАЛИЗ СПОСОБОВ АДРЕСАЦИИ СООБЩЕНИЙ В КОНТУРЕ УПРАВЛЕНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ДИВИЗИОНА

2.1 Адресации по принципу зонной нумерации абонентов

Обмен информацией между комплексами средств передачи данных (КСПД) Т-235 установленных в КШМ и СМ КСА РВиА, осуществляется передачей сообщений из кодограмм (КГ).

Кодограмма — это оформленное определенным образом законченное смысловое предложение или несколько предложений, состоящих из набора информационных фраз. Сообщение может состоять из одной или нескольких КГ.

Для первичного кодирования информации используется код КОИ-7. Все сообщения унифицированы и имеют стандартную структуру. Любое сообщение состоит из заголовка и информационной части, формируемых должностными лицами либо с АРМ, либо с пульта управления ПБ008. Кроме того, при подготовке и в процессе передачи сообщений КСПД автоматически формируется связная и концевая части. Таким образом, в общем случае структуру сообщений можно представить в следующем виде (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 — общая структура сообщения Связная часть предназначена для вхождения в связь между абонентами, обеспечения тактовой и цикловой синхронизации приемной и передающей сторон, а также для настройки приемной АПД на прием сообщения заданной длинны.

Связная часть включает:

Вызывной сигнал;

Посылки тактовой синхронизации;

Код цикловой синхронизации;

Признак длинны сообщения.

Заголовок содержит данные сообщения, приоритет его обслуживания, адресную информацию и данные о видах засекречивания.

Информационная часть — это смысловая часть сообщения в текстовом или цифровом виде, содержащая данные по управлению частями и подразделениями.

Концевая часть предназначена для дополнения сообщений до стандартной длинны и обеспечения имитостойкости при передаче по каналу связи. Кодируется символом КП (конец передачи).

В КСПД Т-235 реализован сеансовый метод связи, т. е. двухсторонняя поочередная передача, приоритетное обслуживание для обеспечения порядка обработки в зависимости от важности сообщения. Сообщения передаются по методу коммутации пакетов. При этом сообщение разбивается на кодограммы (пакеты), которые передаются последовательно способом виртуального канала, т. е. предоставление сквозного логического тракта. По сквозному логическому тракту передаются все кодограммы сообщения, причем маршрут передачи отыскивается только для первой кодограммы.

В АПД применяется детерминированная маршрутизация с элементами адаптации. Это позволяет выбирать маршрут в соответствии с адресными признаками, указанными в заголовке сообщения и таблицей маршрутов, записанной и хранимой в РПЗУ АБ018. В таблице каждому адресу ставится позывной и номер канала. Таким образом, в пунктах ретрансляции позывной в заголовке сообщения может меняться в зависимости от содержания ТМ в этих пунктах.

Реализованный в АПД алгоритм выбора маршрутов обеспечивает:

1. выбор наиболее предпочтительных маршрутов передачи сообщений в порядке их записи в строках ТМ;

2. анализ возможности передачи сообщения по параллельным маршрутам;

3. постановку сообщения в очередь на передачу в канал связи (при равнозначных маршрутах выбирается КС, которому соответствует наименьшая длинна очереди);

4. передачу сообщений по выбранному маршруту;

5. при неудачной попытке передачи сообщения по выбранному маршруту — повторение процедуры выбора следующего возможного маршрута передачи.

При параллельных маршрутах передача одного и того же сообщения производится по указанным параллельным каналам связи.

В случае многоадресного сообщения алгоритм анализа заголовка предусматривает:

последовательный анализ от 1 до 10 адресов абонентов — получателей;

выбор маршрута передачи для каждого адреса;

поиск совпадающих маршрутов для передачи сообщения двум и более адресатам;

формирование заголовков сообщений отдельно для каждого маршрута с указанием в них перечня адресов абонентов-получателей, маршруты, передачи которых совпадают.

При передаче циркулярных сообщений, предназначенных абонентов радиосетей или многоточечных проводных линий связи, формируется циркулярный позывной (символ «+» на позиции «ППрм»), который указывает на необходимость приема сообщений абонентами сети и отсутствие режима квитирования этих сообщений.

При передаче циркулярных «по списку» сообщений формируется циркулярный позывной «списка» (буква «М» на позиции «ППрм»), который указывает на необходимость приема сообщений абонентами сети, включенными в список, и отсутствие квитирования.

Организовать передачу циркулярных и циркулярных по «списку» сообщений может любой абонент СОД. Для этого он должен набрать «обобщенный циркулярный адрес» или «обобщенный адрес списка» требуемой сети в заголовке сообщения. При этом циркулярные по «списку» сообщения передаются в СОД как обычно в плоть до адресной сети.

Обмен информацией между абонентами осуществляется:

рабочими информационными сообщениями, предназначенного для информационного обмена между абонентами системы обмена данными;

транзитными сообщениями;

квитанциями, формируемыми АПД по результатам передачи сообщений;

контрольными сообщениями;

тестовыми сообщениями;

сообщениями, содержащими адресную информацию;

запросами о возможности передачи сообщений;

ответами о возможностях передачи;

директивами;

сообщениями о состоянии комплектов;

фазирующими сообщениями;

регистрационными сообщениями.

Структуру рабочего сообщения, вводимого с АРМ КШМ или пульта управления ПБ008, можно представить в виде (рисунок 2.2):

ЗАГОЛОВОК Информационная часть

26 знаков

<484

Рисунок 2.2 — структура сообщения Итак, видно, что сообщение состоит из заголовка и текстовой части. Объем его не должен быть более 484 знаков для узловых, 485 для абонентских (возимых) комплектов, 81 знак при обмене с носимыми комплектами.

Рассмотрим назначение элементов (позиций) заголовка и способы представления их при помощи символов кода КОИ-7.

Ф — признак формата. Позиция Ф кодируются знаками:

А — для односторонних сообщений с использованием абонентского (индивид.) засекречивания Я — при передаче одноадресного сообщения с использованием только сетевого засекречивания.

У — при передаче многоадресных сообщений.

И и Ы — при передаче сообщений абонентами СОД СЗУ с абонентами или только сетевым засекречиванием;

Р — при передаче вызывных сообщений для организации телефонных переговоров и др.

НКО — номер ключа отправителя. На этой позиции применяются знаки СМ-9, U, К, Л, М, Н, при помощи которых нумеруются зоны памяти хранящихся ключей в СПС для абонентского засекречивания.

При сетевом засекречивании (при отсутствии абонентского засекречивания) на этой позиции используется символ «пробел». При транзите сообщений через ООД на позиции НКО записывается символ Т.

КаС — категория срочности сообщения. На позиции используются знаки 1,2,3,4 при передаче сообщений 1,2,3,4 категории срочности соответственно.

ВС — вид сообщения. На этой позиции применяются знаки:

Я или 1 — при передаче информационных (рабочих) сообщений с использованием абонентского или только сетевого засекречивания;

2- при передаче сообщений по параллельным каналам;

Т — для тестовых сообщений;

Е — для ответных тестовых;

X — для фазирующих сообщений;

А — для адресных сообщений;

Р — для вызывных циркулярных сообщений.

УНП (УНО) — условные номера (адреса) получателя и отправителя соответственно. В заголовке сообщения может быть до 10 адресов (при передаче от носимого комплекта — до 6-ти адресов).

ВАП (BAO) — внутренние адреса получателя (отправителя). Содержат две позиции Y₁Y₂. Позиция Y₁ используется для обозначения номера аппаратного стыка узлового комплекта. Для вывода на стык № 1 используются знаки 1,3,5,7 и др., соответствующие которым двоичные комбинации содержат 1 на первой позиции. Для вывода на стык № 2 используются знаки 0,2,4,6 и др. При необходимости вывода на табло ПУ ПБ008 используется знак Я.

РЗ — разделитель — кодируется знаком /, указывающий конец ввода последнего адреса получателя заголовка сообщения.

РНС — регистрационный номер сообщения, принимает значения от 0001 до 9999, в АПД не обрабатывается.

НТ — начало текста, кодируется символом «=». Признак НТ означает конец заголовка и может следовать непосредственно за РНС или между РНС и НТ может дополнительно передаваться служебная информация пользователя (СИП). При передаче много пакетных сообщений на позиции СИП указывается номер пакета, образуемого на основе вводимого с АРМ сообщения, которая является фрагментом сообщения пользователя, а также число пакетов в нем.

Максимальный объем текстовой части не превосходит 458 знаков и может быть определен из формулы:

L_max=458-(цl)*8−18 шл где: ц — число адресов в сообщении, ц = 1,2,… 10

ш= 1 — при сетевом и абонентском засекречивании;

ш = 0 — при условии только сетевого засекречивания;

л — число знаков в СИП (служебная инф. польз.).

Введение

с АРМ сообщения в автоматический коммутатор сообщений АКС и СПС дополняется рядом позиций, образуя сетевой пакет. Однако структуру формата мы рассмотрим на следующем занятии. Сейчас же нам необходимо рассмотреть способ адресации для того, чтобы уяснить понятия УНП и ВАЛ, а также УНО И ВАО.

В АПД в основу способа адресации сообщений положены принципы ЗОННОЙ нумерации абонентов (или адресации по рангам).

Каждому i-му абоненту сети обмена данными присваивают уникальный восьмипозиционный адрес ABabX₁⁽ⁱ⁾X₂⁽ⁱ⁾Y₁⁽ⁱ⁾Y₂⁽ⁱ⁾, i =1,. 10, который является составной частью заголовка сообщений (УНО и ВАО, УНО и ВАП).

Иерархическая четырех ступенчатая структура адресации имеет следующий вид (рисунок 2.3)

Рисунок 2.3 — структура адресации Адресация зоны выделяется, как правило, в распоряжение фронтов (округов, групп войск).

Подзоны выделяются для адресов армий, а также для адресов всех элементов СОД на пунктах управления фронта и одновременно для адресов фронтового подчинения.

Локальные сети могут быть выделены для адресатов КП фронта, ЗКП фронта, КП армии, ЗКП армии, СОД и других множеств, численность адресатов в которых не превышает 200.

Позиции «А» и «В» адреса соответствуют номеру зоны (фронта), к которой принадлежит абонент.

Позиция «А» может принимать значения 1, 2, 3, 4. Однако одновременно (т. е. для одной сети) «А» может иметь только два значения: либо 1 и 2, либо 3 и 4.

Позиция «В» может принимать значения от 0 до 9. таким образом, имеется возможность задавать номера 20 зонам (фронтам).

Позиции «а» и «b» могут задаваться цифрами от 0 — 9.

Значение «а» — определяет номер подзоны (армии), к которой относится абонент (до 10 подзон).

Совокупность значений «А» и «b» определяет номер локальной сети в подзоне, т. е. можно задать адреса до 20 локальных сетей в каждой подзоне.

Локальная сеть может включать до 200 адресатов, подзона — до 200*20=4000 локальных сетей, зона до 4000*10=40 000 адресатов, а СПД в целом до 40 000*20=800 000 адресатов.

Локальные сети могут иметь номера:

1) для зон с номерами IB (2В) — 10, 11, …19, 20, 21.

2) для зон с номерами 3(B) 4(B) — 30, 31,. .39, 40, 41.

Все адреса одной зоны имеют адреса с одинаковыми значениями позиций АВ;

одной подзоны — АВа;

и локальной сети — ABab.

Позиции «X₁⁽ⁱ⁾» и «Х₂⁽ⁱ⁾» адреса определяют номер абонента (комплекта АПД) в локальной сети и могут кодироваться цифрами 0−9 и буквами Й, К, Л, М, Н.

Совокупность позиций АВаЬХ1(i)Х1(i) составляют условный шестипозиционный номер i-го абонента сети УНО (УНП).

Позиции «У1(i)» и «У2(i)» задают двухпозиционный внутренний адрес i-го абонента ВАП (ВАО).

При этом «Y1(i)» определяет номер (адрес) АРМ и может принимать следующие значения:

а) !, #, %,), +, -, А, С, У, П, В, R, V, 1, 3, 5, 7, 9, ;, ?, Q, S, V, W, Y, I, Ц, Г, О, У, В, Ы, Ш, Щ в кодах которых первый разряд — двоичная единица определяет вывод сообщения на нечетный стык АКС АБ018 (разъем ШЗ).

б) 0, 2, 4, 6, 8, «ХС, &, (, *, .,, <, >,, В, Д, Ф, Ю, X, Й, Л, Н, Р, П, Т, Ж, Ь, 3, Э, Ч, F, Н, L, N, R, V, Z, J в кодах которых первый разряд определяет вывод сообщения на четный стык (разъем Ш2) АКС АБ018.

К каждому из стыков (разъемов) может подключаться одно АРМ.

в) Я — вывод на табло ПУ ПБ008.

Позиция «Y₂⁽ⁱ⁾» определяет номер зоны, в которой хранится ключ индивидуального засекречивания, может задаваться цифрами 0−9, буквами Й, К, Л, М, Н и символом ?. При отсутствии индивидуального засекречивания «Y₂⁽ⁱ⁾» может задаваться любым другим знаком, кроме = и /. Значение ВАО должно совпадать со значением НКО заголовка сообщения.

Всем абонентам радиосетей и многоточечных проводных линий связи присваивают «обобщенные циркулярные» адреса для передачи циркулярных сообщений.

Группам абонентов радиосетей и многоточечных линий связи присваивают «обобщенные адреса списков» для передачи циркулярных сообщений только абонентами этого списка. За каждым каналом связи АПД закрепляется свой позывной (позывные каналов одного комплекта АПД могут совпадать), являющийся условным номером данного комплекта аппаратуры в конкретной сети.

Для каждого комплекта АПД разрабатывают маршрутно-адресную документацию, которая вводится с пульта управления ПБ008 или АРМ в РПЗУ АКС АБ018.

Для каждого абонента СОД, оснащенного аппаратурой Т-235−3, разрабатывают справочник адресов и позывных, в котором должны содержаться все данные, необходимые для адресации сообщений абонентами СОД, с которыми обменивается данный абонент.

2.2 Описание TCP/IP протокола. Адресация сообщений на основе IP

В настоящее время для передачи данных в компьютерных сетях широкое распространение получил протокол TCP/IP. Проанализируем возможности данного протокола для применения его в перспективных КСАУ рода войск.

TCP/IP — это аббревиатура от Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Протокол Internet). Такая его часть, как IP (Internet Protocol — Протокол Internet), представляет, собой транспортный протокол. TCP, в свою очередь, обеспечивает механизм, посредством которого IP-пакеты получаются и рекомбинируются, это гарантирует, что IP-трафик всегда находится в пригодном состоянии, TCP/IP своими корнями уходит к сети ARPANET, прародительнице современной Internet. Сегодня TCP/IP — это стандартизированный стек протоколов, поддержка которого реализована в большей части современных операционных систем, включая все операционные системы Microsoft, UNIX, Linux, Macintosh, NetWare, OS/2, Open VMS и др. Такая широкая совместимость и возможность взаимодействия разнообразных платформ и являются основными причинами широкой популярности TCP/IP.

Несмотря на то, что TCP/IP чаще всего используется для обеспечения функционирования глобальных сетей (например, на основе Internet), он также замечательно подходит в качестве транспортного протокола локальных сетей, особенно в том случае, если организации стремятся предоставлять сетевые ресурсы локальным пользователям с помощью средств internet. Протокол TCP/IP может быть единственным сетевым протоколом, а может использоваться совместно с другими протоколами, например NetBEUI. Например, вы можете использовать протокол TCP/IP для обеспечения Internet-соединений, а протокол NetBEUI — для предоставления совместного доступа к локальным ресурсам. Основное преимущество этого варианта заключается в том, что протокол NetBEUI не поддерживает маршрутизацию, следовательно, он относительно защищен от несанкционированного доступа из Internet.

Интерфейс между прикладным процессом и протоколом TCP состоит из набора вызовов, которые похожи на вызовы операционной системы, предоставляемые прикладному процессу для управления файлами. Например, в этом случае имеются вызовы для открытия и закрытия соединений, для отправки и получения данных на установленных соединениях. Предполагается также, что протокол TCP сможет асинхронно взаимодействовать с прикладными программами.

Интерфейс между протоколом TCP и протоколами более низкого уровня за дан в значительно меньшей степени, за исключением того, что должен существовать некий механизм, с помощью которого эти два уровня могут асинхронно обмениваться информацией друг с другом. Обычно полагают, что протокол нижнего уровня задает данный интерфейс. Протокол TCP спроектирован так, чтобы работать с весьма разнообразной средой объединенных компьютерных сетей.

Непосредственной главной задачей протокола TCP является обеспечение надежного, безопасного сервиса для логических цепей или соединений между парами процессов.

Любое устройство, использующее для взаимодействия с другими протокол TCP/IP, называется хостом. Сюда относятся компьютеры, принтеры, маршрутизаторы и любые другие устройства, поддерживающие этот протокол. Сейчас каждый день появляется масса новых «интеллектуальных» устройств, поэтому порой создается впечатление, что скоро любая стиральная машина или микроволновая печь смогут выступать в роли хоста, если не в Internet, то, по крайней мере, в домашней сети intranet.

Чтобы позволить на отдельно взятом компьютере многим процессам одновременно использовать коммуникационные возможности уровня TCP, протокол TCP предоставляет на каждом хост-компьютере набор адресов или портов. Вместе с адресами сетей и хост-компьютеров на коммуникационном уровне Internet они образуют сокет (socket — разъем). Каждое соединение уникальным образом идентифицируется парой сокетов. Таким образом, любой сокет может одновременно использоваться во многих соединениях.

Соотнесение портов и процессов осуществляется каждым хост-компьютером самостоятельно. Однако оказывается полезным связывать часто используемые процессы (такие как «logger» или сервис с разделением времени) с фиксированными документированными сокетами. Этот сервис можно впоследствии использовать через известные адреса. Установка и настройка адресов портов для других процессов может включать более динамичные механизмы.

Каждый хост должен обладать уникальным IP-адресом, идентифицирующим его в сети, благодаря чему IP-пакеты данных смогут передаваться как от хоста, так и к нему. Такие пакеты данных — это обычные данные, преобразованные в формат IP для передачи с помощью протокола TCP. Каждый IP-адрес должен быть уникальным. Наличие идентичных адресов у двух или нескольких хостов приведет к конфликтным ситуациям, из-за которых взаимодействие компьютеров будет невозможным. В действительности, Windows 2000 просто останавливает протокол TCP/IP на компьютере, как только обнаруживает конфликт адресов при инициализации TCP/IP.

IP-адреса — это 32-разрядные значения, выраженные с помощью десятичного представления с точками, разделяющими четыре октета адреса, например 192.168.0.221. Каждый IP-адрес содержит две группы информации сетевой адрес и адрес хоста. Определение утих элементов в адресе зависит от его класса.

Существует пять классов IP-адресов: от класса A до класса E. Сети класса A поддерживают максимальное количество адресов хоста, а сети класса A — минимальное. Краткие сведения о трех классах IP-адресов представлены в таблице 2.1. Представление w.x.y.z указывает на часть IP-адреса, определяющую сеть, а также идентификаторы хостов.

Таблица 2.1. Классы IP-адресов

Как видно из таблицы 2.1, пропущен диапазон адресов 127.x.y.z. Этот диапазон зарезервирован для локального компьютера для проверки обратной связи и не может использоваться как действительный сетевой адрес. Адреса от 224 и выше зарезервированы для специальных протоколов, таких как групповое вещание IP, и также не могут «пользоваться в качестве адресов хостов. Кроме того, адреса 0 и 255 используются при широковещании и также не могут быть действительными сетевыми адресами. В качестве адресов, используемых при широковещании, которые не могут быть действительными сетевыми адресами, можно привести 192.168.120.0 и 192.168.120.255.

В каждом классе существует фиксированное количество адресов. Сети класса, А — достаточно крупные сети, в которых может насчитываться до 16 миллионов компьютеров, а сети класса С — небольшие сети, в которых может быть не больше 254 компьютеров. Выбор класса определяется количеством компьютеров-хостов, с которым вам придется иметь дело, а еще тем, будет ли использоваться частная и общедоступная адресация. Для частных сетей зарезервированы следующие диапазоны адресов:

· 10.0.0.1, маска подсети 255.0.0.0

· 169.254.0.0, маска подсети 255.255.0.0

· 172.16.0.0, маска подсети 255.240.0.0

· 192.168.0.0, маска подсети 255.255.0.0

Однако, если вы не подключаете свои компьютерные системы к Internet, для решения к задач вы можете использовать IP-адреса любого класса, за исключением адресов обратной связи. Например, схема адресации класса, А обеспечивает широкий диапазон адресов хостов для сети предприятия. Однако, если вы подключаете сеть к Internet, как минимум несколько адресов должны быть действительными, попадая в диапазоны, перечисленные в табл. 2.1 (за исключением частных сетей).

Если все ваши компьютерные системы подключены к Internet напрямую, а не через proxy-сервёр или другое устройство, отвечающее за трансляцию сетевых адресов NAT (Network Address Translation), каждый хост должен обладать уникальным, действительным общедоступным IP-адресом. Если вы используете трансляцию сетевых адресов, все компьютеры, подключенные к Internet, должны обладать действительным IP-адресом. Компьютеры, размещенные в «частной» области сети, могут обладать адресами из диапазона частых адресов, указанного выше, однако только proxy-сервер и система преобразования сетевых адресов способны преобразовывать общедоступные адреса к частным, и наоборот. Это означает, что при необходимости вы сможете локально справиться с крупной сетью класса А.

На рисунке 2.4 показана сеть, в которой используются частные диапазоны IP-адресов, но при этом доступ к Internet реализован с помощью proxy-сервера или маршрутизатора с общедоступными адресами.

Рисунок 2.4 — пример ЛВС на базе TCP/IP

Каждому компьютеру помимо IP-адреса необходима и маска подсети, Маска подсети, как и IP-адрес, это 32-разрядный параметр, обычно выраженный в виде четырех октетов, разделенных точками. Маска подсети используется для разделения IP-адреса на две части, идентификатор сети и идентификатор хоста, что обеспечивает маршрутизацию трафика к соответствующей сети, а затем — к необходимому хосту. Маски подсети для трех основных классов перечислены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Стандартные маски подсети

В дополнение к маскированию идентификатора хоста от идентификатора сети, маски подсети также могут представлять одну сеть в качестве отдельного сегмента среди нескольких логических сетей. Например, предположим, ваш небольшой отдел получил доступ к Internet от локального поставщика услуг Internet, поставщик использует адресное пространство класса С для обслуживания группы клиентов, к которым относится и ваш отдел, поставщик использует маску подсети 255.255.255.224 для разделения сети на восемь подсетей по 30 хостов в каждой. Диапазоны адресов хостов для каждой подсети приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Примеры подсетей

Передача TCP сегментов осуществляется в виде Internet датаграмм. Заголовок датаграммы в Internet протоколе имеет несколько информационных полей, включая адреса отправляющего и принимающего хосткомпьютеров. Заголовок TCP следует за Internet заголовком и дополняет его информацией, специфической для TCP протокола. Такое деление допускает использование на уровне хост-компьютеров протоколов, иных нежели TCP.

Рисунок 2.5 — Формат заголовка TCP/IP

Отметим, что каждая метка указывает здесь место для соответствующего бита.

Source Port (порт отправителя) 16 бит номер порта отправителя

Destination Port (порт получателя) 16 бит номер порта получателя

Sequence Number (номер очереди) 32 бита Номер очереди для первого октета данных в данном сегменте (за исключением тех случаев, когда присутствует флаг синхронизации SYN). Если же флаг SYN присутствует, то номер очереди является инициализационным (ISN), а номер первого октета данных — ISN+1.

Acknowledgment Number (номер подтверждения) 32 бита Если установлен контрольный бит ACK, то это поле содержит следующий номер очереди, который отправитель данной датаграммы желает получить в обратном направлении. Номера подтверждения посылаются постоянно, как только соединение будет установлено.

Data Offset (смещение данных) 4 бита Количество 32-битных слов в TCP заголовке. Указывает на начало поля данных. TCP заголовок всегда кончается на 32-битной границе слова, даже если он содержит опции.

Reserved 6 бит Это резервное поле, должно быть заполнено нулями.

Control Bits (контрольные биты) 6 бит Биты этого поля слева направоURG: поле срочного указателя задействовано

ACK: поле подтверждения задействовано

PSH: функция проталкивания

RST: перезагрузка данного соединения

SYN: синхронизация номеров очереди

FIN: нет больше данных для передачи

Window (окно) 16 бит Количество октетов данных, начиная с октета, чей номер указан в поле подтверждения. Количество октетов, получения которых ждет отправитель настоящего сегмента.

Checksum (контрольная сумма) 16 бит Поле контрольной суммы — это 16-битное дополнение суммы всех 16- битных слов заголовка и текста. Если сегмент содержит в заголовке и тексте нечетное количество октетов, подлежащих учету в контрольной сумме, последний октет будет дополнен нулями справа с тем, чтобы образовать для предоставления контрольной сумме 16-битное слово. Возникший при таком выравнивании октет не передается вместе с сегментом по сети. Перед вычислением контрольной суммы поле этой суммы заполняется нулями.

Контрольная сумма, помимо всего прочего, учитывает 96 бит псевдозаголовка, который для внутреннего употребления ставится перед TCP заголовком. Этот псевдозаголовок содержит адрес отправителя, адрес получателя, протокол и длину TCP сегмента. Такой подход обеспечивает защиту протокола TCP от ошибшихся в маршруте сегментов. Эту информацию обрабатывает Internet протокол.

Длина TCP сегмента — это длина TCP заголовка и поля данных, измеренная в октетах. Это не является точным указанием количества передаваемых по сети октетов, она не учитывает 12 октетов псевдозаголовка, но тем не менее расчет этого параметра все же производится.

Urgent Pointer (срочный указатель) 16 бит Это поле сообщает текущее значение срочного указателя. Последний является положительной величиной — смещением относительно номера очереди данного сегмента. Срочный указатель сообщает номер очереди для октета, следующего за срочными данными. Это поле интерпретируется только в том случае, когда в сегменте выставлен контрольный бит URG.

Options (опции) длина переменная Опции могут располагаться в конце TCP заголовка, а их длина кратна 8 бит. Все опции учитываются при расчете контрольной суммы.

Опции могут начинаться с любого октета. Они могут иметь два формата:

однооктетный тип опций;

октет типа опции, октет длины опции и октеты данных рассматриваемой опции.

В октете длины опции учитываются октет типа опции, сам октет длины, а также все октеты с данными.

Заметим, что список опций может оказаться короче, чем можно указать в поле Data Offset. Место в заголовке, остающееся за опцией «End-of-Option», должно быть заполнено нулями. Протокол TCP должен быть готов обрабатывать все опции.

Поле данных опции — 16 бит. Если опция присутствует в списке, то она указывает для программы протокола TCP максимальный размер получаемого сегмента, отправившей сегмент с этой опцией. Эту опцию следует посылать лишь при первоначальном запросе на установление соединения (т.е. в сегментах с установленным контрольным битом SYN). Если данная опция не была использована, ограничения на размер отсутствуют.

Padding (выравнивание) длина переменная Выравнивание TCP заголовка осуществляется с тем, чтобы убедиться в том, что TCP заголовок заканчивается, а поле данных сегмента начинается на 32-битной границе. Выравнивание выполняется нулями.

Проанализировав оба способа адресации можно выделить два существенных преимущества адресации с использованием протокола TCP/IP: во-первых компьютерные сети практически не ограничены по количеству абонентов, во-вторых протокол TCP/IP обладает широкой совместимостью с различными платформами, в-третьих практически все существующие компьютерные сети строятся на основе протокола TCP/IP.

3. РАЗРАБОТКА ФРАГМЕНТА СМПО ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛА TCP/IP

3.1 Разработка математической модели передачи сообщений

Проанализировав информационные процессы, протекающие в комплексах средств автоматизации артиллерийского дивизиона, можно сделать вывод о порядке взаимодействия должностных лиц с целью выполнения поставленной цели. Для решения любой задачи по управлению подразделениями, командиры опираются на поступившие сведения, уже имеющийся банк данных и осуществляют взаимодействие между собой с помощью определенных команд, распоряжений, донесений, сообщений и запросов. Наиболее четко этот процесс выражен в программных средствах существующих комплексов автоматизации. Рассмотрим его более подробно.

Для подготовки автоматизированного рабочего места к работе первоначально необходимо сформировать базу данных ЭВМ машины управления. Исходной информацией для формирования базы данных служат сведения о положении, состоянии и обеспеченности подразделений (орудий) дивизиона (батареи), приданных и назначенных для обслуживания стрельбы подразделений артиллерийской разведки, о целях, об огневых задачах, об условиях ведения боевых действий, о положении подразделений своих войск и войск противника. Далее в процессе работы осуществляется оперативная корректировка (уточнение) формуляров базы данных путем передачи формализованных сообщений и непосредственным редактированием формуляров базы данных с помощью клавиатуры.

Далее необходимо подготовить к работе и протестировать подключаемую аппаратуру (аппаратура топопривязки, дальномер, принтер).

В результате получения командиром дивизиона огневой задачи по средствам связи или в виде пришедших соответствующих формуляров по огневым задачам он заполняет соответствующие бланки на основе оценки им выполнения задачи. Для этого он выбирает вид стрельбы, способ определения установок для стрельбы, снаряд, взрыватель. Ставит задачу начальнику разведки на засечку цели, заносит в соответствующий бланк полученные данные. Далее он передается соответствующим должностным лицам (начальник штаба дивизиона, командиры привлекаемых батарей). При получении команды командир батареи и начальник штаба дивизиона заполняют и изменяют соответствующие формуляры на своих рабочих местах, производятся автоматические расчеты, и обмениваются командами, распоряжениями и донесениями между собой и со старшим офицером батареи. В результате проведенной работы происходит доклад по команде о готовности батарей с помощью бланков донесений с дублированием по средствам связи. Командир дивизиона докладывает о готовности старшему командиру и ждет дальнейших указаний на открытие огня или подготовке других огневых задач.

Разрабатываемый фрагмент СМПО должен обеспечить рассмотренные информационные процессы в артиллерийском дивизионе, оснащенном средствами автоматизации. Поэтому необходимо создать базу данных должностных лиц и уяснить необходимый и достаточный набор команд, распоряжений, донесений и запросов для организации полноценного обмена данными между отдельными автоматизированными рабочими местами должностных лиц артиллерийского дивизиона. Пусть S₁, S₂, S₃, S₄ — множества сообщений типа «команда», «распоряжение», «донесение», «запрос» соответственно. Зададим эти множества:

где; ;; - составные элементы множества, то есть необходимые для управления артиллерийским дивизионом команды, распоряжения, донесения и запросы.

Информационный обмен в этом случае будет включать рассмотренные множества элементов:

(3.1)

где — множество сообщений типа «команда»;

— множество сообщений типа «распоряжение»;

— множество сообщений типа «донесение»;

— множество сообщений типа «запрос».

Обозначим Z как множество выполняемых задач.

(3.2)

где — элементы множества Z, представляющие собой отдельные задачи, выполняемые артиллерийским дивизионом с помощью КСАУ.

Сформируем матрицу смежности имеющихся сообщений, циркулирующих в контуре управления дивизиона:

Таблица 3.1 — Матрица смежности

Получаем соответствия

, , (3.3)

где — график соответствия, представленный вышеуказанной матрицей .

Формируются подмножества сообщений, , необходимых для решения задачи .

; (3.4)

. (3.5)

Определяется отношение предшествования на множестве :

. (3.6)

Имитируется хронологическая последовательность сообщений для задачи :

. (3.7)

В рамках дипломной работы в качестве примера рассмотрим выполнение огневой задачи поражения отдельной цели. Разберем более подробно полученные зависимости информационного обмена между должностными лицами артиллерийского дивизиона применительно к этой задаче.

Для формирования базы данных в данном случае необходимы следующие формуляры:

1. Машина командира дивизиона:

— положение машины управления,

— общие данные о дивизионе,

— данные о гребнях укрытия,

— л/с и дозы облучения,

— данные о целях.

2. Машина начальника штаба:

— положение машины управления,

— общие данные о дивизионе,

— данные о гребнях укрытия,

— л/с и дозы облучения,

— общие данные о батареях,

— наличие боеприпасов в батареях,

— данные о целях.

3. Машина командира батареи:

— положение машины управления,

— общие данные о батарее,

— наличие боеприпасов в батарее,

— метеоданные,

— данные о целях.

4. Машина старшего офицера батареи:

— положение машины управления,

— общие данные о батарее,

— наличие боеприпасов в батарее,

— данные об орудиях,

— метеоданные,

— данные о целях.

На основе этих формуляров на отдельных рабочих местах должностных лиц производятся необходимые расчеты для передачи соответствующих огневой задаче команд, донесений, распоряжений и запросов.

Рассматривая тактику действий артиллерийского дивизиона с использованием комплекса средств автоматизации Машина-М определено, что необходимы следующие команды, распоряжения, донесения и запросы.