Разработка функциональной системы мониторинга и контроля состояния среды на объекте информатизации

Основной целью работы было решение проблемы необходимости проведения мониторинга соответствующей инфраструктуры для обеспечения бесперебойной работы информационной системы (ИС) путём реализации и введения в эксплуатацию специализированного программно-аппаратного комплекса. Были проанализированы существующие предложения на рынке, с целью выявления основного функционального набора для последующей реализации его в своем проекте. Дальнейшее расширение возможностей системы можно вести в двух направлениях. Это обеспечение автономности работы и расширение ее новыми аппаратными средствами мониторинга.

Цель - решение проблемы необходимости проведения мониторинга соответствующей инфраструктуры для обеспечения бесперебойной работы информационной системы (ИС) путём реализации и введения в эксплуатацию специализированного программно-аппаратного комплекса. Задачи: провести сравнительный анализ схожих систем мониторинга и контроля состояния окружающей среды; сформировать требования к создаваемому программно-аппаратному комплексу и спроектировать его структуру; выбрать удовлетворяющие требованиям платформу и датчики для системы; разработать программную часть проекта и произвести тестирование всей системы.

 Для исключения ситуации (повышенная влажность, загазованность, затопление помещения и т.д.), когда объект наблюдения находится на грани выхода из строя под воздействием внешней среды или из-за неполадки его составной части, а центр управления не имеет возможности оперативно отреагировать по причине отсутствия сведений о происходящем, необходимо обеспечить постоянное поступление данных о состоянии объекта. Эту проблему решает автоматизированная система управления и сбора данных, которая обеспечивает оперативность сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. При этом представленные на общедоступном рынке решения поставляются по кажущимся нам неоправданно высокими ценам.

Для проведения научного исследования, основной частью которого был процесс создания программно-аппартаного комплекса, были использованы общепринятые методы проектирования и документирования. В том числе подразбиение глобальной задачи на подзадачи, визуализация и документирование выдвигаемых к работе функциональных требований, а так же архитектурных решений. Процесс проектирования структуры заключается в представлении cистемы на понижающихся уровнях абстракции. В качестве используемого набора стандартов для обмена информацией выбраны Ethernet и IP.

В соответвии c выявленными функциональными требованиями были разработаны: функциональная модель, диаграмма вариантов использования, был проведен сравнительный анализ среди схожих систем мониторинга. 

В качестве базовой проверки созданного комплекса были проведены практические испытания, заключавшиеся в продолжительном пребывании системы в состоянии штатного функционирования. В этом состоянии происходило регулярное считывание показаний датчиков и обновление полученных данных на сервере, доступном в сети Интернет. Для проведения эмпирического анализа работоспособности созданной системы был составлен набор из датчиков, позволяющих собирать типично необходимую информацию. 

Инновации в традиционных SCADA зашли в тупик по трем основным причинам: ПО является слишком специфичным и узкоспециализированным, сложность внедрения повышает порог вхождения, существующая модель лицензирования предполагает рост цены c ростом числа клиентов.Из технологических недочётов наиболее существенным представляется использование закрытых, одному производителю понятных протоколов, и в статье подчёркивается доступная всем альтернатива — открыто стандартизируемый протокол HTTP. Процесс реализации системы в программном коде не входит в рамки данной статьи. Полученный в итоге конструирования программно-аппаратный комплекс был провелён через череду испытаний и получил хорошую оценку качества его работы.

Для разработки нашей системы использовалась архитектура "клиент-сервер", ключевая особенность данной архитектуры — то, что вычисление и обработка данных происходит на стороне сервера, что позволяет “сэкономить” на производственных мощностях клиентов. В качестве клиентского приложения используется, как правило, браузер. Посредством его клиент отправляет и принимает данные.
На стороне сервера Веб-приложение выполняется специальным программным обеспечением (Веб-сервером), который и принимает запросы клиентов, обрабатывает их, формирует ответ. Для аренды сервера был выбран хостинг от IPHOSTER LTD. Показания датчиков передаются на наш сервер и в случае обращения отображаются на клиентском устройстве в виде графиков c текущими показаниями температуры, влажности, концентрации определенных типов газов в воздухе, освещенности, наличия затопления и движения. 
В процессе обработки запроса пользователя Веб-приложение компонует ответ на основе исполнения программного кода, работающего на стороне сервера. 

К операциям, выполняемым нашим Веб-приложением, относятся:
прием данных от системы мониторинга и сохранение их на сервере;
выполнение извлечения данных из базы данных (далее — БД) по запросу пользователя;
аутентифицирование пользователя и отображение интерфейса системы, соответствующего данному пользователю;
отображение постоянно изменяющейся оперативной информации и т. д. Веб-архитектура предлагает преимущества при её использовании. Серверная часть системы с этой архитектурой достаточно нетребовательна к производительности, и требуется лишь реализация её основы и внедрение подобного представления в готовый проект, что включает переформирование представления информации для укладывания её в HTML-разметку, представляющую удобный интерфейс. 

Arduino Uno. Общие сведения. [Электронный ресурс] URL: http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno
Датчик движения (PIR Motion sensor) HC-SR501. [Электронный ресурс] URL: http://digitalchip.ru/datchik-dvizheniya-pir-motion-sensor-hc-sr501
Датчики. Датчик температуры и влажности DHT22. [Электронный ресурс] URL: http://mk90.ru/store/ru/sensors/379-dht22.html
Чип и Дип. Приборы и электронные компоненты. Главная. Средства разработки, конструкторы, модели. Arduino совместимые платы и робототехника. Датчики. MQ-135 Gas Sensor, Датчик газа для Arduino проеков, чувствителен к бензолу, спирту, дыму. [Электронный ресурс] URL: http://www.chipdip.ru/product/mq-135-gas-sensor/
Главная. Arduino для начинающих. Ethernet Shield и Arduino – основы. [Электронный ресурс] URL: http://arduino-diy.com/arduino-ethernet-shield-osnovi

The main aim of the work was to solve the need for appropriate infrastructure monitoring to ensure uninterrupted operationing of information systems (IS) through the implementation and commissioning of specialized hardware and software. We analyzed the existing demand in the market, in order to identify the basic feature set for the subsequent implementation of it in our project. Further expansion of the capabilities of the system can be carried out in two directions. This is to ensure the autonomy of the work and the expansion of the set of it's hardware monitoring tools.