Проектирование аппаратной части автоматизированной системы мониторинга подключений оптического кросса, страница 3

Затем данные о соединениях передаются на центральное устройство сбора информации, подключенное к станции управления сетью (ПКсистемного администратора), где обрабатываются с помощью специального ПО.1.7 Технологии построения интеллектуальных СКССуществуют несколько способов технологий построения интеллектуальной кабельнойсистемы. Ниже приведены варианты исполнения популярных систем ведущих компаний:1) iPatch (Systimax) — порты коммутационные панелей имеют датчики, срабатывающие при наличии разъема RJ45 в порту панели.2) PatchView (RiT Technologies) - в коммутационный шнур добавляется два или одиндополнительный проводник, а на разъемы — дополнительные контакты.

Этот дополнительный канал связи и используется для отслеживания соединений.3) MIIM (Molex) - использование в качестве дополнительного канала неиспользованнуюполосу пропускания коммутационных шнуров. То есть передает сигналы постоянного токапо проводам коммутационных шнуров между панелями для отслеживания переключений.4) Future-Patch (TKM) - использование RFID меток для идентификации разъема. Каждый порт коммутационной панели имеет небольшую RFID антенну, а на разъеме RJ45 установлена RFID метка.

При подключении RJ45 в порт, антенна считывает его идентификатор.5) Quareo (TE Connectivity) - использование контактной микросхемы идентификациина базе 1-Wire. Такой подход также требует дополнительные контакты на разъеме и портукоммутационной панели.156) Идея, примененная в системе фирмы Ucable, заключается в том, что при передачеEthernet сигнала по UTP кабелю вблизи разъема панели возникает побочное электромагнитное излучение (ПЭМИ).

При этом перключение порта на коммутаторе жестко коррелирует с возникновением ПЭМИ. Если позади коммутационной панели разместить соответствующие датчики и обрабатывать журналы с коммутатора, то можно восстановить картусоединений в стойке между коммутационными панелями и коммутаторами, сопоставляявремя срабатывания датчиков и время установки соединения Ethernet.В условиях быстрого роста потребности в скоростных линиях связи, ВОЛС в настоящее время испытывает стремительный рост.

С ростом ёмкости оптических кроссов возникает проблема учёта, контроля и документирования соединений. Главной идеей настоящего дипломного проекта является применение уже известных и проверенных временем технологий интеллектуальных кабельных систем в относительно новой среде – оптоволоконных сетях, то есть создание системы автоматического слежения и документирования состояний оптических соединений кросса.162 ТЕХНИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВАОговорка: реализация данной системы является полностью оригинальной, и не основывается ни на одной из известных систем.

Однако, большинство применяемых решенийявляются типовыми и рекомендованными производителями оборудования и элементов.Разработка велась в интересах ООО «Компания «ДАТА Центр» и с учётом рекомендацийинженеров компании, как коммерческий продукт.2.1 Структура системы.

Функциональная схемаФункционально, систему можно разделить на несколько устройств (рис 2.1).Рисунок 2.1 - Структурная схема системы мониторингаУстройство мониторинга в заданной последовательности опрашивает все подключенные к ней датчики поблочно, по 8 датчиков. И хранит полученную информацию в своейоперативной памяти. Опрос датчиков происходит с интервалом времени около 500 миллисекунд. Причём, старые данные в устройстве не хранятся, а заменяются по мере поступления новых данных. Оператор, с обычного компьютера, с помощью веб-браузера обращается к устройству, через точку доступа Wi-Fi, и может наблюдать текущее состояние портовкоммутационной панели.

Опрос устройства производится с частотой примерно 2 сек. Всвязи с тем, что коннектор включается в проходной адаптер оптического порта и выключается из него с некоторым усилием, этого времени вполне достаточно, чтобы обнаружить17даже кратковременные отключения коммутационного шнура из оптического порта коммутационной панели.2.2 Выбор элементной базы устройства мониторингаВыбор элементной базы производился по следующим критериям (в порядке приоритета):1) простота реализации опытного образца в неспециализированных условиях;2) цена устройства;3) количество компонентов;4) размер устройства;5) энергопотребление.2.2.1 Считывающее устройство (Датчики).В качестве считывающего устройства для реализации системы были применены распространённые щелевые датчики (фотопрерыватели) ITR9606-F компании EVERLIGHT.Он состоит из ИК-светоидиода и кремниевого фототранзистора NPN, расположенные наодной оптической оси в черном корпусе из термопласта.Особенности модели:- Малое время отклика;- Высокая аналитичность;- Пороговая видимая длина волны λp = 940 нм;- Высокая чувствительность [2].На рис.

2.2 представлен внешний вид используемого щелевого датчика.Рисунок 2.2 - Фотопрерыватель ITR 9606-FОсновные параметры фотопрерывателя представлены в табл. 2.1.18Таблица 2.1 - Параметры ITR 9606-FПараметрыСимволVF1Прямое напряжениеВходныеVF2VF3Обратный токПиковая длинаволныУгол обзораIRЗначенияЕд. ИзУсловияMin.

Typ. Max. мерения1,2 1,6IF = 20 мАIF = 100 мА1,4 1,85tP = 100 мксек.ВtP/T = 0,01IF = 1 А2,6 4,0tP = 100 мксек.tP/T = 0,0110мкА VR = 5 ВλP-940-нмθ-60-град.Теневой токICEO--100нАНапряжениенасыщенияколлекторэмиттерногопереходаVCE sat--0,4ВТок коллектораIC0,5-10мАПередаточныеВремя нарастахарактеристикинияВремя спадаtr-15-мксек.tf-15-мксек.ВыходныеIF = 20 мАIF = 20 мАVCE = 20 ВEe = 0 мВт/см2IC = 2 мАEe = 1 мВт/см2VCE = 5 ВIF = 20 мАVCE = 5 ВIC = 1 мАRL = 1 кОмДля применения в нашей системе, данный датчик не пригоден из-за своих габаритов.Поэтому, в системе использовались только его активные элементы: светодиод и фототранзистор, извлечённые из корпуса описанного датчика. Оснащение датчиками оптическихпроходных адаптеров рассмотрен в пункте 6 настоящего раздела. На стадии проработкирешения были испытаны также обычные и повсеместно распространённые свето- и фотодиоды, они нормально работают в составе описываемого устройства, но, не могут бытьприменены в связи с большими габаритами.

Приобретение же столь малых изделий, какиенужны для разработки было экономически нецелесообразным. Именно поэтому былопринято решение использовать именно описываемый датчик.192.2.2 Среда передачи информации между устройством мониторинга иАРМ-оператора или серверомНа стадии проработки решения было рассмотрено несколько вариантов взаимодействия устройства с автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора (или сервераслежения): LPR, USB, RS-232, 1-Wire, Ethernet 10/100Base-T, Wi-Fi.1) LPR – линейный порт принтера.Плюсы: технически простая реализация.Минусы:- на новых современных компьютерах и серверах может отсутствовать;- большое количество проводов;- ограниченное количество линий;- плохое масштабирование: при количестве устройств мониторинга более 1 возникаетнеобходимость арбитража шины, что значительно усложнит применение устройства и потребует введение дополнительных модулей (концентраторов-разветвителей).2) USB - универсальная последовательная шина.Плюсы:- большая распространённость;- высокая скорость;- универсальность.Минусы:- сложная реализация, как на стороне микроконтроллера, так и на стороне АРМа;- так же, как и в случае с LPR требуются либо большое количество портов USB наАРМ, либо применение концентраторов-разветвителей.3) RS-232 (СОМ-порт) – асинхронный последовательный интерфейс.Плюсы:- очень распространён, есть практически на любом стационарном компьютере (сервере).

В интерпретации UART (ТТЛ уровней) – есть в практически любом микроконтроллере;- простота интерфейса и как следствие простота его использования;20- малое количество необходимых проводников: в принципе, при обеспечении общего заземления всех элементов можно использовать лишь один провод для подключенияодного устройства.Минусы:- также отсутствие арбитража, как и у LPR, значительно усложняет масштабированиесистемы;- в настоящее время вытесняется из конфигурации ПК, в современных моделях ноутбуков, например, крайне редко можно встретить;- требуется отдельная схема (микросхема) преобразования уровней ТТЛ (со сторонымикроконтроллера) и порта RS-232 ПК.4) 1-wire – однопроводная двунаправленная шина связи.Плюсы:- малое количество проводов;- легко масштабируемое решение: арбитраж шины заложен в протоколе обмена;- общая длина шины и адресация позволяет подключить огромное количество датчиков.Минусы:- единая точка отказа – повреждение одного провода выводит из строя часть системы,замыкание – всей системы;- аппаратно не поддерживается большей частью микроконтроллеров и ПК, Реализацияна микроконтроллере – программная, на ПК – небольшая схема преобразования в RS-232.5) Ethernet 10/100Base-T – протокол локальной вычислительной системы (ЛВС) на основе медной витой пары.Плюсы:- повсеместная распространённость и растущая популярность;- универсальность;- единообразие среды с ПК администратора/оператора или сервера.Минусы:- сложность разработки ПО на стороне микроконтроллера;- сложность схемотехники устройства;21- необходимость дополнительного концентратора-разветвителя (Коммутатора ЛВС)при количестве устройств более 1;- цена реализации.

Рассматривался вариант использования специализированной микросхемы со встроенной поддержкой протокола TCP/IP Wiznet W5500. Цена, которого с необходимой обвязкой достигает 900 руб, что существенно превосходит цену остальныхэлементов устройства.6) Wi-Fi – протокол беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11- Плюсы:- те же что и Ethernet 10/100Base-T;- полное отсутствие проводов для обмена информацией;- благодаря новейшей разработке китайского производителя AI-Thinker, uart-WiFi(адаптера на базе микроконтроллера фирмы Espressif ESP8266), очень простая реализацияи низкая стоимость.Минусы:- потенциальная угроза безопасности: Wi-Fi почти невозможно ограничить пространством;- необходимость использования концентратора-разветвителя (точки доступа).

Но, вданном случае точка доступа может быть вынесена за пределы коммутационной стойки инаходится в любом месте кроссового (серверного) помещения.Обобщённые результаты сравнения интерфейсов (протоколов) приведены в табл. 2.2(Оценка по 6-и бальной системе, где 0 - отсутствует возможность 5 - отлично).Таблица 2.2 - Сравнение интерфейсов (протоколов)Интерфейс (протокол)Простота реализации единичногоустройстваМасштабируемостьНадёжность/отказоустойчивостьЦенаКол-во соединительных проводовв стойке кроссаОбщий (суммарный) показательLPR USB RS-232 1-WireEthernetWi-Fi10/100Base-T15514314412533145351544513545515142218142422Очевидно, что выбор интерфейса, связывающее устройство с АРМ оператора (ПО сервера) для нашего случая пал на Wi-Fi в исполнении адаптера на базе ESP82662.2.3 Ядро системыВ качестве ядра системы рассматривались следующие варианты (табл.