RU2771431C1 - Platform for building control systems, data tranfer and processing in computer networks - Google Patents

Platform for building control systems, data tranfer and processing in computer networks Download PDF

Info

Publication number
RU2771431C1
RU2771431C1 RU2021120326A RU2021120326A RU2771431C1 RU 2771431 C1 RU2771431 C1 RU 2771431C1 RU 2021120326 A RU2021120326 A RU 2021120326A RU 2021120326 A RU2021120326 A RU 2021120326A RU 2771431 C1 RU2771431 C1 RU 2771431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
modules
unit
control system
platform
operator
Prior art date
Application number
RU2021120326A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Глухов
Федор Александрович Маркелов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Кодмастер»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Кодмастер» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Кодмастер»
Priority to RU2021120326A priority Critical patent/RU2771431C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2771431C1 publication Critical patent/RU2771431C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/16Combinations of two or more digital computers each having at least an arithmetic unit, a program unit and a register, e.g. for a simultaneous processing of several programs

Abstract

FIELD: computer technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of computer network technologies, namely to platforms for building control systems, data transmission and processing in computer networks. The expected result is achieved due to the platform, which contains a power supply unit, an interface unit and a basic computing unit built on a microprocessor with ARM architecture and having a microservice environment for the functioning of software modules, including a control system. By means of the control system, the base unit determines whether at least one switching unit is connected and the content of one or more PLDs and one or more ASICs in it, whether a block of computing modules built on an ARM architecture microprocessor is connected to the switching unit, then, if connected, issues a message to the operator about the possibility of their use and then sets the topology by the configuration specified by the operator.
EFFECT: increase in the flexibility of the platform for building control systems, data transfer and processing due to the possibility of changing its configuration and distributing the computing load across the available components.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области компьютерных сетевых технологий, а именно к платформам для построения систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях.The invention relates to the field of computer network technologies, namely to platforms for building control systems, data transmission and processing in computer networks.

Подобные системы снабжены стандартным набором функций:Such systems are equipped with a standard set of functions:

- поддержки существующих и разрабатываемых сетевых протоколов в сервис-ориентированном стеке программного обеспечения,- support of existing and developing network protocols in a service-oriented software stack,

- системы управления непосредственно устройством так и другими, поддерживающими технологию SDN,- control systems directly to the device and others that support SDN technology,

- информационной безопасности – выявления потенциально опасного трафика на основе сигнатурного анализа, машинного обучения и искусственного интеллекта, принятия решения о его блокировке на основе гибкой системы правил,- information security - identifying potentially dangerous traffic based on signature analysis, machine learning and artificial intelligence, making a decision to block it based on a flexible system of rules,

- обработки потока данных на вычислительных ядрах общего и специализированного назначения, программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС, FPGA), на интегральных схемах специального назначения (ASIC) и их комбинаций.- data flow processing on general and specialized computing cores, programmable logic integrated circuits (FPGA, FPGA), on special purpose integrated circuits (ASIC) and their combinations.

Из уровня техники известна платформа для построения систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях (RU 2635896 C1, 16.11.2017), содержащая базовый вычислительный блок, построенный на микропроцессоре с архитектурой ARM, блок питания, блок интерфейсов, по меньшей мере один построенный на микропроцессоре с архитектурой ARM вычислительный модуль и один или более модулей на базе ПЛИС. Для образования многопроцессорной конфигурации используется шина стандарта CompactPCI Serial. A platform for building control systems, data transmission and processing in computer networks (RU 2635896 C1, November 16, 2017) is known from the prior art, containing a basic computing unit built on an ARM architecture microprocessor, a power supply unit, an interface unit, at least one built an ARM microprocessor-based computing module and one or more FPGA-based modules. To form a multiprocessor configuration, the CompactPCI Serial standard bus is used.

Недостатки такой платформы заключаются в ограничении по количеству подключаемых модулей и блоков, отсутствии возможности ее конфигурации в зависимости от количества подключенных блоков и модулей, использовании только CompactPCI Serial для объединения компонентов, наличии сложного способа охлаждения. Данное решение выбрано в качестве прототипа.The disadvantages of such a platform are the limitation on the number of plug-in modules and blocks, the inability to configure it depending on the number of connected blocks and modules, the use of only CompactPCI Serial to combine components, and the presence of a complex cooling method. This solution was chosen as a prototype.

Задачей изобретения является создание платформы для построения систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях, лишенной недостатков прототипа, предоставляющей возможность пользователям изменять структуру и конфигурацию под различные сценарии применения без проектирования и обладающей повышенной надежностью.The objective of the invention is to create a platform for building control systems, data transmission and processing in computer networks, devoid of the disadvantages of the prototype, allowing users to change the structure and configuration for various application scenarios without design and with increased reliability.

Технический результат заключается в повышении гибкости платформы для построения систем управления, передачи и обработки данных за счет возможности изменения ее конфигурации и распределения вычислительной нагрузки по имеющимся компонентам. The technical result consists in increasing the flexibility of the platform for building control systems, data transmission and processing due to the possibility of changing its configuration and distributing the computational load among the existing components.

Указанный результат достигается в платформе для построения систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях, содержащей базовый вычислительный блок, построенный на микропроцессоре с архитектурой ARM, блок питания и блок интерфейсов, за счет того, что базовый блок имеет микросервисную среду функционирования программных модулей, выполняющих сетевые и пользовательские функций, а также функции системы управления. Базовый блок посредством упомянутой системы управления выполнен с возможностью следующего:The specified result is achieved in a platform for building control systems, data transmission and processing in computer networks, containing a basic computing unit built on an ARM architecture microprocessor, a power supply unit and an interface unit, due to the fact that the main unit has a microservice environment for the operation of program modules, performing network and user functions, as well as the functions of the control system. The base unit by means of the mentioned control system is made with the possibility of the following:

определения наличия подключения по меньшей мере одного коммутационного блока и определения содержания в нем одной или нескольких ПЛИС и одной или нескольких ASIC, далее при наличии подключения выдачи сообщения оператору о возможности их применения, затем задания топологии по указанной оператором конфигурации, determining the presence of a connection of at least one switching unit and determining the content of one or more FPGAs and one or more ASICs in it, then, if there is a connection, issuing a message to the operator about the possibility of their use, then setting the topology according to the configuration specified by the operator,

определения наличия подключения к коммутационному блоку блока вычислительных модулей, содержащего установленные на материнской плате коммутационную матрицу и по меньшей мере один построенный на микропроцессоре с архитектурой ARM вычислительный модуль с микросервисной средой функционирования программных модулей, далее при наличии подключения выдачи сообщения оператору о возможности применения модулей, затем задания топологии по указанной оператором конфигурации, а при наличии в подключенном блоке двух вычислительных модулей резервирования на них системы управления.determining whether a block of computing modules is connected to the switching unit, containing a switching matrix installed on the motherboard and at least one computing module built on an ARM architecture microprocessor with a microservice environment for the operation of program modules, then, if there is a connection, issuing a message to the operator about the possibility of using the modules, then setting the topology according to the configuration specified by the operator, and if the connected unit has two computing modules of redundancy on them, the control system.

Предпочтительно, чтобы базовый блок посредством системы управления был выполнен с возможностью осуществления проверки работоспособности программных модулей в микросервисной среде на подключенных вычислительных модулях и базовом блоке, и в случае обнаружения неисправности в работе программных модулей осуществления перезапуска блока или соответствующих одного или нескольких модулей, а если неисправность заключается в работоспособности соответствующих одного или нескольких вычислительных модулей, то выполнения разворачивания работы программных модулей на других одном или нескольких вычислительных модулях и выдачи сообщения оператору о соответствующей неисправности.It is preferable that the base unit by means of the control system is configured to check the health of the software modules in the microservice environment on the connected computing modules and the base unit, and in case of a malfunction in the operation of the software modules, restart the unit or the corresponding one or more modules, and if a malfunction consists in the operability of the corresponding one or more computing modules, then deploying the operation of the program modules on the other one or more computing modules and issuing a message to the operator about the corresponding malfunction.

Дополнительно базовый блок посредством системы управления выполнен с возможностью осуществления проверки работоспособности подключенного по меньшей мере одного коммутационного блока и при обнаружении его неисправности выдачи соответствующего сообщения пользователю.Additionally, the base unit is configured by means of the control system to check the operability of the connected at least one switching unit and, upon detection of its failure, issue a corresponding message to the user.

Базовый блок посредством системы управления преимущественно выполнен с возможностью осуществления проверки работоспособности содержащихся в коммутационном блоке одной или нескольких ПЛИС и/или одной или нескольких ASIC и при обнаружении неисправности выдачи соответствующего сообщения пользователю.The base unit is advantageously configured by means of the control system to carry out a health check of one or more FPGAs and/or one or more ASICs contained in the switching unit and, if a fault is detected, issue a corresponding message to the user.

Как правило, базовый блок посредством системы управления выполнен с возможностью определения подключения к блоку интерфейсов других платформ и в случае наличия подключения формирования единой распределенной системы управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях.As a rule, the base unit by means of the control system is configured to determine the connection to the unit of interfaces of other platforms and, if there is a connection, form a single distributed system for controlling, transmitting and processing data in computer networks.

За счет базового вычислительного блока, способного с помощью системы управления задавать топологию платформы по указанной оператором конфигурации в зависимости от количества подключенных коммутационных блоков и вычислительных модулей, достигается заявленный технический результат. Гибкость в данном случае – это и есть возможность оперативно менять конфигурацию, добавлять или удалять элементы, возможность менять структуру устройства за счет задания топологии без изменения аппаратной части. Due to the base computing unit, which is capable of setting the platform topology according to the configuration specified by the operator, depending on the number of connected switching units and computing modules, using the control system, the claimed technical result is achieved. Flexibility in this case is the ability to quickly change the configuration, add or remove elements, the ability to change the structure of the device by setting the topology without changing the hardware.

Причем дополнительная способность в случае сбоя программного модуля в микросервисной среде выполнять перезапуск компонента, на котором произошел сбой, а в случае отказа одного из компонентов распределять нагрузку по оставшимся, позволяет обеспечить отказоустойчивость платформы.Moreover, the additional ability, in the event of a software module failure in a microservice environment, to restart the component on which the failure occurred, and in the event of a failure of one of the components to distribute the load over the remaining ones, allows to ensure the fault tolerance of the platform.

Предлагаемое изобретение поясняется с помощью фигуры, показывающей блок-схему, на которой позициями показаны следующие элементы:The present invention is illustrated by means of a figure showing a block diagram in which the following elements are indicated by positions:

1 – базовый вычислительный блок;1 - basic computing unit;

2 – блок питания;2 - power supply;

3 – блок интерфейсов и управления платформой;3 – block of interfaces and platform control;

4 – минимально возможная конфигурация платформы класса «Маршрутизатор» (router);4 - the minimum possible configuration of the platform of the class "Router" (router);

5 – коммутационный блок;5 - switching block;

6 – платформа класса «Маршрутизатор» (router) с увеличенной портовой оснащенностью, аппаратными ускорителями на ASIC и ПЛИС.6 - a platform of the "Router" class (router) with increased port equipment, hardware accelerators on ASICs and FPGAs.

7 – коммутационная матрица;7 - switching matrix;

8 – вычислительный модуль;8 - computing module;

9 – блок вычислительный модулей9 - block of computing modules

10 – платформа в расширенном оснащении;10 - platform in advanced equipment;

11 – другие платформы для системы управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях;11 - other platforms for the control system, transmission and processing of data in computer networks;

12 – сеть общего пользования;12 - public network;

13 – кластер из систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях предприятия;13 - a cluster of control systems, data transmission and processing in the enterprise computer networks;

100 – Ethernet каналы от внешних потребителей, например серверы, рабочие станции, системы видеонаблюдения и других, подключаемых к блоку интерфейсов;100 - Ethernet channels from external consumers, such as servers, workstations, video surveillance systems and other interfaces connected to the block;

101 – Ethernet, USB и/или RS-232 канал управления платформой через канал 103 соединен с блоком 1. Применяется там, где используется отдельный изолированный контур управления сетевыми устройствами.101 – Ethernet, USB and/or RS-232 platform control channel through channel 103 connected to unit 1. Used where a separate isolated network device control loop is used.

102 – шины питания различного напряжения и мощности, линии управления блоком питания (логические и PMBus);102 - power buses of various voltages and capacities, power supply control lines (logical and PMBus);

103 – Ethernet, USB и RS-232 каналы от блока 1 к блоку 3 для подключения внешних потребителей по каналам 100, 101, 110, 111;103 - Ethernet, USB and RS-232 channels from block 1 to block 3 for connecting external consumers via channels 100, 101, 110, 111;

105 – PCIe, Ethernet, USB, UART, SPI, I2C, GPIO каналы от блока 1 к одному или нескольким блокам 5 и блоку 9 (при их наличии);105 - PCIe, Ethernet, USB, UART, SPI, I2C, GPIO channels from block 1 to one or more blocks 5 and block 9 (if any);

108 – каналы данных, формируемые коммутационной матрицей по заданной проблемно-ориентированной конфигурации, между блоками 8 и через каналы 105 с блоками 1, 5, и каналы 135 с блоком 3;108 - data channels formed by the switching matrix according to a given problem-oriented configuration, between blocks 8 and through channels 105 with blocks 1, 5, and channels 135 with block 3;

110 – каналы, соединяющие платформы в кластер 13 в пределах действия корпоративной доверенной сети предприятия110 - channels connecting platforms into a cluster 13 within the scope of the corporate trusted network of the enterprise

111 – защищенные криптографическим способом каналы для передачи информации через сети общего пользования, соединяющие платформы в кластер 13;111 - cryptographically protected channels for transmitting information through public networks connecting platforms into cluster 13;

135 – каналы от блока(ов) 5 к блоку 3 для подключения внешних потребителей.135 - channels from block(s) 5 to block 3 for connecting external consumers.

Платформа для построения систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях включает базовый вычислительный блок 1, имеющий необходимый набор оперативной и долговременной энергонезависимой памяти и построенный на микропроцессоре с архитектурой ARM, в частности, на микропроцессоре Baikal BE-M1000, также возможно применение других процессоров с архитектурой ARM, как российского, так и иностранного производства, блок питания 2 заданной мощности и блок интерфейсов 3, к которому осуществляется подключение внешних каналов данных и управления 100, 101, 110, 111. Блок 3 может обеспечивать управление питанием системы, её сброса и отображения информации на световых, цифробуквенных индикаторах или графических экранах.The platform for building control systems, data transmission and processing in computer networks includes a basic computing unit 1, which has the necessary set of operational and long-term non-volatile memory and is built on an ARM microprocessor, in particular, on the Baikal BE-M1000 microprocessor, it is also possible to use other processors with ARM architecture, both Russian and foreign-made, a power supply unit 2 of a given power and an interface unit 3, to which external data and control channels 100, 101, 110, 111 are connected. Unit 3 can provide power management for the system, its reset and displaying information on light, alphanumeric indicators or graphic screens.

Выбор в пользу ARM определен наличием встроенных в процессор большого количества разновидностей высокоскоростных интерфейсов (PCIe, Ethernet, USB, SPI) и существованием специализированных процессоров со специализированными блоками обработки данных и сетевых пакетов.The choice in favor of ARM is determined by the presence of a large number of high-speed interfaces built into the processor (PCIe, Ethernet, USB, SPI) and the existence of specialized processors with specialized data processing units and network packets.

На базовом блоке 1 развернута микросервисная среда функционирования программных модулей, выполняющих сетевые и пользовательские функций. Одним из таких модулей является система управления, которая состоит из:On the base unit 1, a microservice environment for the operation of software modules that perform network and user functions is deployed. One of these modules is the control system, which consists of:

– программного интерфейса приложения (англ. application programming interface, API) через который осуществляется взаимодействие между программными компонентами;– application programming interface (API) through which interaction between software components is carried out;

– планировщика, осуществляющего запуск и контроль состояния контейнеризированного приложения на доступном ресурсе базового блока 1 и/или вычислительных модулей 8, как на конкретной платформе, например, в оснащении 10, так и в кластере 13 платформ;– a scheduler that launches and monitors the state of a containerized application on an available resource of the base unit 1 and/or computing modules 8, both on a specific platform, for example, in equipment 10, and in a cluster 13 of platforms;

– контроллера, осуществляющего мониторинг состояния приложений, запущенных в микросервисной виртуализированный среде, как на конкретной платформе, например, в оснащении 10, так и в кластере 13 платформ;– a controller that monitors the state of applications running in a microservice virtualized environment, both on a specific platform, for example, in equipment 10, and in a cluster 13 of platforms;

– подсистемы хранения конфигурации и данных;– configuration and data storage subsystems;

– интерфейса командной строки (сommand line interface, CLI);– command line interface (CLI);

– графического интерфейса пользователя (graphical user interface, GUI);– graphical user interface (GUI);

– других программных модулей, необходимых для функционирования программных и аппаратных компонентов системы.– other software modules necessary for the functioning of the software and hardware components of the system.

Базовый блок 1 с помощью системы управления обеспечивает первоначальное конфигурирование платформы в любом оснащении 4, 6 или 10 при первом включении, обнаружение изменений в составе аппаратных компонентов и программных блоков с последующим гибким переконфигурированием платформы с учетом новых условий и отображением данного процесса в интерфейсе управления. Так, при появлении новых коммутационных блоков 5 оператор конфигурирует платформу для их использования. При добавлении дополнительных вычислительных модулей 8 в виде дополнительных вычислительных ресурсов, оператор настраивает платформу на их использование. The base unit 1, using the control system, provides the initial configuration of the platform in any equipment 4, 6 or 10 at the first start, detection of changes in the composition of hardware components and software blocks, followed by flexible reconfiguration of the platform, taking into account new conditions and displaying this process in the control interface. So, when new switching units 5 appear, the operator configures the platform for their use. When adding additional computing modules 8 in the form of additional computing resources, the operator configures the platform to use them.

Также система управления поддерживает технологию SDN (software-defined networking), посредством которой возможно конфигурировать коммутационные матрицы основной платформы (например, 10) а также платформ, входящих в кластер 13. Система управления осуществляет задание топологии по указанной оператором конфигурации, а также использует новые ресурсы для повышения надежности платформы или кластера 13 в автоматическом режиме. The control system also supports SDN technology (software-defined networking), through which it is possible to configure switching matrices of the main platform (for example, 10) as well as platforms included in the cluster 13. The control system sets the topology according to the configuration specified by the operator, and also uses new resources to improve the reliability of the platform or cluster 13 in automatic mode.

Кроме того, на базовом блоке 1 функционируют необходимые сетевые сервисы для устройства класса «Маршрутизатор» (router), что достаточно для работоспособности в оснащении 4.In addition, the necessary network services for a device of the “Router” class (router) function on the base unit 1, which is sufficient for operability in equipment 4.

Расширение портовой емкости и функционала платформы (например, в оснащении 6) обеспечивается за счет одного или нескольких коммутационных блоков 5 с необходимым набором сетевых интерфейсов, выведенных через блок 3 каналами 135 для подключения внешних потребителей. На таких блоках 5 размещаются электронные модули в заданной конфигурации: Expansion of port capacity and functionality of the platform (for example, in equipment 6) is provided by one or more switching units 5 with the necessary set of network interfaces, output through block 3 channels 135 to connect external consumers. On such blocks 5 electronic modules are placed in a given configuration:

– коммутационной матрицы российского производства, например, 1923КХ028 (АО «ПКК Миландр») или иностранного производства для обеспечения информационного обмена с внутренними потребителями по каналам 105 или внешними потребителями через блок 3 по каналам 100, 101, 110, 111, а также обеспечения функций информационной безопасности (фильтрация и блокировка трафика), агрегации и зеркалирования;- switching matrix of Russian production, for example, 1923KX028 (JSC "PKK Milandr") or foreign production to ensure information exchange with internal consumers via channels 105 or external consumers through block 3 via channels 100, 101, 110, 111, as well as providing information functions security (filtering and blocking traffic), aggregation and mirroring;

– ПЛИС российского производителя АО "Воронежский Завод Полупроводниковых Приборов-Сборка" серии 5576, 5576 или иностранного производства для размещения сконфигурированных цифровых электронных схем, описанных на языке описания аппаратуры (hardware description language, HDL), которые реализуют функции аппаратного ускорения обработки данных, заданных конечным пользователем без изменения платформы;– FPGA of the Russian manufacturer JSC "Voronezh Plant of Semiconductor Devices-Assembly" series 5576, 5576 or foreign production for accommodating configured digital electronic circuits described in the hardware description language (HDL), which implement the functions of hardware acceleration of data processing specified by the final by the user without changing the platform;

– ASIC отечественного (российского производства АО «ПКК Миландр») или иностранного производства: микроконтроллеры, микросхемы промышленных протоколов RS -232, RS-422, RS-485, CAN и другие;– ASIC of domestic (Russian production of PKK Milandr JSC) or foreign production: microcontrollers, microcircuits of industrial protocols RS-232, RS-422, RS-485, CAN and others;

– другие перспективные электронные модули.– other promising electronic modules.

Каждый блок 5 содержит хотя бы одну коммутационную матрицу, которая соединяется с ПЛИС и/или ASIC при их наличии, а также другими электронными модулями, входящими в состав блока 5. Информационный обмен осуществляется по интерфейсу Ethernet (105). Блок 1 управляет коммутационной матрицей посредством PCIe (105), низкоскоростных интерфейсов SPI, I2C, USB и другими поддерживаемыми конкретной матрицей соединениями (105). Канал 105 содержит потоки данных и управления, которые могут быть разделены на физическом уровне по разным каналам или посредством VLAN. Each block 5 contains at least one switching matrix, which is connected to the FPGA and / or ASIC, if any, as well as other electronic modules included in the block 5. Information exchange is carried out via the Ethernet interface (105). Unit 1 controls the fabric via PCIe (105), low speed SPI, I2C, USB, and other fabric-specific connections (105). Channel 105 contains data and control flows, which may be separated at the physical layer over different channels or via VLANs.

Изобретение также может информационно связываться каналами 110 и 111 с другими платформами 11 напрямую или через открытые сети передачи данных 12 с применением технологии защиты VPN.The invention can also communicate via channels 110 and 111 with other platforms 11 directly or via open data networks 12 using VPN security technology.

Платформа в оснащении 10 также включает блок 9, являющийся кластером из заданного количества вычислительных модулей 8, каждый из которых построен на микропроцессоре с технологией ARM российского ВЕ-М1000 или иностранного производства, имеет необходимый набор оперативной и долговременной памяти и позволяет обрабатывать данные программным обеспечением, развернутом в виртуальной микросервисной среде.The platform in equipment 10 also includes block 9, which is a cluster of a given number of computing modules 8, each of which is built on a microprocessor with ARM technology of Russian BE-M1000 or foreign production, has the necessary set of operational and long-term memory and allows data to be processed by software deployed in a virtual microservice environment.

Вычислительные модули 8 устанавливаются в материнскую плату и посредством высокоскоростной коммутационной матрицы 7, например, 1923КХ028 (АО «ПКК Миландр») или иностранного производства, соединяются между собой каналами Ethernet 108 по заданной топологии (проблемно-ориентированной конфигурации), сформированной оператором после его уведомлений сообщением от системы управления. Так образуется блок вычислителей 9, благодаря которому достигается эффективное функционирование платформы 10 и наращивание ее производительности. Управляет коммутационной матрицей в блоке 9 базовый блок 1 по каналу 105.Computing modules 8 are installed in the motherboard and by means of a high-speed switching matrix 7, for example, 1923KX028 (JSC "PKK Milandr") or foreign production, are interconnected by Ethernet channels 108 according to a given topology (problem-oriented configuration) formed by the operator after his notifications by message from the control system. This forms a block of calculators 9, due to which the effective functioning of the platform 10 is achieved and its performance is increased. Controls the switching matrix in block 9 base unit 1 on channel 105.

Вычислительных модулей 8 на плате может быть от 1 до 24 или более. Модули 8 могут добавляться и заменяться по мере необходимости в течении жизненного цикла платформы или кластера 13. Система управления блока 1 непрерывно отслеживает наличие и количественный состав модулей 8 и при обнаружении изменении предлагает оператору возможные варианты использования их функционала и задает указанную оператором конфигурацию. Computing modules 8 on the board can be from 1 to 24 or more. Modules 8 can be added and replaced as needed during the life cycle of the platform or cluster 13. The control system of block 1 continuously monitors the presence and quantity of modules 8 and, if a change is detected, offers the operator possible options for using their functionality and sets the configuration specified by the operator.

Вывод сообщений оператору может быть реализован с помощью различных графических и не только приемов в интерфейсе блока 3, что очевидно специалисту в данной области техники.The output of messages to the operator can be implemented using various graphical and not only techniques in the interface of block 3, which is obvious to a person skilled in the art.

Наличие в системе больше двух модулей 8 и сервис-ориентированного стека программного обеспечения повышает надежность платформы в целом путем автоматического перераспределения системой управления нагрузки с неисправных вычислительных модулей 8 на свободные. Также это справедливо и для повышения надежности функционирования самой системы управления, которая резервируется на двух модулях 8 при их наличии. При неисправности блока 1 система управления способна автоматически мигрировать на заранее определенный оператором модуль 8 с оповещением о выявленных проблемах, что позволит поддержать платформу в работоспособном состоянии до принятия мер по восстановлению работоспособности блока 1.The presence in the system of more than two modules 8 and a service-oriented software stack increases the reliability of the platform as a whole by automatically redistributing the load by the control system from faulty computing modules 8 to free ones. This is also true for improving the reliability of the functioning of the control system itself, which is backed up on two modules 8, if any. If block 1 fails, the control system is able to automatically migrate to module 8 predetermined by the operator with notification of detected problems, which will allow maintaining the platform in working condition until measures are taken to restore the operability of block 1.

Вычислительные модули 8 предназначены для реализации одного или нескольких сетевых сервисов, таких как:Computing modules 8 are designed to implement one or more network services, such as:

- система обнаружения вторжений (Intrusion Detection System, IDS);- intrusion detection system (IDS);

- система предотвращения вторжений (Intrusion Prevention System, IPS);- intrusion prevention system (IPS);

- межсетевой экран нового поколения (Next-Generation Firewall, NGFW)- Next-Generation Firewall (NGFW)

- виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN);- virtual private network (Virtual Private Network, VPN);

- веб-сервер;- web server;

- сервер баз данных;- database server;

- сетевых систем хранения данных (Network Attached Storage, NAS);- network storage systems (Network Attached Storage, NAS);

- другие пользовательские сервисы, способные функционировать в среде виртуализации.- other user services capable of functioning in a virtualization environment.

Применение энергоэффективных микропроцессоров с архитектурой ARM в блоках 1 и 8 позволяет получить платформу с плотной компоновкой элементов и низкого энергопотребления, что в свою очередь позволяет размещать гибко сформированное решение в стандартных серверных и коммутационных стойках с высотой корпуса от 1U.The use of energy-efficient microprocessors with ARM architecture in blocks 1 and 8 allows you to get a platform with a dense layout of elements and low power consumption, which in turn allows you to place a flexible solution in standard server and switching racks with a case height of 1U.

Система управления блока 1 по указанию оператора осуществляет задание топологии (проблемно-ориентированной конфигурации) соединения каналов 105, 108 данных и управления между блоками посредством интерфейса PCIe. Блок 1 управляет коммутационной матрицей 7 блока 9 посредством PCIe (105), низкоскоростных интерфейсов SPI, I2C, USB и другими поддерживаемыми конкретной матрицей соединений (105). Block 1 control system, at the direction of the operator, sets the topology (problem-oriented configuration) connecting data and control channels 105, 108 between units via a PCIe interface. Unit 1 controls switch matrix 7 of unit 9 via PCIe (105), low-speed interfaces SPI, I2C, USB and others supported by a specific connection matrix (105).

Так, применение в изобретении сервис-ориентированного стека программного обеспечения и системы управления позволяет объединить некоторое количество платформ 11 и образовать распределенную защищенную сеть передачи данных предприятия 13. А применяемая программно-аппаратная архитектура обеспечивает надежное функционирование кластера 13 при выходе из строя одной или нескольких платформ 11 или их составляющих. Это обеспечивается автоматическим перераспределением системой управления функций по модулям 8 платформы 10.Thus, the use of a service-oriented software stack and control system in the invention makes it possible to combine a certain number of platforms 11 and form a distributed secure data transmission network of an enterprise 13. And the applied software and hardware architecture ensures reliable operation of the cluster 13 in the event of failure of one or more platforms 11 or their components. This is ensured by the automatic redistribution of functions by the control system among the modules 8 of the platform 10.

Система работает следующим образом.The system works as follows.

После подачи по шине 102 электропитания на платформу в ней загружается операционная система со средой виртуализации и системой управления.After the bus 102 is powered on the platform, it boots the operating system with the virtualization environment and the control system.

Если система управления определила, что это первый запуск, то запускается механизм обнаружения аппаратных модулей 1, 3, 5, 8, 11, проверка их работоспособности. If the control system has determined that this is the first launch, then the mechanism for detecting hardware modules 1, 3, 5, 8, 11 is launched, checking their performance.

Если после запуска в систему добавляется или из нее удаляется коммутационный блок 5, блок 9 вычислительных модулей, вычислительный блок 8, платформа 11, то система управления определяет количество подключенных или удаленных модулей, блоков или компонентов.If, after starting, a switching unit 5, a unit 9 of computational modules, a computational unit 8, a platform 11 is added to or removed from it, the control system determines the number of connected or removed modules, units or components.

Собранная информация отображается в CLI (Command Line Interface - интерфейс командной строки) и GUI (Graphic User Interface - графический пользовательский интерфейс) посредством блока интерфейсов 3. Оператор системы на основе полученных данных от системы управления конфигурирует оборудование: The collected information is displayed in the CLI (Command Line Interface - command line interface) and GUI (Graphic User Interface - graphical user interface) through the interface block 3. The system operator, based on the data received from the control system, configures the equipment:

- на имеющихся ресурсах разворачивает необходимы программные модули;- deploys the necessary software modules on available resources;

- конфигурирует коммутационные матрицы в заданной проблемно-ориентированной конфигурации;- configures switching matrices in a given problem-oriented configuration;

- конфигурирует интерфейсы управления, при необходимости добавляет платформу в кластер 13;- configures management interfaces, if necessary, adds a platform to cluster 13;

- при наличии в платформе двух вычислительных модулей 8 или подключения к кластеру 13, при необходимости, настраивает возможность резервирования системы управления;- if there are two computing modules 8 in the platform or connected to a cluster 13, if necessary, configures the possibility of redundant control system;

- осуществляет мониторинг состояния платформы, а при наличии нескольких (11) – всего кластера 13;- monitors the state of the platform, and if there are several (11) - the entire cluster 13;

- осуществляет необходимые операции по перенастройке оборудования и программных модулей.- performs the necessary operations to reconfigure equipment and software modules.

Например, оператор платформы 10 путем решения конкретной задачи на объекте может сконфигурировать коммутационную матрицу 7 так, чтобы поток данных шел последовательно через два блока 8, потом заводится на ПЛИС и ASIC блока 5 и далее через блок 8 на выход через блок 3. For example, the operator of platform 10, by solving a specific task at the facility, can configure the switching matrix 7 so that the data flow goes sequentially through two blocks 8, then starts up on the FPGA and ASIC of block 5 and then through block 8 to the output through block 3.

На основе настроек оператора система управления задает топологию путем формирования низкоуровневых команд управления коммутационными матрицами блока 5 и блока 9, которые в свою очередь формируют каналы передачи данных между блоками 1, 3, 5, 8 по заданной объектно-ориентированной топологии. Кроме того, система управления путем мониторинга запущенных программных блоков управляет ими.Based on the operator's settings, the control system sets the topology by generating low-level commands to control the switching matrices of block 5 and block 9, which in turn form data transmission channels between blocks 1, 3, 5, 8 according to a given object-oriented topology. In addition, the control system manages them by monitoring the running program blocks.

Система управления также осуществляет проверку работоспособности программно-аппаратных модулей.The control system also checks the operability of software and hardware modules.

При выявлении проблем в функционировании одного из программных модулей в микросервисной среде, в том числе и системы управления, в автоматическом режиме осуществляется его перезапуск. В случае, если это не помогло или узел неисправен (аппаратный сбой), то разворачивание программного обеспечения происходит на доступных узлах в пределах платформы или кластера 13.If problems are identified in the functioning of one of the software modules in the microservice environment, including the control system, it is automatically restarted. In case this did not help or the node is faulty (hardware failure), then the software is deployed on available nodes within the platform or cluster 13.

Информация о предпринятых системой управления мерах выводится в CLI и GUI. Оператор платформы или кластера 13 предпринимает необходимые действия для ее восстановления:Information about the measures taken by the management system is displayed in the CLI and GUI. The operator of the platform or cluster 13 takes the necessary actions to restore it:

- при аппаратном сбое меняет неисправный узел или платформу;- in case of a hardware failure, it changes the faulty node or platform;

- при необходимости в ручном режиме переконфигурирует платформу.- if necessary, manually reconfigures the platform.

Платформа по настоящему изобретению реализуется с помощью известных и очевидных для специалиста в данной области техники средств и методов. The platform of the present invention is implemented using means and methods known and obvious to a person skilled in the art.

Таким образом, использование изобретения обеспечит повышение гибкости и отказоустойчивости платформы для построения систем управления, передачи и обработки данных за счет возможности изменения ее конфигурации и распределения вычислительной нагрузки по имеющимся компонентам. Thus, the use of the invention will increase the flexibility and fault tolerance of the platform for building control, transmission and data processing systems due to the possibility of changing its configuration and distributing the computational load among the available components.

Claims (7)

1. Платформа для построения систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях, содержащая базовый вычислительный блок (1), построенный на микропроцессоре с архитектурой ARM, блок питания (2) и блок интерфейсов (3), отличающаяся тем, что базовый блок (1) имеет микросервисную среду функционирования программных модулей, выполняющих сетевые и пользовательские функций, а также функции системы управления, посредством которой блок (1) выполнен с возможностью следующего:1. A platform for building control systems, data transmission and processing in computer networks, containing a basic computing unit (1) built on an ARM architecture microprocessor, a power supply unit (2) and an interface unit (3), characterized in that the main unit ( 1) has a microservice environment for the operation of software modules that perform network and user functions, as well as the functions of a control system, through which block (1) is configured to: определения наличия подключения по меньшей мере одного коммутационного блока (5) и определения содержания в нем одной или нескольких ПЛИС и одной или нескольких ASIC, далее при наличии подключения выдачи сообщения оператору о возможности их применения, затем задания топологии по указанной оператором конфигурации, determining the connection of at least one switching unit (5) and determining the content of one or more FPGAs and one or more ASICs in it, then, if there is a connection, issuing a message to the operator about the possibility of their use, then setting the topology according to the configuration specified by the operator, определения наличия подключения к коммутационному блоку (5) блока (9) вычислительных модулей, содержащего установленные на материнской плате коммутационную матрицу (7) и по меньшей мере один построенный на микропроцессоре с архитектурой ARM вычислительный модуль (8) с микросервисной средой функционирования программных модулей, далее при наличии подключения выдачи сообщения оператору о возможности применения модулей (8), затем задания топологии по указанной оператором конфигурации, а при наличии в подключенном блоке (9) двух вычислительных модулей (8) резервирования на них системы управления.determining whether a block (9) of computing modules is connected to the switching unit (5), containing a switching matrix (7) installed on the motherboard and at least one computing module (8) built on an ARM architecture microprocessor with a microservice environment for the operation of program modules, further if there is a connection for issuing a message to the operator about the possibility of using modules (8), then setting the topology according to the configuration specified by the operator, and if there are two computing modules (8) in the connected unit (9), redundancy of the control system on them. 2. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что базовый блок (1) посредством системы управления также выполнен с возможностью осуществления проверки работоспособности программных модулей в микросервисной среде на подключенных вычислительных модулях (8) и базовом блоке (1) и в случае обнаружения неисправности в работе программных модулей осуществления перезапуска блока (1) или соответствующих одного или нескольких модулей (8), а если неисправность заключается в работоспособности соответствующих одного или нескольких модулей (8), то выполнения разворачивания работы программных модулей на других одном или нескольких вычислительных модулях (8) и выдачи сообщения оператору о соответствующей неисправности.2. The platform according to claim 1, characterized in that the base unit (1) by means of the control system is also configured to perform a health check of program modules in a microservice environment on the connected computing modules (8) and the base unit (1) and in case of a malfunction in the operation of the software modules to restart the block (1) or the corresponding one or more modules (8) , and if the malfunction lies in the operability of the corresponding one or more modules (8), then deploy the software modules on the other one or more computing modules (8 ) and issuing a message to the operator about the corresponding malfunction. 3. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что базовый блок (1) посредством системы управления также выполнен с возможностью осуществления проверки работоспособности подключенного по меньшей мере одного коммутационного блока (5) и при обнаружении его неисправности выдачи соответствующего сообщения пользователю.3. The platform according to claim 1, characterized in that the base unit (1) by means of the control system is also configured to check the operability of the connected at least one switching unit (5) and, if its malfunction is detected, issue an appropriate message to the user. 4. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что базовый блок (1) посредством системы управления также выполнен с возможностью осуществления проверки работоспособности содержащихся в коммутационном блоке (5) одной или нескольких ПЛИС и/или одной или нескольких ASIC и при обнаружении неисправности выдачи соответствующего сообщения пользователю.4. The platform according to claim 1, characterized in that the base unit (1) by means of the control system is also configured to check the operability of one or more FPGAs and/or one or more ASICs contained in the switching unit (5) and, if a malfunction is detected, issuance corresponding message to the user. 5. Платформа по п.1, отличающаяся тем, базовый блок (1) посредством системы управления также выполнен с возможностью определения подключения к блоку интерфейсов (3) других платформ (11) для построения систем управления, передачи и обработки данных в вычислительных сетях и в случае наличия подключения формирования единой распределенной системы управления передачи и обработки данных в вычислительных сетях.5. The platform according to claim 1, characterized in that the base unit (1) by means of the control system is also configured to determine the connection to the interface unit (3) of other platforms (11) for building control systems, data transmission and processing in computer networks and in if there is a connection to form a single distributed control system for the transmission and processing of data in computer networks.
RU2021120326A 2021-07-09 2021-07-09 Platform for building control systems, data tranfer and processing in computer networks RU2771431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120326A RU2771431C1 (en) 2021-07-09 2021-07-09 Platform for building control systems, data tranfer and processing in computer networks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120326A RU2771431C1 (en) 2021-07-09 2021-07-09 Platform for building control systems, data tranfer and processing in computer networks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2771431C1 true RU2771431C1 (en) 2022-05-04

Family

ID=81458977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021120326A RU2771431C1 (en) 2021-07-09 2021-07-09 Platform for building control systems, data tranfer and processing in computer networks

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2771431C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040088186A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Anvekar Dinesh Kashinath Distributed convergent service control platform
RU66836U1 (en) * 2007-04-28 2007-09-27 Открытое акционерное общество "Акционерная компания "Центральный научно-исследовательский институт систем управления" (ОАО "АК "ЦНИИСУ") AUTOMATED SYSTEM OF CONTROL AND MANAGEMENT OF REMOTE OBJECTS
WO2013072925A2 (en) * 2011-09-19 2013-05-23 Tata Consultancy Services Limited A computing platform for development and deployment of sensor data based applications and services
RU2635896C1 (en) * 2016-07-07 2017-11-16 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов им. М.А. Карцева" (АО "НИИВК им. М.А. Карцева") High-performance computer platform based on processors with heterogeneous architecture
US20180024955A1 (en) * 2013-12-26 2018-01-25 Intel Corporation Computer architecture to provide flexibility and/or scalability

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040088186A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Anvekar Dinesh Kashinath Distributed convergent service control platform
RU66836U1 (en) * 2007-04-28 2007-09-27 Открытое акционерное общество "Акционерная компания "Центральный научно-исследовательский институт систем управления" (ОАО "АК "ЦНИИСУ") AUTOMATED SYSTEM OF CONTROL AND MANAGEMENT OF REMOTE OBJECTS
WO2013072925A2 (en) * 2011-09-19 2013-05-23 Tata Consultancy Services Limited A computing platform for development and deployment of sensor data based applications and services
US20180024955A1 (en) * 2013-12-26 2018-01-25 Intel Corporation Computer architecture to provide flexibility and/or scalability
RU2635896C1 (en) * 2016-07-07 2017-11-16 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов им. М.А. Карцева" (АО "НИИВК им. М.А. Карцева") High-performance computer platform based on processors with heterogeneous architecture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107209671B (en) Dynamic automatic monitoring and control of boot operations in a computer
CN110633170A (en) Localized service recovery
US10511508B2 (en) Network packet forwarding systems and methods to push packet pre-processing tasks to network tap devices
CN105204965B (en) Method and apparatus for the dynamic node reparation in multi-node environment
US20200104222A1 (en) Systems and methods for managing server cluster environments and providing failure recovery therein
US9135018B2 (en) Computer cluster and method for providing a disaster recovery functionality for a computer cluster
US8527808B2 (en) DMI redundancy in multiple processor computer systems
CN105159798A (en) Dual-machine hot-standby method for virtual machines, dual-machine hot-standby management server and system
US9491050B2 (en) Systems and methods for infrastructure template provisioning in modular chassis systems
US10361948B2 (en) Communication loop prevention in an information handling system
CN103995575A (en) Server starting method and server
CN113515408A (en) Data disaster tolerance method, device, equipment and medium
RU2771431C1 (en) Platform for building control systems, data tranfer and processing in computer networks
US9306768B2 (en) System and method for propagating virtualization awareness in a network environment
US20060195558A1 (en) Redundant manager modules
CN115328706A (en) Comprehensive control method and system for dual-CPU redundant architecture
US8854951B2 (en) Dynamically updating routing information while avoiding deadlocks and preserving packet order after a link error
CN107291653B (en) Multiprocessor system and method for configuring multiprocessor system
CN109491867A (en) A kind of communication automatic recovery method and device
US11349964B2 (en) Selective TCP/IP stack reconfiguration
CN110114805B (en) Fire protection control unit
JP5464886B2 (en) Computer system
Wang et al. Virtual machines of high availability using hardware-assisted failure detection
US20230385697A1 (en) Self-learning green networks
CN117453457A (en) Virtual machine backup method and device, intelligent network card and computer readable storage medium