ПНСТ 653-2022 Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть. Часть 4. Функциональная совместимость

        ПНСТ 653-2022

(ИСО/МЭК 30140-4:2018)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационные технологии

ПОДВОДНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ СЕНСОРНАЯ СЕТЬ

Часть 4

Функциональная совместимость

Information technology. Underwater acoustic sensor network. Part 4. Functional compatibility

ОКС 35.110

Срок действия с 2023-01-01

до 2026-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Московским институтом электроники и математики им.А.Н.Тихонова (МИЭМ НИУ ВШЭ) и Федеральным государственным бюджетным учреждением "Российский институт стандартизации" (ФГБУ "РСТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Кибер-физические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 октября 2022 г. N 77-пнст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО/МЭК 30140-4:2018* "Информационные технологии. Подводная акустическая сеть (UWASN). Часть 4. Интероперабельность" [ISO/IEC 30140-4:2018 "Information technology - Underwater acoustic sensor network (UWASN) - Part 4: Interoperability", MOD] путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей, ссылок), которые выделены в тексте курсивом**. Внесение указанных технических отклонений направлено на учет потребностей национальной экономики Российской Федерации.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011** (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, улица Нобеля, д.1, e-mail: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Вода покрывает примерно 71% поверхности Земли. Современные технологии обеспечивают новые методы мониторинга водоемов, например обнаружение и контроль загрязнений. Для методов сбора данных подводной среды требуется исследование водной среды, что может быть выполнено наиболее эффективно при использовании подводных акустических сенсорных сетей (UWASN). Приложения, разработанные для UWASN, могут регистрировать подводный климат, обнаруживать и контролировать загрязнение воды, проводить наблюдения за морской биологией, проводить открытие природных ресурсов, обнаруживать утечки в трубопроводах, осуществлять контроль и обнаруживать подводных нарушителей, проводить стратегическое наблюдение и т.д.

Серия стандартов "Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть" устанавливает общие требования и типовую архитектуру (RA), включая модели сущностей и рекомендации для высокоуровневых интерфейсов по обеспечению совместимости между UWASN. Целью серии стандартов "Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть" является предоставление архитекторам, разработчикам и исполнителям UWASN основополагающей информации о структуре UWASN.

Серия стандартов "Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть" предоставляет высокоуровневые функциональные модели, связанные с подводными сенсорными узлами, и взаимосвязи между узлами для построения архитектурного представления UWASN. Следует отметить, что серия стандартов "Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть" не зависит от области применения, в указанной серии стандартов не определены ни типы сигналов связи для использования в UWASN, ни подводные акустические частоты связи. Определение формы колебаний и/или частот сигнала связи является ответственностью архитекторов, проектировщиков и разработчиков*.

_______________

* Рекомендуется предусмотреть наличие полосы аварийных частот подводных лодок около и ниже 12 кГц в проектах и приложениях UWASN.

При передаче акустических данных в сенсорных сетях акустические сигналы охватывают полосы биологически важных частот в рассматриваемой окружающей среде. Такие сигналы могут противоречить региональным, национальным или международным нормам воздействия шума. Разработчики сетей акустической связи должны проконсультироваться с соответствующими регулирующими органами перед проектированием и развертыванием таких систем для соблюдения норм и во избежание конфликтов с соответствующими органами.

Целью серии стандартов "Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть" является предоставление общих требований и рекомендаций для проектирования и разработки приложений и служб UWASN.

Серия стандартов "Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть" состоит из четырех частей:

- первая часть содержит общие положения и требования к типовой архитектуре UWASN;

- вторая часть устанавливает модели типовой архитектуры UWASN;

- третья часть устанавливает описания сущностей и интерфейсов типовой архитектуры UWASN;

- четвертая часть устанавливает требования к интероперабельности между сущностями в пределах одной UWASN и между различными UWASN.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к функциональной совместимости между физическими сущностями подводной акустической сенсорной сети.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 55062** Информационные технологии. Системы промышленной автоматизации и их интеграция. Интероперабельность. Основные положения

ПНСТ 519-2021 (ИСО/МЭК 29182-2:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Часть 2. Термины и определения

ПНСТ 521-2021 (ИСО/МЭК 30140-1:2018) Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть. Часть 1. Общие положения

ПНСТ 522-2021 (ИСО/МЭК 30140-2:2017) Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть. Часть 2. Типовая архитектура

ПНСТ 649-2022 (ИСО/МЭК 29182-5:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Часть 5. Определения интерфейсов

ПНСТ 652-2022 (ИСО/МЭК 30140-3:2018) Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть Часть 3. Сущности и интерфейсы

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ПНСТ 519-2021, ПНСТ 521-2021 и ПНСТ 522-2021.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

5 Интероперабельность UWASN

5.1 Общие положения

5.1.1 Определение интероперабельности

Согласно ГОСТ Р 55062 интероперабельность - это способность двух или более информационных систем или компонентов к обмену информацией и к использованию информации, полученной в результате обмена.

5.1.2 Обеспечение интероперабельности

Интероперабельность обеспечивается использованием шлюза между сетями для трансляции протоколов, наличием стандартных интерфейсов или определением общих протоколов между сетями.

5.1.3 Необходимость интероперабельности

Для обеспечения интероперабельности требуется сквозная подключаемость. Для поддержания сквозной подключаемости гетерогенные сети могут взаимодействовать с помощью шлюза.

Интероперабельность UWASN позволяет эффективно передавать данные подводной сети между гетерогенными сетями.

Интероперабельность UWASN включает следующие аспекты:

- программные или аппаратные платформы, компоненты и системы обеспечивают связь между устройствами. Данные типы интероперабельности включают протоколы связи и инфраструктуру связи;

- форматы данных должны иметь четко определенный синтаксис и кодировку для передачи сообщений с использованием протоколов связи;

- для интероперабельности на уровне содержания значение передаваемой информации должно пониматься обоими элементами.

Интероперабельность может быть достигнута с помощью стандартного процесса разработки с использованием открытых архитектур и стандартизации интерфейсов между структурами служб UWASN.

Способность считывания, обработки информации и обмена данными между гетерогенными сетями является обязательной для обеспечения интероперабельности (см. рисунок 1). Наиболее эффективным способом обеспечения интероперабельности сенсорных сетей является определение стандартизованных интерфейсов UWASN.

Стандартизированные интерфейсы должны включать:

- стандартизованный формат данных, тип, название, определение и правила обработки данных;

- стандартизованные интерфейсы связи между сущностями платформы служб UWASN.

5.1.4 Интероперабельность UWASN

UWASN - это система пространственно распределенных подводных акустических сенсорных узлов, которые совместно собирают, обрабатывают и предоставляют информацию о подводной среде и, при необходимости, реагируют на такую информацию.

Существует множество различных приложений UWASN, таких как мониторинг окружающей среды, вспомогательная навигация, предотвращение стихийных бедствий и тактическое наблюдение. В зависимости от домена существуют значительные различия в требованиях к службам, типах служб, функциях обработки, интерфейсах, операционных атрибутах и форматах данных. Указанные различия влияют на интероперабельность UWASN.

Ввиду указанных различий UWASN может быть классифицирована как гомогенная или гетерогенная сеть.

Классификация сетей UWASN на гомогенные и гетерогенные может быть проведена с точки зрения типа подводного датчика или с точки зрения протокола связи. С точки зрения типа датчика гомогенные сенсорные сети имеют один и тот же тип сенсорного узла или функционально идентичные сенсорные узлы, а гетерогенные сети UWASN имеют разные типы сенсорных узлов или функционально разные сенсорные узлы. С точки зрения протокола связи гомогенные UWASN имеют одинаковые или совместимые протоколы, а гетерогенные сети UWASN имеют разные или несовместимые протоколы. В настоящем стандарте различение типов сети UWASN проводится сточки зрения протокола связи.

С точки зрения протокола связи гомогенные сети UWASN являются интероперабельными, поскольку в них используется один и тот же протокол связи между сущностями доменов служб. Гетерогенные сети UWASN не являются интероперабельными, поскольку в них используются различные протоколы связи.

Общей особенностью сетей UWASN является гетерогенность, что может вызывать определенные сложности. В гетерогенной сети UWASN приложения UWASN могут быть основаны на разных подсетях. Интероперабельность между гетерогенными сетями UWASN является сложной задачей в типовой архитектуре UWASN.

Поток информации от UWA-FN к пользователям может быть отображен в виде иерархической архитектуры (рисунок 1):

- интероперабельность 1: между пользователем и шлюзом (является обязательной);

- интероперабельность 2: между шлюзом и подводной основной сетью (является обязательной);

- интероперабельность 3: между подводными фундаментальными сетями (является необязательной);

- интероперабельность 4: между шлюзами (является необязательной).

Рисунок 1 - Интероперабельность в UWASN

Для каждой сущности могут быть использованы различные протоколы связи или интерфейсы. Интероперабельность подразумевает возможность межсетевого взаимодействия между сущностями в структуре UWASN. На рисунке 2 показано графическое представление интероперабельной платформы UWASN. Стрелки на рисунке 2 обозначают интерфейсы, которые обеспечивают бесшовную интероперабельность между сущностями.

Рисунок 2 - Графическое представление интероперабельной сети UWASN

Интероперабельность должна обеспечивать бесшовный обмен информацией в иерархической структуре сенсорных сетей для поддержки сложной системы, состоящей из систем. Должны быть учтены различные случаи интероперабельности сенсорных сетей. На рисунке 3 показана сложность интероперабельности в системе, состоящей из систем.

Рисунок 3 - Интероперабельность в UWASN

Различные сущности платформы UWASN могут использовать различные технологии и протоколы связи, а также форматы данных. Поток данных между различными сущностями должен быть интероперабельным.

5.2 Интероперабельность между пользователем и UWA-GW

UWA-GW является промежуточной сущностью, которая соединяет пользователей и UWA-FN. Через UWA-GW осуществляется обмен данными, собранными в UWA-FN, например данными о подводной среде, и управляющими сообщениями, например сообщениями управления устройством.

Шлюз должен иметь возможность обмена информацией с любым пользователем. Использование общего интерфейса приложения сенсорной сети - это один из способов обеспечения интероперабельности между шлюзом и пользователем, как показано на рисунке 4.

Получили распространение методы обеспечения интероперабельности между пользователем и шлюзом с использованием общего интерфейса, определенного в ПНСТ 649-2022.

Стандартизированные спецификация интерфейса и формат данных между шлюзом и пользователем, показанные на рисунке 1 как интероперабельность 1, определены в ПНСТ 652-2022.

Рисунок 4 - Общий стандартизованный интерфейс для обеспечения интероперабельности в UWASN

5.3 Интероперабельность между UWA-GW и UWA-FN

Интерфейс между UWA-FN и UWA-GW упрощает передачу данных. UWA-GW должен быть способен извлекать определенную информацию из опорных сетей. Должна быть обеспечена способность связи UWA-GW с любой гетерогенной подводной опорной сетью для обеспечения интероперабельности.

Одним из способов достижения интероперабельности между UWA-FN и шлюзами является использование нескольких интерфейсов в шлюзе.

На рисунке 5 a) UWA-UN 1 включает две опорные сети. UWA-FN 1 - это кластерная сеть, UWA-FN 2 - это ad-hoc сеть. Каждая опорная сеть взаимодействует с соответствующим шлюзом. Каждая опорная сеть имеет собственный интерфейс для связи со шлюзом. UWA-FN 1 взаимодействует с UWA-GW 1 с помощью интерфейса 1, UWA-FN 2 взаимодействует с UWA-GW 2 с помощью интерфейса 2. UWA-FN 1 не может напрямую взаимодействовать с UWA-GW 2, и UWA-FN 2 не может напрямую взаимодействовать с UWA-GW 1. Следовательно, требуется интероперабельность между UWA-GW и UWA-FN. На рисунке 5 b) UWA-GW должен иметь два интерфейса для обеспечения взаимодействия между двумя опорными сетями с использованием одного шлюза.

Рисунок 5 - Несколько интерфейсов на UWA-GW для обеспечения интероперабельности UWASN

5.4 Интероперабельность между опорными сетями UWA-FN

В UWASN интероперабельность между двумя опорными сетями является необязательной. Опорные сети могут взаимодействовать друг с другом для обмена информацией о топологии сети сенсорного узла, управляющей информацией и данными датчика. Для обеспечения интероперабельности между сетями UWA-FN протоколы и форматы данных должны быть стандартизированы. Опорная сеть в UWA-UN может взаимодействовать с другой опорной сетью через шлюз. Аналогичным образом, сеть UWA-UN может взаимодействовать с другой сетью UWA-UN через соответствующие шлюзы. Следовательно, требуется интероперабельность между шлюзами.

На рисунке 6 в UWA-UN 1 сенсорный узел ad-hoc сети может взаимодействовать с головным узлом кластерной сети UWA-UN 2. При этом прямое взаимодействие невозможно, и требуется общий шлюз для взаимодействия между двумя сетями UWA-UN.

Рисунок 6 - Интероперабельность между опорными сетями

5.5 Интероперабельность между UWA-GW

Интероперабельности между опорными сетями и между шлюзами взаимосвязаны. На рисунке 7 требуется обеспечить интероперабельность между двумя шлюзами, UWA-GW1 и UWA-GW2.

Рисунок 7 - Интероперабельность между UWA-GW

6 Архитектурная точка зрения на интероперабельность технологий связи в UWASN

Архитектурная точка зрения на интероперабельность технологий связи в UWASN (UWASN CTI-AP) показана на рисунке 8 и включает домены, сущности в доменах и интерфейсы между сущностями с точки зрения технологии связи.

Три домена включают:

- домен приложений;

- сетевой домен;

- подводный домен:

домен поверхности;

домен контроля;

домен измерений.

Сущности и домены определены в ПНСТ 522-2021.

Рисунок 8 - Архитектурная точка зрения на интероперабельность технологий связи в UWASN

С помощью интерфейсов сущности взаимодействуют внутри домена или между доменами. Варианты взаимодействия могут быть представлены количеством интерфейсов, соединяющих сущности.

В таблице 1 представлены описание и комментарий для каждой сущности с архитектурной точки зрения на интероперабельность технологий связи.

В таблице 2 представлены все интерфейсы и интероперабельности, показанные на рисунке 8.

7 Архитектура интероперабельности технологий связи в UWASN с точки зрения служб

7.1 Общие положения

Архитектура интероперабельности технологий связи в UWASN с точки зрения служб (UWASN CTI-SP) показана на рисунке 9 и включает сущности, службы и интерфейсы с точки зрения технологий связи.

Рисунок 9 - Архитектура интероперабельности технологий связи в UWASN с точки зрения служб

Таблица 1 - Сущности UWASN CTI-AP

В таблице 2 представлены описание и комментарий для каждого интерфейса и интероперабельности, показанных на рисунке 9.

Таблица 2 - Интероперабельность UWASN CTI-AP

7.2 Пример: интероперабельность между гетерогенными сетями

Интероперабельность между сухопутной и подводной средами выгодно для следующих задач:

- сети взятия проб океана: подводные сенсорные узлы проверяют окружающую среду океана (например, рН, мутность, температуру, уровень кислорода и соленость);

- мониторинг окружающей среды: наблюдение за уровнем химических, биологических и радиоактивных загрязнителей;

- подводная разведка месторождений: подводные сенсорные системы в задаче поиска затопленных нефтяных месторождений;

- предотвращение стихийных бедствий: отслеживание сенсорной сетью стихийных бедствий, таких как землетрясения;

- вспомогательная навигация: подводные сенсорные узлы могут распознавать различные проблемы на морском дне, такие как опасные скалы или отмели;

- распределенное тактическое наблюдение: автономные подводные аппараты и статические узлы взаимно исследуют регионы для наблюдения и исследования.

На рисунке 10 показана интероперабельность между гетерогенными сетями.

Рисунок 10 - Интероперабельность между гетерогенными сетями

Приложение ДА

(справочное)

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте

Таблица ДА.1

Приложение ДБ

(справочное)

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта

Таблица ДБ.1