Для чего нужны открытые системы
Открытые системы
Полезное
Смотреть что такое «Открытые системы» в других словарях:
ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ — термодинамические системы, к рые обмениваются с окружающей средой в вом, а также энергией и импульсом. К наиболее важному типу О. с. относятся хим. системы, в к рых непрерывно протекают хим. реакции (извне поступают реагирующие в ва, а продукты… … Физическая энциклопедия
ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ — ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ, системы, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом (а также энергией и импульсом). К открытым системам относятся, например, химическая и биологическая системы (в том числе живые организмы), в которых непрерывно… … Современная энциклопедия
ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ — системы, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом (а также энергией и импульсом). К открытым системам относятся, напр., химическая и биологическая системы (в т. ч. живые организмы), в которых непрерывно протекают химические… … Большой Энциклопедический словарь
Открытые системы — ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ, системы, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом (а также энергией и импульсом). К открытым системам относятся, например, химическая и биологическая системы (в том числе живые организмы), в которых непрерывно… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
открытые системы — 1. Независимые от изготовителей информационные системы. 2. Системные компоненты, которые применяют стандартные промышленные интерфейсы, разрешающие соединения с другими системами, применяющими те же самые стандарты (возможность взаимодействия).… … Справочник технического переводчика
открытые системы — – системы, обменивающиеся с окружающей средой массой и энергией. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины
открытые системы — системы, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом (а также энергией и импульсом). К открытым системам относятся, например, химические и биологические системы (в том числе живые организмы), в которых непрерывно протекают химические … Энциклопедический словарь
ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ — системы, к рые могут обмениваться с окружающей средой в вом (а также энергией и импульсом). К О. с. относятся, напр., хим. и биол. системы (в т.ч. живые организмы), в к рых непрерывно протекают хим. реакции за счёт поступающих извне в в, а… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Открытые системы — системы, способные к свободному обмену веществом с окружающей средой, к которым могут быть отнесены физические (термодинамические), химические, биологические системы, в том числе живые организмы, в которых наблюдается метаболизм. Состояния систем … Начала современного естествознания
ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ — системы, находящиеся в состоянии обмена с окружающей средой … Словарь ботанических терминов
Для чего нужны открытые системы
1. Введение: понятие подхода Открытых Систем
Что понимается под открытыми системами?
Для рассмотрения этого вопроса воспользуемся определениями открытых систем, которые приведены в руководстве, изданном Французской ассоциацией пользователей UNIX (АFUU) в 1992 году.
«Исчерпывающий и согласованный набор международных стандартов информационных технологий и профилей функциональных стандартов, которые специфицируют интерфейсы, службы и поддерживающие форматы, чтобы обеспечить интероперабельность и мобильность приложений, данных и персонала». Это определение, данное специалистами IЕЕЕ, подчеркивает аспект среды, которую предоставляет открытая система для ее использования (внешнее описание открытой системы).
Вероятно, одно достаточно полное и общепринятое определение открытых систем еще не сформировалось. Однако сказанного выше уже достаточно, чтобы можно было рассмотреть общие свойства открытых систем и выяснить существо связанных с ними проблем.
2. Архитектура Открытых Систем
Для примера рассмотрим архитектурное представление системы обработки данных, состоящей из компонентов четырех областей: пользовательского интерфейса (соответственно точкам зрения всех указанных выше групп), средств обработки данных, средств представления и хранения данных, средств коммуникаций. Для этого представления требуется использовать три уровня описаний: среды, которая представляется системой, операционной среды (системы), на которую опираются прикладные компоненты, и оборудования. Каждый из этих уровней разделен для удобства на два подуровня (см.табл.1).
Уровень среды для конечного пользователя (user environment) характеризуется входными и выходными описаниями (генераторы форм и отчетов), языками проектирования информационной модели предметной области (языки 4GL), функциями утилит и библиотечных программ и прикладным уровнем среды коммуникаций, когда требуются услуги дистанционного обмена информацией. На этом же уровне определена среда (инструментарий) прикладного программирования (appliсation environment): языки и системы программирования, командные языки (оболочки операционных систем), языки запросов СУБД, уровни сессий и представительный среды коммуникаций.
Описания и реализации этих интерфейсов могут быть предметом рассмотрения только в пределах данной системы. Тогда свойства ее открытости проявляются только на внешнем уровне. Однако значение идеологии открытых систем состоит в том, что она открывает методологические пути к унификации интерфейсов в пределах родственных по функциям групп компонентов для всего класса систем данного назначения или всего множества открытых систем.
Выше был рассмотрен пример архитектуры открытых систем, реализующих технологию обработки данных. Можно было бы представить аналогичным образом открытые системы для всех классов информационных технологий: обработки текстов, изображений, речи, машинной графики. Особенно актуально проработать подходы открытых систем для мультимедиа-технологий, сочетающих несколько разных представлений информации. Как известно, за рубежом эти работы проводятся различными ассоциациями и консорциумами заинтересованных фирм и академических организаций и международными организациями по стандартизации. К сожалению, российские специалисты в этих работах до сих пор в лучшем случае играют роль наблюдателей.
3. Преимущества идеологии открытых систем
Конечно, подход открытых систем пользуется успехом только потому, что обеспечивает преимущества для разного рода специалистов, связанных с областью компьютеров.
В распределенных системах, содержащих несколько рабочих мест на персональных компьютерах и серверов в локальной сети, избыточность программных кодов из-за дублирования возрастает многократно. Идеология и стандарты открытых систем позволяют по-новому взглянуть на распределение функций между программными компонентами систем и значительно повысить тем самым эффективность. Частично этот подход обеспечивает компенсацию затрат ресурсов, которые приходится платить за преимущества открытых систем относительно закрытых систем, ресурсы которых в точности соответствуют задаче, решаемой системой.
4. Открытые Системы и объектно-ориентированный подход
В связи с применением подхода открытых систем весьма перспективным направлением представляется объектно-ориентированный стиль проектирования и программирования.
5. Стандарты Открытых Систем
В настоящее время в мире существует несколько авторитетных сообществ, занимающихся выработкой стандартов открытых систем. Однако исторически и, по-видимому, до сих пор наиболее важной деятельностью в этой области является деятельность комитетов POSIX. В этом разделе мы приведем краткий обзор этой деятельности.
Первая рабочая группа POSIX (Portable Operating System Interface) была образована в IEEE в 1985 г. на основе UNIX-ориентированного комитета по стандартизации /usr/group (ныне UniForum). Отсюда видна первоначальная направленность работы POSIX на стандартизацию интерфейсов ОС UNIX. Однако постепенно тематика работы рабочих групп POSIX (а со временем их стало несколько) расширилась настолько, что стало возможным говорить не о стандартной ОС UNIX, а о POSIX-совместимых операционных средах, имея в виду любую операционную среду, интерфейсы которых соответствуют спецификациям POSIX.
Сейчас функционируют и регулярно выпускают документы следующие рабочие группы POSIX.
POSIX 1003.0. Рабочая группа, выпускающая «Руководство по POSIX-совместимым средам Открытых Систем». Это руководство содержит сводную информацию о работе и текущем состоянии документов всех других рабочих групп POSIX, а также других тематически связанных организаций, связанных со стандартизацией интерфейсов Открытых Систем.
POSIX 1003.1. Интерфейсы системного уровня и их привязка к языку Си. В документах этой рабочей группы определяются обязательные интерфейсы между прикладной программой и операционной системой. С выпуска первой версии этого документа началась работа POSIX, и он в наибольшей степени связан с ОС UNIX, хотя в настоящее время интерфейсы 1003.1 поддерживаются в любой операционной среде, претендующей на соответствие принципам Открытых Систем. Заметим, что несмотря на очевидную важность 1003.1, в документе отсутствуют спецификации многих важных интерфейсов, в частности, интерфейсы системных вызовов, обеспечивающих межпроцессные взаимодействия.
POSIX 1003.2. Shell и утилиты. Рабочая группа специфицирует стандартный командный язык shell, основанный главным образом на Bourne shell, но включающий некоторые черты Korn shell. Кроме того, в документах этой рабочей группы специфицировано около 80 утилит, которые можно вызывать из процедур shell или прямо из прикладных программ. В документах серии 1003.2a описываются дополнительные средства, позволяющие пользователям работать с системой с помощью только ASCII-терминалов.
POSIX 1003.3. Общие методы проверки совместимости с POSIX. Целью рабочей группы является разработка методологии проверки соответствия реализаций стандартам POSIX. Документы рабочей группы используются в различных организациях при разработке тестовых наборов.
POSIX 1003.4. Средства, предоставляемые системой для прикладных программ реального времени. В соответствии с определением 1003.4, системой реального времени считается система, обеспечивающая предсказуемое и ограниченное время реакции. Работа ведется в трех секциях: файловые системы реального времени, согласованные многопотоковые (multithread) архитектуры, а также в секции, занимающейся такими вопросами, как семафоры и сигналы.
POSIX 1003.5. Привязка языка Ада к стандартам POSIX. В документах этой рабочей группы определяются правила привязки программ, написанных на языке Ада, к системным средствам, определенным в POSIX 1003.1.
POSIX 1003.6. Расширения POSIX, связанные с безопасностью. Разрабатываемый набор стандартов базируется на критериях министерства обороны США и будет определять безопасную среду POSIX.
POSIX 1003.7. Расширения, связанные с администрированием системы. Стандарт, разрабатываемый рабочей группой, будет определять общий интерфейс системного администрирования, в частности, разнородных сетей. Отправной точкой является модель OSI.
POSIX 1003.8. Прозрачный доступ к файлам. Будут обеспечены интерфейсы и семантика прозрачного доступа к файлам, распределенным в сети. Работа основывается на анализе существующих механизмов: NFS, RFS, AFS и FTAM.
POSIX 1003.9. Привязка языка Фортран. Определяются правила привязки прикладных программ, написанных на языке Фортран, к основным системным средствам.
POSIX 1003.12. Независимые от протоколов коммуникационные интерфейсы. Разрабатываются два стандартных набора интерфейсов для независимых от сетевых протоколов коммуникаций «процесс-процесс». Результаты должны обеспечивать единообразную работу с TCP/IP, OSI и другими системами коммуникаций.
POSIX 1003.13. Общие черты прикладных сред реального времени. POSIX 1003.14. Общие черты прикладных сред мультипроцессоров. Помимо прочего, должны быть предложены соответствующие расширения стандартов других рабочих групп.
POSIX 1003.15. Расширения, связанные с пакетной обработкой. Определяются интерфейсы пользователя и администратора и сетевые протоколы для пакетной обработки.
POSIX 1003.16. Привязка языка Си. Задача проекта, выполняемого реально рабочей группой 1003.1, состоит в выработке правил привязки международного стандарта языка Си (ISO 9989) к независимым от языка интерфейсам, определяемым POSIX 1003.1-1990 (ISO 9945-1).
POSIX 1003.17. Справочные услуги и пространство имен. Задачей рабочей группы является анализ и выработка рекомендаций по работе со справочниками и пространством имен в контексте X.500.
POSIX 1003.18. Общие черты среды POSIX-платформы. В одном документе должны быть специфицированы основные характеристики интерактивной многопользовательской прикладной платформы, соответствующей стандартам POSIX. Работа выполняется группой 1003.1.
6. Профили стандартов Открытых Систем
Интеграция компонентов в открытой системе должна следовать профилям стандартов на интерфейсы этих компонент.
Профиль составляют набор согласованных стандартов интерфейсов компонентов на каждом уровне системы (как было показано выше на примере системы обработки данных) и обеспечивают их совместимость.
Подход открытых систем обеспечивает слишком много преимуществ, чтобы можно было игнорировать его в России. Однако до сих пор все, что делается по этому поводу, основывается главным образом на энтузиазме. Просматриваются, как минимум, два необходимых и безотлагательных действия.
Во-первых, необходимо выполнить ряд научных проектов, связанных с анализом реализуемости международных стандартов в наших условиях, выбором и разработкой профилей стандартов открытых систем по областям их применения, как технической основы информационной инфраструктуры общества.
Во-вторых, требуется выработать и согласовать стандарты интерфейсов на разработку или приобретение аппаратных и программных средств.
Открытые системы как основа для построения Умного города
Ключевые слова: умный город, открытые системы, open source system, smart city, качество жизни, умные технологии.
Цель: определить понимание открытых систем как основы для проектирования Умного города, а также ознакомить с принципами концепции открытых систем.
Аннотация: Статья посвящена теме построения Умного города на основе открытых систем. В данном материале рассматриваются понятия умного города и открытых систем, основные компоненты, формирующие данные понятия и взаимодействие этих компонентов. На основе примеров авторами показано эффективное применение данных взаимодействий. В статье описывается текущее состояние дел и результаты уже имеющихся проектов.
Создание концепции «Умный город» связано с необходимостью обеспечения в ближайшем будущем современного качества жизни людей за счет применения инновационных технологий, предусматривающих экономичное, экологичное и безопасное использование городских систем жизнедеятельности. При этом разнообразные факторы городского развития объединяются в единую систему с помощью передовых информационно-коммуникационных технологий. Это глубоко интегрированная система, все компоненты которой неразрывно связаны друг с другом.
Для выполнения целей Умного города и повышения качества обслуживания горожан городской власти необходимо контролировать то, что происходит в городе и взаимодействовать с инфраструктурой через информационно-коммуникационные технологии. С помощью систем умных датчиков, работающих в режиме реального времени, в центрах обработки данных собирается и накапливается информация, которая впоследствии обрабатывается и анализируется системами.
На практике выделяют несколько основных компонентов «Умного города»:
Чтобы понять, как работает система “Умного города”, необходимо обратиться к технической части, к подсистемами. Разобрав систему, акцентируем внимание на концепциях открытых систем, на основе которых существует “Умный город”.
Открытая система — модульная система, которая допускает замену любого модуля на аналогичный модуль другого производителя, а интеграция системы с другими системами (в том числе с пользователем) выполняется без преодоления чрезмерных проблем.[2]
Общие свойства открытых систем обычно формируются следующим образом:
Эти свойства, взятые по отдельности, были свойственны и предыдущим поколениям информационных систем и средств вычислительной техники. Новый взгляд на открытые системы определяется тем, что эти черты рассматриваются в совокупности, как взаимосвязанные, и реализуются в комплексе.
Основной принцип открытых систем состоит в создании среды, включающей программные и аппаратные средства, службы связи, интерфейсы, форматы данных и протоколы, которая в своей основе имеет развивающиеся, доступные и общепризнанные стандарты и обеспечивает переносимость, взаимодействие и масштабируемость приложений и данных.
Также рассмотрим протокол беспроводной сети IEEE 802.11ah, названный Wi-Fi HaLow. Этот протокол работает на не требующей лицензирования частоте 900 МГц, для обеспечения расширенного диапазона Wi-Fi сетей, по сравнению с обычными сетями Wi-Fi, работающими в диапазонах 2.4 ГГц и 5 ГГц. Его низкое энергопотребление является преимуществом, позволяющим создавать большие группы станций или датчиков, которые взаимодействуют чтобы распространять сигналы, поддерживая концепцию Интернета вещей (Internet of Things, IoT). Низкое энергопотребление протокола конкурирует с Bluetooth и имеет дополнительное преимущество — более высокие скорости передачи данных и более широкий диапазон покрытия.
В связи с этим нужно уточнить представление об архитектуре систем и средств, как внешнем их описании с точки зрения того, кто ими пользуется. Описания и реализации архитектуры могут быть предметом рассмотрения только в пределах системы. Тогда свойства ее открытости проявляются только на внешнем уровне. Однако значение идеологии открытых систем состоит в том, что она открывает методологические пути к унификации интерфейсов в пределах родственных по функциям групп компонентов для всего класса систем данного назначения или всего множества открытых систем.
Помимо приведенных выше в качестве примера интерфейсов системы хочется привести два класса интерфейсов: интерфейс прикладной программы и интерфейс внешней среды:
Для реализации проектов в области умных городов важна перестройка принципов управления городом на основе полученных данных через формирование цифровых кросс-секторальных платформ, интегрирующих потоки данных из различных вертикальных сегментов города. Ключевое значение приобретает социально-ориентированный характер проектов в части создания эффективных потребительских сервисов на базе городских данных, коммуникационных площадок по развитию городской среды.
Отдельно это можно сделать только благодаря использованию открытых систем, которые должны иметь стандартный пользовательский интерфейс, чтобы выполнить требование о возможности интеграции с другими системами. Стандартизация пользовательского интерфейса снимает необходимость обучения операторов при переходе от одной открытой системы к другой. Единые стандарты и протоколы, обеспечат совместимость устройств, что облегчит обмен между потребителем и производителем.
К примеру, опыт создания программно-аппаратных комплексов, обобщавшийся в последние годы, привел к необходимости разработки концепции и комплекса стандартов, обеспечивающих эффективную по трудоемкости переносимость прикладных программ между различными аппаратными и операционными платформами. Ядром стала группа стандартов, созданная специалистами США под эгидой IEEE под общим названием – Интерфейсы переносимых операционных систем (Portable operating system interface – POSIX). Проблему переноса программ сосредоточили на унификации интерфейсов операционных систем ЭВМ с различными прикладными программами, а также с окружающей средой. Эти стандарты не ориентированы на определенную конкретную архитектуру ЭВМ, однако предполагают использование современной операционной среды и прежде всего UNIX, как стандарта де-факто, а также международных стандартов на языки программирования и стандартов верхних уровней взаимосвязи открытых систем. В совокупности они образуют нормативную базу открытых компьютерных систем – OCS, обеспечивающих программных устройств.
Все стандарты POSIX имеют рекомендательный характер. Они не должны служить препятствием для переноса объектного кода, ограничивать или работу устройства при стандартизированных интерфейсах и ограничивать формирование новых унифицированных интерфейсов по мере необходимости. Стандарты группы POSIX, регламентирующие интерфейсы мобильных программных средств с операционной средой, включают
1. IEEE 1003.0 – Руководство по POSIX окружению открытых систем. Набор POSIX стандартов.
2. ISO 09945-1:1990 (IEEE 1003.1) –Информационная технология. Интерфейсы переносимых операционных систем.
Использование стандартов, а также большие объемы данных систем необходимо масштабировать. До появления открытых систем обеспечение масштабируемости достигалось путем проектирования системы с большим запасом по габаритам, количеству слотов, интерфейсов. Наращиваемость открытой системы подразумевает иной путь, не требующий запаса ресурсов (и связанных с ним избыточных финансовых вложений). В частности, система, обладающая свойством платформенной независимости и интероперабельности, уже является расширяемой, поскольку она позволяет добавлять новое оборудование или заменять старое новыми модификациями, в том числе оборудованием других производителей.
Важно отметить, что концепция открытых систем позволит избежать монополии на рынках Умного города и обеспечит возможность конкуренции как для крупных компаний, так и для малого бизнеса.
В последние годы возникло множество вариантов беспроводной передачи данных – давно знакомые GSM, GPRS, 3G, Wi-Fi, так и новые технологии, такие как LoRaWAN. Технология LoRaWAN в последнее время все активнее внедряется в приборный учет, освещение, управление энергосистемами.
Вкратце введем в архитектуру технологии LoRAWAN и детализируем ее описание:
В России данную технологию поставляет ряд крупнейших компаний. Например, ООО «Лартех» является одним из производителей радиомодулей и оператором сети LoRaWAN. Лартех» с самого начала производил оборудование в полном соответствии со спецификацией разрабатываемого стандарта, поэтому даже ранее поставленное заказчикам оборудование уже работает в рамках национального стандарта LoRaWAN. Представленные проекты данной компании акцентированы на системе учета энергоресурсов. Это и теплосчетчики с радиомодулями, электросчетчики, счетчики показателей воды с считывателем.
Что касается примеров практического применения технологии и уже полученных результатов, то можно сказать о проекте в Белгороде, запущенном в апреле 2017 года. Данный концепт был запущен для создания единой автоматизированной информационно-измерительной системы учета энергоресурсов. Проект, координатором которого выступил Департамент жилищно-коммунального хозяйства Белгородской области, направлен на сокращение показателей потери энергии, экономию потребления энергоресурсов, а также своевременное предупреждение и ликвидацию аварийных ситуаций. Достичь поставленных результатов планируется за счет использования сетей «интернета вещей» и, как следствие, перехода к принципиально новым решениям в области сбора, хранения, обработки и пользовательского представления данных, основанных на концепциях открытых систем.
Город, таким образом, выступил тестовой площадкой для отработки решения, которое в перспективе стало базой для развития полноценной умной городской инфраструктуры в условиях Белгорода. Результат показывает, что технология была отработана, а также была создана система автоматизированной информационно-измерительной системы учета, которая продолжает работать.
Другими примерами также могут служить запуск пилотного проекта Умный город в Подмосковье от компании МТС в сентябре 2019. Проект реализуется в рамках программы губернатора Московской области Андрея Воробьева «Безопасный район» и включает три направления: экомониторинг, оптимизацию вывоза бытовых отходов и установку в ряде жилых домов интерактивных инфопанелей.
Датчики экомониторинга призваны заменить находящийся на реконструкции сайт Мосэкомониторинга и контролировать уровень выбросов с полигона «Кучино». В рамках пилотного проекта МТС установила специальные датчики в районе «Новокосино-2», в районе железнодорожной станции «Реутов» и метро «Новокосино». Система в режиме реального времени отслеживает текущую экологическую обстановку в городе: температуру и влажность воздуха, выбросы углекислого газа и концентрацию меркаптанов и формальдегидов – токсичных веществ, которые не только являются причиной неприятного запаха, но и в высоких концентрациях вредны для здоровья человека. В случае превышения значений предельно допустимой концентрации веществ в воздухе, система автоматически проинформирует городские надзорные органы. Мониторинг позволяет следить за состоянием воздуха в городе, фиксировать частоту и масштаб выбросов вредных веществ.
На повышение эффективности управления ресурсами направлена система по оптимизации вывоза отходов. Предложенное решение позволяет формировать гибкий график вывоза отходов в зависимости от наполненности бака. Это позволит снизить стоимость вывоза мусора в среднем на 15% за счет экономии топлива и количества баков, обеспечивает полный контроль в выполнении работ. В перспективе комплексная система вывоза мусора позволяет спрогнозировать и снизить нагрузку на мусороперерабатывающие предприятия.
МТС установила в контейнеры пыле- и влагозащищенные ударопрочные датчики, которые фиксируют уровень его наполняемости, а также отслеживают наличие в воздухе определенных газов, что позволит оперативно отреагировать, например, на возгорание мусора. Датчики подходят для разных типов контейнеров: как для смешанного, так и раздельного сбора мусора. При помощи сети NB-IoT данные о состоянии контейнера отправляются в онлайн-систему планирования и контроля, которая прогнозирует скорость их наполнения. На основании прогноза система рассчитывает оптимальный маршрут сбора и вывоза отходов.
В качестве предлагаемого решения авторами статьи разработана и подготовлена архитектура взаимодействия подсистем в рамках транспортной системы Умного города с использованием интерфейсов и протоколов передачи данных открытых систем (рис.1).