ИРН: AP08855641 Создание объединенной системы регистрации комплексной установки ФТИ и ТШВНС

ИРН: AP08855641

Конкурс: ГФ по ННТП на 2020-22 гг. со сроком реализации 27 месяцев (МОН РК)

Тема: «Создание объединенной системы регистрации комплексной установки ФТИ и ТШВНС»

Цель: Создание сетевой инфраструктуры для подключения отдельных экспериментальных установок к единой выделенной локальной сети. Организация синхронизации по времени работы отдельных экспериментальных установок.

Актуальность и новизна

Актуальность современных проблем физики космических лучей определяется исключительно важностью надежности данных о КЛ, которые можно получать, используя комплексные методы одновременной регистрации заряженных частиц.

Руководитель: Мукашев Канат Мукашевич - д-р физ.-мат. наук, Scopus ID 10640069200, WoS O-1539-2016, ORCID ID 0000-0002-0516-8983, ID in Publons O-1539-2016

Исполнители:

  1. Жуков В.В. – канд. физ.-мат. наук, Scopus ID − 35986742800, WoSD-5921-2019, http://www.researcherid.com/rid/D-5921-2019, ORCID ID 0000-0003-0259-9283, ID in PublonsD-5921-2019

  2. Аргынова А.Х. − Scopus ID: − СНС ФТИ, 6505463241, WoSAAD-3736-2020, ORCID ID0000-0002-3800-1485, ID in PublonsAAD-3736-2020, https://scholar.google.com/citations?hl=ru&user=Wb8J__8AAAAJ

  3. Идрисова Т.К. МНС ФТИ, ORCID ID0000-0003-3136-0060, Google Scholar https://scholar.google.com/citations?-hl=ru&user=Re24kuoAAAAJ, Publons https://publons.com/researcher/3372447/tunyk-idrissova/

  4. Искаков Б.А. НС ФТИ, Scopus ID − 35986742800, WoS − O-1104-2014, ORCID ID 0000-0002-0025-8381, ID in Publons − O-1104-2014, Google Scholar https://scholar.google.com/citations?user=NJ0ZpJ0AAAAJ&hl=ru,

  5. Аргынова К.А. инженер ФТИ, ORCID ID 0000-0003-2624-5121

Задачи данного этапа на 2021г: развернуть локальную вычислительную сеть, обеспечивающую связь между подсистемами и сервером, доступ к базе данных из локальной сети; разработать макеты прикладных программ; запустить систему регистрации в режиме пробной эксплуатации.

Краткий отчет и достигнутые результаты

На площадке «Космостанция» работают и развиваются несколько экспериментов, нацеленных на дальнейшее изучение природы ШАЛ и, соответственно, природы космических лучей. Развернута локальная вычислительная сеть, обеспечивающую связь между подсистемами и сервером. Разработана общая схема сетевой инфраструктуры, для подключения отдельных экспериментальных установок к единой выделенной локальной сети. Основная линия связи между подсистемами выполнена объединением в сеть посредством оптоволоконных линий, что повысило надежность связи и скорость передачи данных по сети. Применение оптоволокна повысило устойчивость локальной сети к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, таким, как атмосферные осадки, грозовые разряды и статическое электричество.

Перечень пунктов локальной сети:

  1. Пункт „Общежитие“, здесь расположен центр локальной сети: сетевое и серверное оборудование. Координаты пункта: 43.043335N, 76.943078E.

  2. Пункт „Эллинг“, центр ливневой установки. Координаты пункта: 43.042556N, 76.944330E.

  3. Пункт „ФТИ“, центр установки «Адрон-55» с калориметром, гамма-блоком и нейтронными детекторами. Координаты пункта: 43.044078N, 76.943458E.

  4. Пункт „Горизонт“, центр регистрации установки «Горизонт-Т». Координаты пункта: 43.047177N, 76.945417E.

  5. Пункт „Бункер“, здесь расположены удаленные детекторы установки «Горизонт-Т» с автономной системой регистрации. Координаты пункта: 43.049165N, 76.957369E.

  6. Пункт „Каменный цветок“. Удаленные детекторы установки «Горизонт-Т» с автономной системой регистрации. Координаты пункта: 43.050650N, 76.946487E.

  7. Пункт „Нейтронный супермонитор“, подсистема ливневой установки. Координаты пункта: 43.042856N, 76.944325E.

  8. Пункт „Подземелье“, подземные установки. Координаты пункта: 43.042652N, 76.945055E.

В состав локальной сети были включены удаленные подсистемы, работавшие ранее автономно, подключены к сети посредством радиоканалов.

К подсистемам радиосети относятся: 1 – эллинг, центральный пункт. Периферийные пункты установки радиомостов: 2 – ACOUSTIC/GAMMA (NEV-SOLAR MACHINE), 43.043332N, 76.941943E; 3 – ATMOSPHERICS (KAPT), 43.038234N, 76.944266E; 4 – Турист 1, 43.031360N, 76.947597E; 5 – Турист 2, 43.034136N, 76.940774E; 6 – SEISMOLOGY (NAZYF-CIRK), 43.037273N, 76.941536E; 7 – Бункер (Горизонт-Т), 43.049466N, 76.957565E.

Радиоканалы для подключения дальних пунктов построены на основе оборудования Ubiquiti AirMAX, работающего на частотах 5,470-5,825 ГГц. Этот диапазон, в отличие от WiFi-диапазона 2.4 ГГц, менее загружен и менее подвержен помехам. В центральном пункте радиосети размещена точка доступа Ubiquiti Rocket M5 с присоединенной к ней всенаправленной антенной Ubiquiti AirMAX Omni 5G10. В удаленных пунктах размещены радиомосты Ubiquiti Nanobeam M5-16.

Вся радиоаппаратура центрального и периферийных пунктов настроена, установлена на удаленные подсистемы и подключена к локальной вычислительной сети.

Для повышения производительности локальная вычислительная сеть была разделена на два сегмента. Первый сегмент с диапазоном адресов 192.168.11.1 – 192.168.11.254 (сеть класса С 192.168.11.0/24) включает в себя компьютеры систем регистрации, два сервера баз данных, файловый и интернет-сервер и систему резервного копирования данных NAS. Второй сегмент с адресами 192.168.12.1 – 192.168.12.254 (сеть класса С 192.168.12.0/24) предназначен для доступа из локальной сети к серверам, компьютерам систем регистрации и сети интернет всем заинтересованным пользователям. Сегменты сети соединяются между собой посредством маршрутизатора Ubiquiti EdgeRouter ER-X. Для выхода в сеть интернета используются шлюзы на базе маршрутизаторов Cisco 1760 и Cisco 2620.

Запущена система регистрации в отладочном режиме.

Проведено моделирование сервера базы данных, совмещенного с интернет-сервером, в качестве макета используется сервер стоечного исполнения HUAWEI RH2285V2. В состав сервера входят два CPU Intel Xeon E5-2400 4-core, 16GB RAM DDR3, два жестких диска объемом по 1TB, объединенные в зеркальный дисковый массив RAID1. Сетевое оборудование представлено двумя интерфейсами Ethernet 10/100/1000 Мбит/с.

Сервер работает под управлением операционной системы Scientific Linux версии 7.8. Для работы с базами данных на сервере развернута свободная объектно-реляционная система управления базами данных PostgreSQL в. 11.9. На сервере запущен NTP демон, обеспечивающий синхронизацию с мировым временем с точностью не хуже 10 мc. Эксплуатация сервера базы данных в отладочном режиме показала правильность выбора аппаратного и программного обеспечения.

Установлен сервер базы данных и систему резервного копирования.

Интернет-сервер развернут на платформе Asus RS300-E10-PS4 с процессором Xeon E-2236 3.4GHz, двумя HDD по 2TB, объединенными в зеркальный дисковый массив RAID 1 и сетевой подсистемой с четырьмя интерфейсами Ethernet 10/100/1000 Мбит/с. В качестве сервера базы данных используется сервер HUAWEI RH2285V2. В состав сервера входят два CPU Intel Xeon E5-2400 2.8 GHz, два жестких диска объемом по 2TB, объединенные в зеркальный дисковый массив RAID1. Сетевое оборудование представлено двумя интерфейсами Ethernet 10/100/1000 Мбит/с. Система резервного копирования развернута на базе NAS-сервера Synology RS819 с двумя HDD по 2TB, объединенными в зеркальный дисковый массив RAID 1.

Оборудование установлено в аппаратную стойку, подключено к локальной сети, протестировано.

Установлена и настроена ОС сервера базы данных и системы резервного копирования.

На серверах установлена свободно распространяемая операционная система Scientific Linux версии 7.9. Для работы с базами данных на сервере развернута свободная объектно-реляционная система управления базами данных PostgreSQL версии 11.9. Установлен и настроен HTTP сервер Apache версии 2.4.1. Для синхронизации с мировым временем с точностью не хуже 10 мс запущен NTP сервер chrony версии 3.5.1. Четыре сетевых порта сервера с разъемами RJ-45 подключены к двум каналам интернет и двум сегментам локальной сети.

В качестве системы резервного копирования используется NAS-сервер Synology RS819 с двумя HDD 2TB, объединенными в зеркальный дисковый массив RAID1.

Подготовлены и отлажены скрипты, создающие дважды в сутки на NAS-сервере Synology резервные копии базы данных. Разработаны и отлажены библиотеки для доступа к базе данных из локальной сети. Разработаны и отлажены библиотеки для доступа к базе данных из локальной сети - под ОС Linux, языки программирования C, C++, Python, Java, Java script. Разработаны и отлаживаются программные интерфейсы и модули, позволяющие переносить записи базы данных в программный контент. Разработаны макеты прикладных программ. Создан пакет прикладных программ под ОС Linux для доступа к базе данных как из локальной сети, так и из сети интернет. Программы эксплуатируются в тестовом режиме. Запущена система регистрации в режиме пробной эксплуатации.

За отчетный период к серверу подключены установки Адрон-55 (здание ФТИ), ливневая установка (здание эллинга), нейтронный супермонитор, подземный монитор, акустическая, сейсмологическая и гамма-сцинтилляционная подсистемы, метеостанция. Подключена и эксплуатируется в тестовом режиме установка Горизонт-Т.

Разработан и отлажен web-интерфейс доступа к записям базы данных и формы текстовых и графических ответов на запросы.

Результаты работы опубликованы:

  1. Мукашев К.М., Степанов А.В., Аргынова А.Х., Жуков В.В., Идрисова Т.К. Об одном способе организации единой системы регистрации космических лучей // Вестник Казахского национального педагогического университета им. Абая. – 2021, - Т.4 (принята в печать).

  2. Mukashev K.M., Stepanov A.V., Argynova A.Kh., Zhukov V.V., Idrisova T.K. About one way of organization unified system for registration of space rays // Eurasian Physical Technical Journal. 2021.− Vol. 4. (принята в печать)

  3. K. Mukashev, A. Argynov, V. Zhukov, T. Idrissova, B. Iskakov, V. Piskal, T. Sadykov, Zh. Sadykov, A. Stepanov, A. Serikkanov. The complex of experimental facilities for the cosmic ray investigation at the Tien Shan mountain station // Applied Sciences (отправлена в печать).

  4. K.M. Mukashev1,3, A.V. Stepanov2, T.Kh. Sadykov1, V.V. Jukov1,2, K.A. Argynova The experimental database of the eas complex installation Acta Geophysica (AGPH)(отправлена в печать).