КОЛЧЕНКО ГАЛИНА ФЕДОРІВНА

УДК 621.391

СИНТЕЗ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИМИ

МЕРЕЖАМИ З ЗАСТОСУВАННЯМ УМОВНИХ КРИТЕРІЇВ

ПЕРЕВАГИ В УМОВАХ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ

05.12.02 – Телекомунікаційні системи та мережі

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті зв'язку

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Хиленко Володимир Васильович,

Український науково-дослідний інститут зв'язку, директор

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Семенко Анатолій Іларіонович,

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій,

професор кафедри телекомунікаційних систем

кандидат технічних наук

Отрох Сергій Іванович,

ВАТ “Укртелеком”, провідний спеціаліст науково-технічного центру

апарату управління електрозв’язку

Провідна організація: Харківський Національний університет радіоелектроніки МОН України (м. Харків).

Захист відбудеться 23.12.2005 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.849.01 при Українському науково-дослідному інституті зв'язку за адресою: 03680, Київ-110, вул. Солом'янська,13

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту зв'язку

Автореферат розісланий 18.11.2005 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради | В.Ф. Михайлов

Загальна характеристика роботи

Вступ. В умовах розмаїття телекомунікаційних та інформаційних технологій, їх швидкого прогресу та конвергенції, різноманітності типів та розгалуженості мереж, зростаючого попиту споживачів на нові послуги та підвищення вимог до їх якості, конкуренції операторів на ринку телекомунікацій тощо виникають усе нові й нові задачі, пов’язані з управлінням телекомунікаційними мережами. Набуває особливої ваги визначення та вирішення проблем і завдань готовності до управління телекомунікаційними мережами в умовах надзвичайних ситуацій, надзвичайного стану та особливого періоду. В цих умовах повинно здійснюватися централізоване управління ресурсами мереж телекомунікацій загального користування, а також відомчих мереж (незалежно від форм власності або відомчої приналежності), і використання цих ресурсів в інтересах управління державою, безпеки, проведення відновлювальних робіт, ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій тощо, а також забезпечення максимально можливого рівня якості надання послуг усім споживачам.

Основні особливості функціонування системи управління телекомунікаційними мережами в умовах надзвичайних ситуацій полягають у тому, що надзвичайна ситуація виникає зненацька, раптово. Виникаючи, вона ставить перед системою управління завдання, що не відповідають стаціонарному режиму роботи системи управління телекомунікаційними мережами та її функціонуванню в звичайних умовах. Системою управління терміново повинні бути прийняті відповідні контрзаходи, однак звичайний порядок роботи не дозволяє цього зробити з ряду причин.

Функціональна структура системи управління (СУ) телекомунікаційними мережами щодо попередження і дій у надзвичайних ситуаціях повинна охоплювати повний перелік проблем, що стосуються надзвичайних ситуацій, включаючи етапи їх прогнозування, попередження і підготовки до функціонування в умовах надзвичайних ситуацій, а також ліквідації їх наслідків.

СУ телекомунікаційними мережами повинна бути спроможна функціонувати в таких чотирьох режимах:

­

­

­

­

СУ телекомунікаційними мережами в надзвичайних ситуаціях повинна застосовувати методи, що виявляють можливість виникнення та розвитку надзвичайних ситуацій і дозволяють швидко реагувати на всі зміни на телекомунікаційних мережах у надзвичайній обстановці. Для цього СУ повинна володіти інформацією про стан телекомунікаційних мереж, наявність обладнання та інших ресурсів, мати можливість превентивного планування тенденцій розвитку поточної ситуації, а також планування ресурсів, необхідних для її поліпшення, стабілізації і зниження важкості наслідків розвитку надзвичайних ситуацій.

Відсутність необхідної інформації часто стає основною перешкодою для функціонування системи управління з метою своєчасного попередження можливих наслідків. У багатьох випадках це обумовлено несвоєчасним наданням даних, виявленням і використанням необхідних ресурсів взаємопов'язаних телекомунікаційних мереж різних операторів.

Численні приклади як у нас у країні, так і за кордоном показують, що навіть наявність достовірної і чіткої інформації у оператора телекомунікацій нерідко є недостатньою для того, щоб була здійснена негайна реакція на виникаючу ситуацію, своєчасно не застосовуються оперативні та ефективні відповідні дії, що виявляються в прийнятті та реалізації адекватних обстановці стратегічних і тактичних рішень.

СУ в умовах надзвичайних ситуацій повинна діяти оперативно й у реальному масштабі часу. Завдання повинні зважуватися в надзвичайних ситуаціях на обмеженому інтервалі часу оперативно і безупинно. При виникненні надзвичайної ситуації в телекомунікаційних мережах можуть виникнути проблеми, у зв'язку з чим вимоги до цих мереж можуть істотно перевищити обмеження, які характерні для телекомунікаційних мереж, що функціонують у режимі повсякденної діяльності.

В умовах складного і мінливого зовнішнього середовища структура системи управління в умовах надзвичайних ситуацій насамперед повинна бути гнучкою та адаптивною. При цьому, на відміну від функцій, завдань, способів управління у традиційних умовах, організаційні механізми систем управління телекомунікаційними мережами в умовах надзвичайних ситуацій повинні бути пристосовані до виявлення нових проблем на мережах і оперативному виробленні рішень, до контролю вже прийнятих рішень та їх негайної реалізації. У рамках системи управління повинна бути забезпечена можливість максимальної концентрації ресурсів усіх телекомунікаційних мереж, об'єднання інформаційних, організаційних і технічних типів резервів для ліквідації в найкоротший термін екстремальної ситуації, що створилася.

На сьогодні не розроблено концепцію побудови СУ телекомунікаційними мережами в умовах надзвичайних ситуацій для України. Не розроблено методику векторного синтезу оптимальної СУ в умовах надзвичайних ситуацій. Тема дисер-таційної роботи, яка присвячена синтезу ефективної системи управління телекомунікаційними мережами України в умовах надзвичайних ситуацій є значущою.

Актуальність теми та стан питання. Рішенню завдання глобального синтезу системи управління сучасними телекомунікаційними мережами присвячено багато робіт українських та закордонних вчених. Створення методів побудови систем управління, теорії масового обслуговування і теорії завадостійкості, пов’язано з роботами таких вчених, як Варакін Л.Є., Вітербі Е.Д., Лазарєв В.Г., Аріпов М.Н., Хиленко В.В., Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Нетес В.А., Нечипоренко В.І., Якубайтіс Е.А., Назаров М.В., Фінк Л.М., Куо Ф.Ф., Бертсекас Д.В., Галлагер Р., Захаров Г.П., Гуткін Л.С., Батіщев Д.І., Красовський О.А., Поспєлов Г.С., Шеннон К., Шахгільдян В.В., Шнепс М.А., Блек Ю., Гандел Р., Девід Е., Болгер Дж., Сігалл А. та інші.

У науковій літературі досліджуються різноманітні концепції побудови систем управління телекомунікаціями, але більшістю всі вони мають недоліки – в основному придатні для мереж і систем управління ними у повсякденних умовах, тоді як вимоги до процесу управління в надзвичайних умовах (у порівнянні з вимогами до СУ у повсякденних умовах), як і до показників якості СУ, є більш жорсткими.

До теперішнього часу не проаналізовані методи багатокритеріальної оптимізації систем управління в умовах надзвичайних ситуацій, які дозволяють здійснити глобальний синтез таких систем з урахуванням усіх основних часткових критеріїв. Не достатньо досліджені можливості мінімізації часу затримки для основних транзакцій в системі управління.

Дисертаційна робота, яка присвячена концепції побудови СУ телекомунікаційними мережами в умовах надзвичайних ситуацій та питанню мінімізації часу затримки для основних транзакцій в системі управління, є актуальною, доцільною, наукові розробки якої сприяють реалізації концепції розвитку телекомунікацій України, прискоренню рішень важливого завдання – інформатизації держави.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи безпосередньо пов’язана з виконанням програми розвитку галузі телекомунікацій України щодо побудови системи управління телекомунікаційними мережами. Обраний напрямок досліджень безпосередньо пов’язаний з напрямками науково-дослідних робіт, що проводились протягом 2000-2005 років в Українському науково-дослідному інституті зв’язку (УНДІЗ), Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій (ДУІКТ) (номери державної реєстрації №№ 0101U000513, 0103U008840, 0103U005431, 0101U004848, 0104U004775, 0105U006412).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є побудова системи управління телекомунікаційними мережами в умовах надзвичайних ситуацій та розробка методики розрахунку часу затримки для основних транзакцій в системі управління, що ґрунтується на основі теорії масового обслуговування.

Об’єктом досліджень є система управління телекомунікаційною мережею, а предметом досліджень – показники якості системи управління цієї мережі.

Для досягнення поставленої мети вирішуються такі завдання:

- виконання порівняльного аналізу методів побудови системи управління телекому-нікаційною мережею в умовах надзвичайних ситуацій;

- визначення основних вимог до системи управління телекомунікаційною мережею в умовах надзвичайних ситуацій;

- побудова логічної і функціональної моделі національної системи управління телекомунікаційними мережами на базі концепції ITU - TМN (Telecommunications Management Network-мережа управління телекомунікаціями);

- розробка загальної структури і визначення основних функцій Національного центру управління (НЦУ) телекомунікаційними мережами України;

- розробка методики розрахунку затримки основних транзакцій в системі управління із врахуванням спектра параметрів мережі;

- розробка методики визначення синтезу оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома показниками якості з застосуванням умовного критерію переваги.

Завдання дисертаційної роботи розв’язувались із застосуванням теорії електрозв’язку, теорії масового обслуговування, теорії черг, методу статистичного моделювання, методів багатокритеріальної оптимізації, методу моделювання на ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає у наступному:

- виконано порівняльний аналіз методів побудови системи управління телекомунікаціями в умовах надзвичайних ситуацій;

- визначено основні завдання та функції управління телекомунікаційною мережею в умовах надзвичайних ситуацій;

- розроблено загальну структуру Національного центру управління телекомунікаційними мережами України;

- розроблено методику розрахунку затримки основних транзакцій в системі управління;

- розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє за допомогою ПЕОМ вирішити завдання визначення середньої затримки управляючої інформації;

- розроблено методику визначення синтезу оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома показниками якості з застосуванням умовного критерію переваги.

Вірогідність наукових результатів, висновків та рекомендацій, викладених в дисертаційній роботі, обґрунтована результатами експериментальних досліджень, коректним використанням математичного апарату та моделюванням на ПЕОМ.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи знайшли застосування в науково-дослідних роботах Українського науково-дослідного інституту зв’язку на теми: “Розробка типового плану відновлення функціонування телекомунікаційних мереж України у надзвичайних ситуаціях і Рекомендацій щодо створення відомчого матеріального резерву для ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій”, “Розробка принципів побудови Національного Центру управління мережами зв’язку”, “Розробка нової редакції “Положення про оперативно-технічне управління мережами телекомунікацій єдиної національної системи телекомунікацій”, затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 15.07.97 №785”, ”Розробка концепції створення автоматизованої системи управління мережами телекомунікацій ВАТ “Укртелеком”, “Розробка проектів нормативно-методичних документів, необхідних для забезпечення функціонування системи оперативно-технічного управління телекомунікаційними мережами”, в науково-дослідній роботі науково-аналітичного центру (НАЦ “Телеком”) ДУІКТ “Розробка методики розрахунку параметрів системи управління інформаційними мережами на основі ентропійних методів" тощо та в навчальних посібниках, які використовуються у навчальному процесі Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій, що підтверджується актами впровадження, які наведені у додатку до дисертаційної роботи.

Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі особисто автором проведені такі дослідження і одержані такі результати: проведено порівняльний аналіз методів побудови системи управління телекомунікаціями в умовах надзвичайних ситуацій [4, 8, 12, 17, 21, 25]; визначено основні завдання та функції управління телекомунікаційною мережею в умовах надзвичайного стану [5, 13, 15, 20, 32]; розроблено рекомендації щодо створення НЦУ мережами телекомунікацій України [26, 28, 29]; проведено аналіз методів розрахунку затримки управляючої інформації та на основі теорії масового обслуговування розроблено методику розрахунку затримки основних транзакцій в системі управління [3, 9, 10, 11, 30]; запропоновано методику синтезу оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома показниками якості з застосуванням умовного критерію переваги [1, 2, 6, 7, 16, 18, 19, 20, 22, 27].

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні результати доповідались на 4-й міжнародній НТК з телекомунікацій, м. Одеса, 1999 р., на науково-практичному семінарі «Проблеми вищої освіти в галузі зв’язку та досягнення сучасних телекомунікаційних технологій”, м. Чернівці, 2001 р, на 5-й міжнародній НТК «Телеком-2001», на 5-й міжнародній науково-практичній конференції «Системы и средства передачи и обработки информации», Одеса, 2001р., на 1-му МРФ «Прикладная радиоэлектроника», м. Харьків, 2002 р, на міжнародних науково-практичних конференціях “Проблеми управління мережами та послугами телекомунікацій в умовах конкурентного ринку”, які проводились Українським будинком економічних та науково-технічних знань товариства “Знання” (УБЕНТЗ) спільно з Українським науково-дослідним інститутом зв’язку, Державним департаментом з питань зв’язку та інформатизації і ВАТ «Укртелеком» в 2002-2005 рр.

Публікації. На тему дисертаційної роботи опубліковано 33 наукові праці (2 – одноосібно) та один навчальний посібник.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, трьох розділів, висновків, переліку використаної літератури та додатків. загальний обсяг роботи складає 205 сторінок друкарського тексту, який у тому числі містить 163 сторінок основного тексту, 50 сторінок з рисунками (29) та таблицями (21), 11 сторінок списку використаних джерел (135 найменувань) та 14 сторінок додатку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета та завдання дослідження, перераховані основні наукові результати дисертації, викладена їх коротка характеристика.

Розділ 1. Аналіз принципів побудови системи управління сучасними телекомунікаційними мережами в умовах надзвичайних ситуацій. Присвячений порівняльному аналізу методу побудови системи управління в звичайних умовах і в умовах надзвичайних ситуацій, визначенню функціональної моделі СУ, розробці загальної структури НЦУ телекомунікаційними мережами України та визначенню основних показників якості, необхідних для реалізації оптимального проектування СУ.

В розділі проведено аналіз сучасного стану розвитку мереж та послуг телекомунікацій, розглянуто тенденції розвитку автоматизованої системи управління мережами та послугами телекомунікацій в умовах багатооператорської діяльності та ринкових відносин.

Система управління телекомунікаційними мережами повинна забезпечувати вирішення повного комплексу завдань, включаючи функції управління, технічного обслуговування, експлуатації мереж телекомунікацій протягом усього їх життєвого циклу (планування, створення баз даних, встановлення обладнання, відновлення зв'язків, управління трафіком, набір статистики, розрахунки), а також функції розвитку (аналіз якості, прогнозування, формування вимог до експлуатаційних характеристик мережі та системи управління).

Проведено обґрунтування вибору концепції побудови СУ - це концепція мережі управління телекомунікаціями ТМN, що є базою для реалізації інтегрованого управління будь-якими за структурою, складом й обсягом мережами телекомунікацій і дозволяє оптимізувати систему управління; мінімізувати час реакції на події в мережі; забезпечити механізми захисту і цілісності даних; мінімізувати час локалізації й усунення несправностей обладнання мережі; поліпшити обслуговування і взаємодію зі споживачами; розширити діапазон і підвищити якість телекомунікаційних послуг.

Організаційна структура системи управління (центральних органів управління і систем управління мережами операторів телекомунікацій) базується на функціональній ієрархічній структурі ТМN, що включає чотири рівні управління: управління елементами мережі (нижній рівень); управління мережею; управління послугами; управління діяльністю (верхній рівень).

В розділі наведено загальну структуру системи управління мережами телекомунікацій. Показано, що функції загального управління мережами національної системи телекомунікацій виконує НЦУ, тобто НЦУ має бути центральним органом системи управління телекомунікаційними мережами.

Система управління окремим видом мережі телекомунікацій звичайно має ієрархічну структуру, розосереджену на території країни, і може містити від двох до чотирьох взаємозв’язаних рівнів управління. Кількість рівнів і конкретний зміст функцій центрів управління на всіх рівнях залежать від багатьох чинників (зокрема, від технології конкретної мережі, від рівня розвитку мережі конкретного оператора тощо) і визначаються при розробці систем управління окремими видами мереж окремих операторів телекомунікацій.

Перший рівень – це рівень розташування центру управління (ЦУ) оператора мережі, яка покриває територію усієї країни. Таких операторів може бути кілька (наприклад, операторів мобільного зв’язку) і відповідно може бути кілька центрів управління. На першому рівні знаходиться НЦУ. Центри управління і Національний центр управління взаємодіють між собою, з міжнародним центром управління мережами телекомунікацій, з центрами управління операторів телекомунікацій країн-учасників СНГ, з центрами управління нижчого рівня. Другий рівень є рівнем розташування регіональних центрів управління, що в межах своєї відповідальності і компетенції вирішують завдання управління мережею (мережами) телекомунікацій на території певного регіону (під регіоном розуміється область або кілька суміжних областей). Для оператора регіонального рівня (тобто мережі якого покривають територію лише певного регіону) регіональний центр управління є головним центром управління в межах його мережі (мереж). Регіональні центри управління взаємодіють між собою, з центрами управління вищого та нижчого рівнів, а також можуть взаємодіяти з INMC і з центрами управління операторів СНД. Третій рівень – рівень розташування локальних (місцевих) пунктів управління, що в межах своєї відповідальності і компетенції вирішують завдання управління місцевою мережею (мережами) телекомунікацій на території певної місцевості (міської, сільської). Для оператора місцевого рівня (тобто мережі якого покривають територію лише певної місцевості) локальні (місцеві) пункти управління є головним центром управління в межах його мережі (мереж). Локальні (місцеві) пункти управління взаємодіють з центрами управління вищого рівня, здійснюють безпосередню взаємодію з елементами мереж і забезпечують управління ними. Локальні ( місцеві) пункти управління є основним джерелом інформації про стан об'єктів управління і виконавцем команд управління мережею телекомунікацій від регіональних центрів управління, центрів управління та Національного центру управління. Локальні (місцеві) пункти управління, як правило, взаємодіють між собою через регіональні центри управління. Четвертий рівень – це рівень розташування об’єктів управління – елементів мереж.

Розроблено загальну структуру НЦУ і визначено його основні функціональні завдання. Визначено, що до складу НЦУ входять такі підрозділи: служба управління розрахунками, служба управління безпекою та захистом інформації, служба управління первинною мережею, служба управління мережами телевізійного зв'язку і радіомовлення, служба управління мережами рухомого зв'язку (наземного та супутникового), служба управління телефонними мережами загального користування, служба управління Інтернет, служба управління спеціальними мережами, служба управління приватними мережами, служба управління мережами документального електрозв'язку, служба управління мережами звукового проводового мовлення, служба управління відомчими мережами, служба управління експлуатацією і веденням бази даних телекомунікаційних і інформаційних ресурсів, служба управління трафіком, служба управління синхронізацією мереж, служба управління міжнародними зв’язками та взаємодії з міжнародним центром управління, служба управління персоналом, служба управління технічним обслуговуванням та ремонтом, служба управління електроживленням, служба управління системою відновлення і засобами відновлення, група юридичної підтримки, група нормативно-технічної документації, група технічного забезпечення. Досліджено функції усіх складових НЦУ в умовах надзвичайних ситуацій.

Розроблено механізм взаємодії Національного центру управління з центрами управління операторів. У процесі управління НЦУ взаємодіє з центрами управління мережами різних операторів по всіх питаннях, що виникають при виконанні його основних функцій. Центри управління мережами телекомунікацій операторів взаємодіють між собою і з Національним центром управління по інтерфейсах Х або Q3. Розроблено узагальнену схему процесу обробки повідомлень при взаємодії Національного центру управління з центрами управління.

Проведено розрахунок чистого приведеного прибутку від впровадження системи управління первинними і вторинними мережами телекомунікацій ВАТ “Укртелеком” і періоду її окупності.

Розділ 2. Метод розрахунку часу затримки транзакції в системі управління із застосуванням апарату теорії масового обслуговування. Визначення часу затримки для основних транзакцій в системі управління є необхідною умовою щодо створення мережі управління з максимальною продуктивністю.

На сучасних мережах використовуються різноманітні технології: з комутацією пакетів або кадрів, комутацією каналів, швидкою комутацією каналів, швидкою комутацією пакетів. Передавання інформації в мережі з комутацією пакетів або кадрів здійснюється за деяким маршрутом, вибір якого визначається проектом мережі. В мережі з комутацією каналів для пари споживачів (в даному випадку – це може бути робоча станція і мережний об’єкт), які повинні з'єднуватися між собою, установлюється маршрут передачі від одного до іншого. Такі параметри, як число і довжина пакетів (кадрів), що надходять до мережі або проходять через неї в будь-який момент часу, число викликів, що надходять на вхід мережі за заданий час, тривалість зайняття, у загальному випадку схильні до стохастичних змін. Тому, для вивчення їхнього впливу на систему й одержання відповідних кількісних характеристик системи, повинні застосовуватися імовірностні методи. Ключову роль в аналізі мереж відіграє теорія масового обслуговування і теорія телетрафіка.

В розділі досліджено клієнт-серверну архітектуру системи управління. Елементи інформаційної архітектури системи управління не є рівноправними. Деякі з них володіють ресурсами, інші мають можливість звертатися до цих ресурсів. Клієнт і сервер будь-якого ресурсу можуть знаходиться як в рамках однієї робочої станції, так і на різних станціях, зв'язаних мережею. Підкреслено, що розподіл функцій за архітектурою "клієнт-сервер" має такі властивості: введення і відображення даних (взаємодія з користувачем); прикладні функції, які необхідні для процесів управління; функції управління ресурсами. Тому, будь-яке прикладення складається з компонентів: компонент представлення даних; прикладний компонент; компонент управління ресурсом. Зв'язок між компонентами здійснюється за певними правилами, які визначаються протоколом взаємодії. Залежно від того, яким чином ці компоненти розподіляються між двома вузлами можна виділити дволанкові або трьохланкові моделі "клієнт-сервер".

Відповідно до клієнт-серверної архітектури завдання в системі управління розділяються між клієнтами і серверами. У дволанковій архітектурі клієнт виконує функції обробки і подання даних, а сервер, як правило, є сховищем даних. У трьохланковій архітектурі обробка даних здійснюється сервером прикладення. Клієнт в цьому випадку відповідає тільки за подання даних і інтерфейс користувача.

В теорії телетрафіку, яка є частиною теорії масового обслуговування, встановлено основні взаємозв’язки параметрів інформаційного обміну, де виділяють декілька систем обслуговування, в тому числі з втратами заявок і з очікуванням, а також їх комбінації. Відмітимо, що для СУ характерна лише система з очікуванням, тому що система з втратами приводить до втрати інформації про деякий негативний процес, що відбувся в мережі, якою управляють. Та як слідство, неприймання заходів до його усунення. Тому для розрахунку і оцінки параметрів СУ будемо використовувати апарат теорії телетрафіка при обслуговуванні заявок з очікуванням.

Розглянемо методику складання мережних моделей на прикладі замкнутої системи масового обслуговування. Представимо систему управління в термінах транзакцій і ресурсів. Транзакції – це активні рухомі елементи системи, а ресурси – неактивні. Транзакціями в системі управління є, наприклад, команди управління, а ресурсом є канал зв'язку в системі управління. Функціонування системи управління можна описувати як взаємодію транзакцій і ресурсів.

Розглянемо систему управління, для якої інтенсивність вхідного потоку інформації управління залежить від стану системи, причому джерело вимог є внутрішнім і генерує обмежений потік заявок. Швидкість надходження інформації управління залежить від числа об'єктів управління, що змінюють стан за певний період часу (наприклад, за добу) і розміру кадру управляючої інформації. Інформація, що поступила в систему в мить, коли вільний хоча б один обслуговуючий пристрій, негайно обробляється. Якщо всі обслуговуючі пристрої у момент надходження інформації зайняті обробкою іншої інформації, то вона не покидає систему, а стає в чергу і чекає, поки один з пристроїв не стане вільним. Таким чином, в замкнутій системі масового обслуговування вхідний потік вимог формується з того, що виходить.

Інформація в системі управління може ініціюватися за запитом від одного з пристроїв центру управління (запит від робочої станції), а може ініціюватися будь-яким мережним елементом у зв’язку зі зміною статусу (або стану) одного або декількох його параметрів.

У першому випадку транзакції в системі управління складаються з чотирьох фаз: субакції запиту, субакції відповіді, субакції підтвердження отримання запиту і субакції підтвердження отримання відповіді (рис. 1). У другому випадку транзакції в системі управління складаються з субакції передачі зміни статусу і субакції підтвердження отримання інформації, тобто повна транзакція утворюється з двох фаз (рис. 2).

Рис. 1. Фази транзакції в СУ (варіант 1)

Рис. 2. Фази транзакції в СУ (варіант 2)

Стан системи характеризується загальним числом вимог, що знаходяться на обслуговуванні і в черзі (рівним k, k=0, 1,..., n), і має таку інтерпретацію:

S0 – пристрій обслуговування вільний;

S1 – пристрій обслуговування зайнятий, черги немає;

S2 – пристрій обслуговування зайнятий, одна заявка в черзі;

…………………………………………………………………..

Sn – пристрій обслуговування зайнятий, n-1 заявка в черзі.

При цьому число об'єктів управління дорівнює n, а число обслуговуючих приладів – r. Якщо – інтенсивність надходження інформації управління, а – інтенсивність потоку обслуговування, то стаціонарний процес в даній системі описуватиметься таким чином:

,

де

В результаті рішення цієї системи знаходимо імовірність k-го стану:

Визначаємо такі характеристики імовірності системи управління:

Ё

(1)

Ё

(2)

Ё

(3)

Ё

(4)

Ё

(5)

Ё

(6)

За визначеною методикою проведено розрахунок залежності часу затримки виконання транзакції в СУ від різних параметрів, які визначають характеристики систем управління. Як і передбачалось, затримка збільшується пропорційно інтенсивності надходження команд управління. Для забезпечення її величини (затримки), яка не перевищує заданої, необхідно при збільшенні інтенсивності команд системи управління збільшити продуктивність комутаційних вузлів і пропускну спроможність каналів. Але як показали розрахунки значне зменшення часу затримки інформації в системі управління відбувається при збільшенні пропускної спроможності каналів мережі управління і продуктивності вузлів до певного рівня. Подальше підвищення ресурсів СУ приводить до зниження виграшу в часі затримки.

Приведена методика розрахунку затримки інформації в системі управління допоможе вирішити завдання оптимального проектування як системи управління мережами телекомунікацій, так і самих мереж в цілому, що дозволить, у свою чергу, здійснити ефективніше управління телекомунікаційними мережами.

Розділ 3. Оптимізація інформаційної моделі ієрархічної системи управління телекомунікаційними мережами. У цьому розділі описані різні методи синтезу оптимальних систем і наведено алгоритм і результат розрахунку оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома показниками якості.

Описано особливості систем управління як складної системи. Визначено основні критерії (показники) якості, що впливають на ефективність управління розмаїттям телекомунікаційних мереж.

Всю множину найчастіше використовуваних критеріїв ефективності роботи системи управління мережею телекомунікацій може бути розділено на дві групи. Одна група характеризує продуктивність роботи СУ, друга – надійність. Продуктивність СУ вимірюється за допомогою показників двох типів - часових, оцінюючих затримку, що вноситься системою управління при виконанні обміну даними, і показників пропускної спроможності, що відображають кількість інформації, переданої мережею в одиницю часу. Як часова характеристика продуктивності системи управління використовується такий показник як час транзакції. Термін "час транзакції" може використовуватися в дуже широкому значенні, тому у кожному конкретному випадку необхідно уточнити, що розуміється під цим терміном. У загальному випадку, час транзакції визначається як інтервал часу між виникненням запиту споживача до якої-небудь послуги системи управління і отриманням відповіді на цей запит. Очевидно, що зміст і значення цього показника залежать від типу послуги, від того, до якого серверу відбувається звертання, а також від поточного стану елементів мережі – завантаженості сегментів, через які проходить запит, завантаженості серверу тощо. Ще одним важливим критерієм ефективності системи управління є її пропускна спроможність. Основне завдання, для вирішення якого будується будь-яка мережа, у тому числі і мережа TMN, – швидка передача інформації між вузлами мережі. Тому критерії, які пов'язані з пропускною спроможністю мережі або частини мережі, добре відображають якість виконання мережею її основної функції. Важливими показниками функціонування СУ є показники надійності і відмовостійкості, які відображають здатність функціонувати належним чином протягом тривалого періоду часу. Аналізуючи ці властивості для СУ можна визначити три складових: власне надійність, готовність і зручність обслуговування. Підвищення надійності полягає в запобіганні несправностям, відмовам і збоям за рахунок застосування електронних схем і компонентів з високим ступенем інтеграції, зниження рівня перешкод, полегшених режимів роботи схем, забезпечення теплових режимів їх роботи, а також за рахунок вдосконалення методів збірки апаратури. Надійність вимірюється інтенсивністю відмов і середнім часом напрацювання на відмову. Надійність мереж як розподілених систем багато в чому визначається надійністю кабельних систем і комутаційної апаратури – роз'ємів, кросових панелей, комутаційних шаф тощо., що забезпечують власне електричну або оптичну зв'язність окремих вузлів між собою. Надійність системи управління мережею визначається надійністю серверів і робочих станцій системи управління, а також надійністю її мережі.

В розділі проведено порівняльний аналіз існуючих методів математичного формулювання задач оптимального проектування. Кількість показників, які характеризують якість реальної системи, може бути дуже великою. Показано, що при виборі кількості критеріїв при розв’язанні задачі синтезу оптимальної системи управління необхідно враховувати, що, з одного боку, збільшення числа параметрів, які представляють часткові критерії оптимальності, повинно привести до вибору досконалішої системи, а з другого боку, ускладнює отримання результуючого критерію оптимальності без введення додаткових обмежень. Це означає, що чим більша кількість показників якості враховується при синтезі системи, тим більш досконалою буде синтезована система. Проте, якщо більше врахованих показників якості, тоді складніше провести синтез без введення порівняно грубих припущень і тим більш допускається “свавілля” щодо вибору оптимальної системи. Тому на практиці існує оптимальна кількість показників якості, яку необхідно враховувати. Введення додаткових показників якості призводить не до покращення, а до погіршення результатів синтезу. Досліджено методи об’єднання суперечливих критеріїв та отримання загального критерію. Це дозволяє здійснити глобальний синтез СУ з урахуванням часткових критеріїв, необхідних для забезпечення точності параметрів мережі.

Розроблено методику синтезу оптимальної системи управління з застосуванням умовного критерію переваги (УКП) за двома критеріями (показниками якості): часом затримки виконання транзакції в системі управління (критерій k1) і вартістю системи управління в цілому (критерій k2).

Якщо вид залежності не може бути обґрунтований, то потрібно ввести який-небудь умовний (довільний, грубий) критерій переваги. При виборі такого УКП можна міркувати, наприклад, у такий спосіб. Розглянемо дві довільні (не обов'язково сусідні) негірші точки (системи) і . При переході від системи до системи показник якості зменшується від до , тобто поліпшується. Але це поліпшення неминуче супроводжується збільшенням (погіршенням) показника на величину

(7)

Очевидно, величина є «платою» за поліпшення (зменшення) показника якості від до . Будемо вважати перехід від точки (системи) до точки (системі) доцільним, тобто вважати точку кращою, ніж , якщо

(8)

Якщо ж виявляється

(9)

вважатимемо, що точка гірше точки . Тут – деяке допустиме значення «плати» . Очевидно, у загальному випадку величина повинна вибиратися залежною як від абсолютного виграшу

(10)

у величині показника , так і від вихідних значень показників і . Тому в загальному випадку необхідно вибрати вид функції

(11)

яку будемо називати допустимою функцією втрат. Підходящий вид цієї функції повинний вибиратися в залежності від конкретного технічного завдання, що розв'язується при синтезі системи. Однак очевидно, що в будь-якому випадку припустима функція втрат повинна бути монотонно-зростаючою функцією виграшу . В окремих випадках функція може вибиратися не залежною в явному виді від аргументів і або від одного з цих аргументів.

Сформульованим вимогам задовольняють, зокрема, такі види допустимої функції втрат:

(12)

(13)

де а – деяка постійна;

(14)

де b- деяка константа;

(15)

де с і В – деякі константи). Постійні a, b, с і В повинні вибиратися виходячи з конкретних умов розв'язуваного технічного завдання (наприклад, методом експертних оцінок).

Для конкретної розв'язуваної задачі синтезу вибирається підходяща допустима функція втрат виду (11) або одного з більш часткових видів. Потім проводиться порівняння між собою всіх негірших точок (систем). При цьому з кожної пари точок і (де ) точка вважається кращою, якщо умова (8) виконується (де ), і гіршою, якщо вона не виконується. Порівняння і відсівання гірших точок продовжуються доти, поки не будуть відсіяні всі точки, за винятком однієї, котра і визнається найкращою для обраного УКП.

Процес вибору оптимальної система за допомогою умовного критерію переваги з деякої кінцевої дискретної множини систем з відомими показниками якості може бути розбитий на такі етапи.

Нульовий етап. Запишемо всю існуючу множину систем у вигляді таблиці. Ця множина систем графічно відповідає деякому простору допустимих точок. Кожна система записана як координата () деякої точки цього простору.

1-й етап. Для кожного мережного елементу знаходимо систему (точку на просторі суворо допустимих систем) з мінімальним значенням показника . Припустимо, що для n-го мережного елементу мінімальне значення має система .

2-й етап. Для кожного мережного елементу знаходимо систему (точку) з мінімальним значенням показника . Припустимо, що для n-го мережного елементу мінімальне значення має система

3-й етап. Вилучаємо з подальшого розгляду усі інші варіанти як гірші для n-го мережного елементу. Ця процедура проводиться для кожного мережного елементу.

4-й етап. Надалі необхідно розглядати деяку кількість можливих варіантів побудови системи управління в цілому, яка є множиною негірших систем. Застосовуючи до цих варіантів безумовний критерій переваги, знаходимо варіанти, з яких складається простір негірших систем.

5-й етап. Для того, щоб вибрати з цих варіантів якнайкращий, необхідно заздалегідь ввести який-небудь умовний критерій переваги, наприклад, критерій вигляду:

, (16)

для якого визначається співвідношенням:

(17)

Для застосування цього критерію необхідно обрати величину а, яка дорівнює

(18)

Оскільки в розглянутому прикладі – час затримки інформації системи, а – її вартість, то вибрати величину а це значить – встановити, на скільки відсотків доцільно збільшувати вартість системи заради зменшення часу затримки на 1%. Виберемо а=2, тобто припустимо, що перехід від системи до (де ) доцільний (тобто S' кращий, ніж S") якщо виконується умова:

,

тобто є умова

(19)

і недоцільний (система S' гірша, ніж ), якщо умова (16) не виконується. Застосовуючи до всіх варіантів, що залишилися, критерій (16) визначаємо оптимальну систему управління за обраними критеріями.

Розроблено програмне забезпечення, що реалізує алгоритм за цією методикою. Проведено розрахунки і визначено оптимальну систему управління.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень, сформульованих і обґрунтованих у дисертаційній роботі, є вирішенням наукового завдання побудови системи управління телекомунікаційною мережею в умовах надзвичайних ситуацій, а також підвищення якісних показників цієї системи.

В дисертаційній роботі отримано такі теоретичні та науково-практичні результати:

1. Досліджено тенденції створення систем управління сучасними телекомунікаційними мережами. Запропоновано концепцію побудови системи управління як системи інтегрованого управління будь-якими за структурою, складом й обсягами мережами телекомунікацій. Цю концепцію побудови СУ доцільно впровадити в мережах телекомунікацій України для досягнення ефективнішого та економічнішого управління як традиційними, так і новітніми мережами.

2. Розроблено логічну і функціональну моделі національної системи управління мережами телекомунікацій на базі TМN (Telecommunications Management Network-мережа управління телекомунікаціями). Визначено основні завдання та функції управління телекомунікаційною мережею в умовах надзвичайних ситуацій.

3. Розроблено загальну структуру Національного центру управління телекомунікаційними мережами України. Визначено організаційний склад НЦУ і досліджено функції усіх складових НЦУ в умовах надзвичайних ситуацій.

4. Розроблено загальну структуру системи управління мережами телекомунікацій за ієрархічною структурою, визначено кількість рівнів і конкретний зміст функцій центрів управління на всіх рівнях, досліджено взаємовідносини між усіма складовими системи управління в цілому.

5. Розроблено методику розрахунку одного з найважливіших параметрів системи управління – затримки часу для основних транзакцій в системі управління. За методикою проведено розрахунок залежності часу затримки виконання транзакції в СУ від різних параметрів, які визначають характеристики систем управління. Розрахунки показали, що затримка збільшується пропорційно до інтенсивності надходження команд управління. Зменшення часу затримки інформації в системі управління відбувається при збільшенні пропускної спроможності каналів мережі управління і продуктивності вузлів до певного рівня. Подальше підвищення ресурсів СУ приводить до зниження виграшу в часі затримки.

Приведена методика розрахунку затримки транзакції в системі управління допоможе вирішити завдання оптимального проектування як системи управління мережами телекомунікацій, так і самих мереж в цілому, що дозволить, у свою чергу, здійснити ефективніше управління телекомунікаційними мережами.

6. Розраховано за допомогою моделювання на ПЕОМ залежність затримки транзакції в СУ від параметрів СУ, що дозволяє обрати ефективні параметри мережі.

7. Проведено порівняльний аналіз існуючих методів математичного формулювання задач оптимального проектування. Обґрунтовано вибір часткових критеріїв для синтезу оптимальної СУ. Досліджено методи об’єднання суперечливих критеріїв та отримання загального критерію.

8. Розроблено методику синтезу оптимальної системи управління з застосуванням УКП за двома критеріями (показниками якості): часом затримки виконання транзакції в системі управління і вартістю системи управління в цілому.

9. Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє отримати оптимальне рішення для синтезу системи управління за двома показниками якості.

Запропоновані методики широко впроваджуються в системах управління сучасними телекомунікаційними мережами України та охоплюють новітні технологічні рішення. Це дозволяє на базі традиційного обладнання здійснювати більш ефективне та досконале управління, що є актуальним для телекомунікаційних мереж України.

Список опублікованих наукових праць

за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.