УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЗВ'ЯЗКУ

ВАРФОЛОМЕЄВА ОКСАНА ГРИГОРІВНА

УДК 621.391

ПІДВИЩЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИМИ МЕРЕЖАМИ З ЗАСТОСУВАННЯМ МЕХАНІЗМУ КОРЕЛЯЦІЇ ПОДІЙ

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

Беркман Любов Наумівна,

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій,

завідуюча кафедрою телекомунікаційних систем

Офіційні опоненти:

Заслужений діяч науки і техніки, доктор технічних наук, професор,

Лучук Андрій Михайлович,

Український науково-дослідний інститут зв'язку,

провідний науковий співробітник

кандидат технічних наук

Дробик Олександр Васильович,

Державний університет інформаційно-комунікаційних,

завідувач науково-дослідним сектором “НАЦ-Телеком”

Провідна організація: Одеська національна академія зв’язку ім. Попова О.С.

Міністерства транспорту і зв’язку України, м. Одеса

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 даний час спостерігається могутнє зростання і розвиток телекомунікаційних засобів і систем, розширення спектру послуг, зростання числа компаній, що займаються проектуванням і експлуатацією мереж і систем телекомунікацій. Будь-який оператор телекомунікацій потребує адекватної системи управління своєю мережею. Для забезпечення високої якості обслуговування абонента при впровадженні сучасних технологічних рішень у галузі телекомунікацій і надання високотехнологічних телекомунікаційних послуг потрібна наявність системи управління, яка дозволяє проводити моніторинг і швидке реконфігурування мережі, своєчасно знаходити і усувати несправності і забезпечувати оперативне підключення споживачів до нових послуг. Від організації системи управління залежить надійність і, відповідно, конкурентоспроможність мережі оператора. На початковому етапі розвитку, або в умовах жорстких фінансових обмежень, можна обійтися мінімальними можливостями у сфері управління. Проте для оператора телекомунікацій, який займає достатньо стабільне положення на ринку, пропонує широкий спектр послуг, і, відповідно, має в своєму розпорядженні велику кількість обладнання, потрібна система автоматизованого управління мережами. Крім того, з'являється необхідність виробити єдину концепцію автоматизації управління для подальшого розвитку мережі.

Однією з головних проблем при організації системи управління мережею є те, що в мережі часто використовується обладнання різних виробників. Звичайно кожний з них пропонує достатньо могутню і багатофункціональну систему управління тільки своїм обладнанням. З другого боку, існують платформи мережного управління, побудовані на принципах взаємодії відкритих систем, такі як HP OpenView або SunNet Manager, які дозволяють управляти широким спектром різного обладнання, але є лише основою для мережного управління. Розвиток сучасних телекомунікацій потребує від виробників розробляти власні системи управління, які можуть використовуватися в поєднанні із стандартними платформами мережного управління, побудованими на принципах взаємодії відкритих систем.

Критеріями оптимальної роботи системи управління є її продуктивність і надійність, які, в свою чергу визначаються конкретними показниками оцінки, наприклад, часом реакції, коефіцієнтом помилок, вартістю системи тощо. Ці параметри, що прямо або побічно впливають на критерії оптимальності, можуть змінюватися з метою підвищення показників ефективності роботи системи управління. При розробці оптимальної системи управління необхідно задавати порогові значення критеріїв оптимальності.

Побудова раціонального варіанту системи пов'язана з вибором великої і різнорідної множини параметрів – типів і моделей обладнання, яке використовується, модифікацій цього обладнання, об'єктів управління, типів операційних систем, стеків протоколів, їх параметрів тощо.

Система управління (СУ) повинна здійснювати вибір деякої найпереважнішої управляючої дії з початкової множини всіх можливих управляючих дій, яка забезпечує найефективніше досягнення цілей управління. Побудова аналітичної моделі СУ ускладнено через відсутність або недоліку апріорної інформації про об'єкт управління, а також через обмеженість і складність використовуваного математичного апарату.

Із зростанням обсягу послуг , що надаються, істотно збільшуватиметься число управляючих дій, а, значить, і обсяг інформації управління, що передається , внаслідок чого система управління може бути джерелом значного завантаження основної мережі телекомунікацій. За прогнозом, кількість управляючої інформації буде різко зростати з розширенням кількості послуг, які надаються, внаслідок чого система управління може “поглинути” основну мережу.

Таким чином, в даний час одним з визначальних критеріїв побудови оптимальної системи управління є рішення задачі мінімізації обсягів інформації управління. Необхідно визначити таку мінімальну кількість інформації, яка необхідна для виконання функцій управління із заданою точністю параметрів.

На сьогодні не існує методів визначення кількості управляючої інформації з урахуванням кореляційних зв’язків між параметрами та об’єктами управління, що б дозволило визначити необхідні вимоги до параметрів телекомунікаційної мережі. Не визначена методика, за якою можна було провести обґрунтований вибір визначення часткових критеріїв (показників якості) і визначення узагальненого критерію якості для побудови оптимальної системи управління.

Тема дисертаційної роботи, яка присвячена розробці методики підвищення показників якості системи управління різнорідними телекомунікаційними мережами України з урахуванням механізмів кореляції подій є значущою.

Актуальність теми та стан питання. Питанням побудови системи управління сучасними телекомунікаційними мережами присвячено багато робіт українських та закордонних вчених. Розробці методів синтезу систем управління присвячені роботи таких вчених як Варакін Л.Є., Вітербі Е.Д., Лазарєв В.Г., Аріпов М.Н., Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Хиленко В.В., Нетес В.А., Нечипоренко В.І., Якубайтіс Е.А.. Розв’язування задач з теорії інформації, теорії завадостійкості, оптимізації складних систем пов’язано з роботами таких вчених, як Харкевич О.О., Зюко А.Г., Кловський Д.Д., 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., Сігалл А. та інші.

У науковій літературі досліджуються різноманітні концепції побудови систем управління телекомунікаціями, але більшістю всі вони мають недоліки – в основному придатні для однорідних мереж, а сучасні інформаційні мережі є гетерогенними, тобто характеризуються широким спектром різноманітного обладнання та умов функціонування. До такої мережі належить, наприклад, телекомунікаційна мережа такого оператора як ВАТ “Укртелеком”.

Практично не проаналізовані методи підвищення показників якості системи управління гетерогенною мережею, які впливають на ефективність проектування і реалізації телекомунікаційних мереж України.

Не достатньо проаналізовані методи визначення кількості управляючої інформації, які дозволяють оцінити обсяг управляючої інформації при проектуванні системи управління телекомунікаційною мережею.

Виникає необхідність розробки методики підвищення показників якості СУ, особливо мінімізації кількості інформації управління , а тим самим і мінімізації пропускної спроможності мережі системи управління.

Тема дисертаційної роботи, яка присвячена дослідженню методів побудови СУ гетерогенною телекомунікаційною мережею та розробці методики розрахунку кількості інформації управління з урахуванням кореляційних зв’язків між параметрами системи управління, є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Український науково-дослідний інститут зв’язку (УНДІЗ), Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій (ДУІКТ), та ВАТ “Укртелеком” активно працюють над розробками та впровадженням на державному рівні концепції ефективної системи управління телекомунікаційними мережами україни. питання, які розглянуті та розроблені в дисертаційній роботі, пов’язані з тематичними планами, затвердженими ДКЗІ України. державні реєстраційні №№ 0101U000513, 0103U008840, 0103U005431, 0101U004848, 0104U004775.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є дослідження методів побудови системи управління гетерогенною телекомунікаційною мережею, розробка методики розрахунку кількості управляючої інформації з урахуванням механізмів кореляції подій, визначення узагальнюючого результуючого критерію оптимальності з використанням методу експертних оцінок щодо параметрів якості систем управління телекомунікаційними мережами.

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

Для досягнення поставленої мети вирішуються такі завдання:

- проведення порівняльного аналізу методів побудови системи управління гетерогенною телекомунікаційною мережею;

- визначення функціональної моделі системи управління діяльністю оператора телекомунікацій згідно концепції TMN міжнародного союзу електрозв’язку ITU і концепції Smart TMN Форуму управління телекомунікаціями TM Forum ;

- визначення функціональної моделі системи управління гетерогенними мережами телекомунікацій згідно концепцій TMN і Smart TMN;

- розробка методики розрахунку кількості управляючої інформації з урахуванням кореляційних зв'язків;

- розробка методики експертних оцінок щодо параметрів якості систем управління телекомунікаційними мережами та визначення вагових коефіцієнтів для часткових критеріїв при побудові систем управління;

- розробка методики перевірки узгодженості і вірогідності результатів експертних оцінок;

- розробка методики і алгоритму отримання узагальненого критерію оптимальності для побудови системи управління.

Завдання дисертаційної роботи розв’язувались із застосуванням теорії електрозв’язку, теорії інформації, інформаційно-ентропійного методу визначення кількості управляючої інформації, математичного апарату розв’язання задач оптимізації, методу статистичного моделювання, методу моделювання на ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна результатів дисертаційної роботи:

- виконано порівняльний аналіз методів побудови системи управління мережами телекомунікацій і запропоновано принципи побудови СУ гетерогенними телекомунікаційними мережами;

- розроблено методику мінімізації кількості управляючої інформації з урахуванням кореляційних зв'язків, що дозволяє визначити пропускну спроможність каналів СУ, які задовольняють широкому спектру вимог споживачів, забезпечуючи необхідну точність параметрів мережі, що управляється;

- розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє вирішити за допомогою ПЕОМ задачу визначення кількості управляючої інформації;

- розроблено методику експертних оцінок для визначення вагових коефіцієнтів часткових критеріїв (показників якості) системи управління телекомунікаційними мережами;

- розроблено алгоритм визначення узагальнюючого критерію оптимальності для побудови системи управління на базі отриманих вагових коефіцієнтів за методикою експертних оцінок.

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 принципів побудови Національного Центру управління мережами зв’язку”, “Розробка нової редакції “Положення про оперативно-технічне управління мережами зв’язку єдиної національної системи зв’язку”, 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 в навчальному процесі Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій, що підтверджується актами впровадження, які наведені у додатку до дисертаційної роботи.

Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі особистий внесок автора відображено в наукових розробках, при цьому виконано: порівняльний аналіз варіантів методів побудови систем управління різнорідними телекомунікаційними мережами [10,13,15,16, 17,18,20,21,23,24]; дослідження методів визначення кількості управляючої інформації і запропоновано методику, що дозволяє визначити мінімальну кількість управляючої інформації з урахуванням кореляційних зв’язків для забезпечення необхідної точності параметрів мережі, яка управляється [2,3,5,6,9,12,27]; дослідження методів експертних оцінок і розробку методики визначення вагових коефіцієнтів для часткових критеріїв (показників якості) системи управління телекомунікаційними мережами [1,4,8,16]; розроблення алгоритму визначення узагальненого критерію оптимальності для побудови системи управління на базі отриманих вагових коефіцієнтів за методикою експертних оцінок [1,5,7,11,19,22,27].

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) сумісно з Українським науково-дослідним інститутом зв’язку, Державним департаментом з питань зв’язку і інформатизації та ВАТ «Укртелеком» в 2002-2005 рр.

Публікації. На тему дисертаційної роботи опубліковано 25 наукових праць (2 – одноосібно) та два навчальних посібника.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, трьох розділів, висновків, переліку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг роботи складає 192 сторінки друкарського тексту, який у тому числі містить 151 сторінок основного тексту, 33 сторінки з рисунками та таблицями, 12 сторінок списку використаних джерел (134 найменування) 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 стисла характеристика.

Розділ 1. Дослідження та аналіз сучасних методів управління гетерогенними телекомунікаційними мережами. Перший розділ присвячений визначенню стратегії створення і розвитку системи управління гетерогенними телекомунікаційними мережами оператора телекомунікацій, яка має бути органічною частиною єдиної системи управління діяльністю оператора і дозволить забезпечити управління складною гетерогенною мережею з максимальним рівнем автоматизації для забезпечення задоволення різних категорій споживачів сучасним набором послуг телекомунікацій від базових (мова, факсимільні повідомлення, низькошвидкісні дані) до високошвидкісних послуг мультимедіа.

В розділі проведено аналіз сучасного стану розвитку мереж та послуг телекомунікацій, у тому числі, підкреслені такі особливості розвитку телекомунікаційних мереж як їхня неоднорідність як за структурою, так і за технічними засобами, істотне розширення номенклатури та обсягу послуг, зростання вимог до якості послуг і управління цими процесами, потребою в управлінні взаємодією телекомунікаційних мереж різних операторів тощо. Розглянуто питання створення мультисервісної мережі наступного покоління і визначено вимоги до управління нею.

В розділі проведений порівняльний аналіз існуючих концепцій і моделей управління телекомунікаційними мережами. В даний час питаннями стандартизації управління телекомунікаційними мережами займаються кілька міжнародних організацій. Найбільш важливими є: концепція TMN Міжнародного союзу електрозв’язку з питань телекомунікацій (ITU); модель Форуму управління телекомунікаціями (TeleManagement Forum - TM Forum), заснована на концепції Smart TMN; модель IETF, заснована на стандартних базових засобах мережного управління (Network Management Framework) мережі Internet; модель мережного управління АТМ-форуму (на основі моделі IETF з використанням елементів TMN); модель управління фірми IBM; моделі з застосуванням технології управління CORBA.

Загальновизнаною концепцією управління – є концепція TMN, яка передбачає такі рівні управління: елементами мережі; мережею; послугами; бізнесом. Модель TMN має простий і дуже загальний зміст, але її конкретна практична реалізація – справа складна. Крім того, на нинішній час, ці стандарти реалізовані в основному для рівнів елементного і мережного управління. Але зараз необхідно забезпечити повномасштабне управління процесом надання послуги з моменту початку його ініціалізації до моменту завершення.

Логічним розвитком моделі TMN є концепція TM Forum – Smart TMN , яка передбачає можливість управління в умовах мережі з обладнанням багатьох виробників на всіх рівнях управління, обумовлених концепцією TMN.

За концепцією TM Forum для опису моделі ведення бізнесу оператора вводяться поняття процесів і функцій. Функція – складова частина процесу, що ініціюється якою-небудь подією. Для виконання функції необхідні деякі вхідні дані, а результатом її є набір вихідних даних. Функції, як правило, завжди спеціалізовані. Процес – набір функцій. При цьому процес може містити в собі дочірні процеси, і усі вони здатні оперувати тим самим набором функцій, що надає можливість створити прозоре управління шляхом організації обміну інформацією між підпроцесами.

Визначено перспективні напрямки розвитку систем управління телекомунікаціями в Україні. Підкреслено, що на базі проведеного аналізу можна зробити висновок, що найбільші перспективи для сфери управління телекомунікаціями має концепція TMN з врахуванням положень Smart TMN та композитний підхід на базі комбінації технологій CORBA – Java.

Система управління телекомунікаційними мережами оператора має бути органічною складовою частиною єдиної автоматизованої системи управління діяльністю (АСУД). В розділі наведено загальну структуру АСУД і визначено місце автоматизованої системи управління мережами телекомунікацій (АСУМТ) у її структурі. За наведеною моделлю основні бізнес-процеси підприємства телекомунікацій – постачальника послуг телекомунікацій організовані у відповідності з 4-рівневою ієрархією, де на верхньому рівні знаходиться споживач послуг – клієнт, а на нижньому – мережна інфраструктура. Рівні ієрархії розташовуються таким чином:

1 – організація взаємодії з клієнтом (Customer Іnterfаce Mаnаgement Processes);

2 – обслуговування клієнта (Customer Cаre Processes);

3 – створення та надання послуг (Servіce Development аnd Operаtіons Processes);

4 – управління мережею та інфраструктурою (Network аnd Systems Mаnаgement Processes) – створення цієї системи є кінцевою метою даної концепції створення автоматизованої системи управління мережами телекомунікацій оператора телекомунікацій.

Далі в розділі розглядаються питання побудови АСУМТ, тобто згідно класифікації ТОМ (Telecom Operations Map) TM Forum – рівень 4 моделі – системи управління мережею та інфраструктурою (Network аnd Systems Mаnаgement Processes). Розроблено функціональну модель АСУМТ, яка базується на ідеології взаємодії відкритих систем, концепціях TMN та Smаrt TMN. АСУМТ має рівневу ієрархічну структуру і включає: рівень елементів мережі, який надає необхідну для середовища TMN інформацію від окремих мережних елементів та одержує від середовища TMN команди управління; рівень управління елементами мережі, який здійснює контроль, відображення робочих характеристик та параметрів, технічне обслуговування, тестування, конфігурування елементів, тощо; рівень управління мережею, який забезпечує управління елементами мережі у їх взаємодії між собою, управління усіма ресурсами мережі. Функції рівня управління послугами концепції TMN виконуються відповідними рівнями загальної автоматизованої системи управління діяльністю оператора (згідно положень Smаrt TMN – рівні 1-3 моделі ТОМ TM Forum).

Визначено функціональні завдання АСУМТ для кожного рівня ієрархії управління, послуги і сфери управління.

Розділ 2. Методика розрахунку інформаційних потоків в системі управління з урахуванням кореляційних зв'язків. В другому розділі проведено оцінку кореляційних характеристик об'єктів і параметрів управління, розроблено методику визначення обсягів управляючої інформації з урахуванням кореляційних зв'язків (із застосуванням теорії інформації і інформаційно-ентропійного методу розрахунку кількості інформації) та визначено обсяги управляючої інформації, які необхідні для побудові оптимального варіанту системи управління обраним сегментом мережі.

Інформація про функціонування телекомунікаційної мережі та окремих її компонентів надходить до системи управління. В результаті обробки інформації, що надійшла до системи управління від об'єктів (елементів) управління, формується узагальнена інформаційна модель стану мережі телекомунікацій, на підставі якої визначаються рішення різного рівня і виконуються необхідні процедури управління.

Інформаційна адекватність цієї моделі залежить від точності оцінки інформаційних потоків управляючої інформації і передбачає облік динаміки зміни цих потоків і кореляційних залежностей між ними.

Для забезпечення ефективного управління СУ повинна здійснити вибір деякої найпереважнішої управляючої дії з вихідної множини всіх можливих управляючих дій. В результаті вибору невизначеність початкової множини зменшується на величину інформації, яка породжується самим актом вибору. Отже, теорія інформації може бути застосована як для ідентифікації стану об'єкту управління, так і для прийняття рішень про управляючі дії СУ. Завдання прийняття рішення про найефективнішу управляючу дію в теорії інформації формулюється таким чином: знаючи цільовий стан об'єкту управління, на основі його інформаційної моделі, визначити такі вхідні параметри, які з урахуванням передісторії і поточного стану об'єкту управління, а також впливу середовища, з найбільшою ефективністю переведуть його в цільовий стан, що характеризується вихідними параметрами.

В термінах теорії інформації «управління мережею» – це процес зменшення невизначеності її стану, що чисельно характеризується зміною відповідної ентропії, оскільки ентропія визначає відхилення параметрів мережі для кожного фіксованого моменту часу.

Впровадження нових технологій, зростання обсягу послуг – все це приводить до відповідного збільшення обсягу інформації управління, яка циркулює в мережі і може бути джерелом її значного завантаження. Таким чином, рішення задачі мінімізації обсягів інформації управління набуває великого значення.

Зміна стану мережного елементу, що є компонентом мережі, може викликати відповідні зміни в різних ділянках мережі. Відмова може розповсюджуватися і впливати на різні послуги на рівні мережі. Перехід в неробочий стан одного мережного елементу або навіть одного або декількох параметрів мережного елементу веде до генерації великої кількості аварійних повідомлень різного типу і різних форматів, які передаються з різних місць. Система управління повинна забезпечити автоматичний збір даних з урахуванням їх кореляції, ґрунтуючись не тільки на описі стану і поведінки компонентів, що управляються, але і на явному описі стану і поведінки відносин між цими компонентами. Мережі можуть включати дуже складні взаємодії між великою кількістю взаємно–сполучених мережних елементів і облік відносин між компонентами мережі дозволяє точніше розрахувати необхідну кількість управляючої інформації в мережі.

Зміна стану деякого об'єкту або параметра мережі означає виникнення певної події (повідомлення) в мережі телекомунікацій, тому, взаємний вплив елементів мережі може розглядатися як кореляція подій і може бути представлено як процес перегляду великої кількості подій, який приводить до відкидання деяких з них і аналізу відносин типу "причина-ефект" між подіями, що залишилися, з виділенням тривожних сигналів з набору взаємозв'язаних подій або ідентифікації події, що є причиною виникнення зміни стану елемента мережі.

Кореляційний аналіз – сукупність методів математичної статистики, що дозволяє оцінювати коефіцієнти, які характеризують кореляцію між випадковими величинами, і перевіряти гіпотези про їх значення на основі розрахунку їх вибіркових аналогів.

Показано, що процес функціонування мережі в кожний момент часу t характеризується вектором змінних станів {x1(t), x2(t),…, xn(t)} або функціоналом Ф{x1(t), x2(t),…, xn(t)}. Вказані змінні станів є випадковими величинами зі своїми законами розподілу Р(хi). Управління мережею – процес приведення змінних стану мережі за заданий час з початкового стану до встановленого. Наприклад, хi – термін часу доставки інформації між двома вузлами мережі. Якість функціонування мережі характеризується середньою затримкою повідомлень, яка обчислюється середньою величиною затримки на всіх вузлах.

Кожну сукупність значень параметрів інформаційної мережі можна розглядати як певний стан мережі. У теорії ймовірності та теорії інформації поняття ентропії було поширене на розподіл імовірностей будь-яких змінних. За ентропію безперервного розподілу ймовірностей змінних х1, х2,…хn прийнято величину:

, (1)

де p(х1, х2,…, хn) – густина імовірностей.

Теорія інформації розглядає ентропію розподілу ймовірностей в системах отримання і передачі інформації. При цьому вважається, що після отримання інформації про яку-небудь величину, розподіл імовірності цієї величини, отже, ентропія може суттєво змінитися.

Якщо дві випадкові події X і У, якимсь чином пов'язані одна з другою (інакше кажучи, є кореляційна залежність між X і У), то знання однієї з них, очевидно, зменшує невизначеність значень іншої. Невизначеність, що залишається, оцінюється умовною ентропією. Так, умовна ентропія Х за умови знання У визначається як

(2)

де P(Xi|Yj) – умовна імовірність (імовірність i-го значення X за умови Y=Yj), діапазони змінювання X і У (відповідно N і K) не обов'язково співпадають.

Поняття умовної ентропії в теорії інформації використовується при визначенні взаємозалежності між символами кодованого алфавіту, для визначення втрат при передачі інформації по каналах телекомунікацій, при обчисленні ентропії об'єднання. Стосовно визначення кількості інформації в системі управління можна сказати, що, якщо є n залежних об'єктів або параметрів управління, то загальна кількість інформації в системі управління може визначатися як:

(3)

Ентропія першого об'єкту (параметра) входить повністю, ентропія другого – з урахуванням того, що ентропія першого визначена, ентропія третього – за умови визначеності ентропії перших двох об’єктів тощо.

Важливою властивістю умовної ентропії СУ залежних повідомлень є те, що при незмінній кількості повідомлень в ансамблі джерела (СУ) його ентропія зменшується зі збільшенням частоти повідомлень, між якими існує статистичний взаємозв’язок. Відповідно до цієї властивості наявність статистичних зв’язків між повідомленнями завжди спричинює зменшення кількості інформації одного повідомлення.

Зменшення ентропії джерела (СУ) зі збільшенням статистичного взаємозв’язку можна розглядати як зниження інформаційної ємності повідомлень. Те саме повідомлення за наявності взаємозв’язку в середньому менше інформації, ніж за його відсутності. Інакше кажучи, якщо джерело створює послідовність повідомлень, що мають статистичний зв’язок, і характер цього телекомунікацій відомий, то частина повідомлень, що видається джерелом, є надлишковою, тобто її можна відновити за відомими статистичними зв’язками. З’являється можливість передавання повідомлень у скороченому вигляді без втрати інформації, що міститься в них.

В теорії інформації поняттю ентропії надається значення «суб'єктивної» або відносної характеристики. Подібну ентропію названо інформаційною ентропією. Крім інформаційної ентропії для опису управління взаємодії елементів мережі запропоновано застосовувати інше поняття ентропії, що характеризуються не координатами безлічі елементів мережі, а обмеженим числом різних величин – координат. Цей вид ентропії названо ентропією розподілу ймовірностей координат процесу управління, або просто ентропією процесу.

Отримано, що кількість інформації управління з урахуванням кореляційних зв'язків між об'єктами і параметрами управління визначатиметься таким чином:

або

, (4)

де – середньоквадратичне відхилення параметрів мережі від необхідних значень до включення системи управління; – середньоквадратичне відхилення параметрів мережі, якою управляють, від необхідних значень після включення системи управління; i – число кореляційних зв'язків; m – кількість контрольованих параметрів мережі; – коефіцієнт, який залежить від числа кореляційних зв'язків між контрольованими параметрами мережі телекомунікацій і типу мережного елементу; і =1, 2,…, m.

Запропонована методика дозволяє знайти необхідний мінімум інформації, при якому параметри мережі мають задану точність. З точки зору теорії інформації і динамічної точності, необхідно, щоб система управління забезпечувала задану точність параметрів мережі при мінімальному обсязі інформації управління.

Тому методика дозволяє визначити нетрадиційним способом кількість управляючої інформації у системі управління будь-якою телекомунікаційною мережею. Практична цінність забезпечується можливістю врахування ємності управляючої інформації з переліком вимог до точності параметрів основної мережі. Така оцінка визначається дисперсією відхилення від математичного очікування. Чим більші вимоги до точності параметрів управляючої мережі, тим більша потрібна ємність управляючої інформації.

В розділі представлено виконаний запропонованим способом розрахунок параметрів для системи управління сегментом мережі. Методика не залежить від характеру і кількості об`єктів управління та їх параметрів і тому є універсальною, тобто придатною для будь-якого типу мережі.

Розділ 3. Розробка алгоритмів розрахунку показників ефективності системи управління мережами телекомунікацій із застосуванням методу експертних оцінок. У третьому розділі запропоновано методику експертних оцінок систем управління телекомунікаціями, визначені вагові коефіцієнти для побудови оптимальної системи управління (метод ранжирування з використанням критерію переваги), наведено розроблений алгоритм визначення узагальнюючого результуючого критерію оптимальності для побудови системи управління телекомунікаційними мережами.

На певному етапі проектування для прийняття рішень щодо побудови систем управління телекомунікаційними мережами (особливо гетерогенними мережами) математичне обґрунтування того або іншого критерію не представляється можливим. В цьому випадку доцільно застосовувати методику, згідно якої рішення може бути прийнято лише на основі узгоджених думок експертів. Методи експертних оцінок – це методи організації роботи з фахівцями-експертами і обробки думок експертів, наведених в кількісній і/або якісній формі з метою підготовки інформації для прийняття рішень. Зміст методу експертних оцінок полягає в систематизованому відборі та аналітичній обробці ряду приватних оцінок досліджуваних категорій. Основні принципи, на яких будується робота експертних груп: максимальна простота і зрозуміле значення процедури для експертів, перенесення складності формалізації на етап обробки даних, максимально можливе скорочення часу проведення експертизи і виключення її багатоетапності.

При проектуванні системи управління думка експерта є вельми корисною при рішенні таких питань:

·

·

·

·

·

За результатами, одержаними на підставі методу експертних оцінок для системи управління телекомунікаційними мережами, вибираються необхідні показники якості, визначаються вагові коефіцієнти відповідно до їхньої важливості і синтезується оптимальна система управління відповідно цим показникам.

В розділі розглянуто методи обробки інформації, одержаної від експертів, а також методи перевірки погодженості і вірогідності отриманих експертних оцінок. Обґрунтовано вибір кількості показників якості, за якими треба визначити узагальнений критерій оптимальності системи управління телекомунікаційними мережами. Показано, що при проектуванні СУ доцільно зупинитися на виборі кількості показників якості, які враховуються при синтезі. Показано, що кількість показників, які характеризують якість реальної системи, може бути дуже великою. Це означає, що чим більша кількість показників якості враховується при синтезі системи, тим більш досконалою буде синтезована система. В той час, коли більше врахованих показників якості, тоді складніше провести синтез без введення порівняно грубих припущень. Тому на практиці існує оптимальна кількість показників якості, яку необхідно враховувати. Введення додаткових показників якості призводить не до покращення, а до погіршення результатів синтезу. Як критерії оптимізації обрано три показника якості функціонування системи управління:

·

·

·

Виходячи з відносної важливості вищевказаних показників, визначаються значення вагових коефіцієнтів c1,…c3 для результуючої цільової функції F:

F= c1Q + c2 Pош+ c3С (5)

Вагові коефіцієнти ci мають задовольняти таким умовам: и ci >0 ( m – кількість показників, що характеризують систему) і визначаються як:

, (6)

де – вагові коефіцієнти в абсолютному вираженні, а ci – відносні (нормовані) вагові коефіцієнти.

Призначення абсолютних вагів проводиться двома групами експертів. Першу групу складають експерти – системні фахівці в сфері телекомунікацій і управління, а також розробники телекомунікаційного обладнання, другу групу – експерти, що мають великий досвід в експлуатації систем управління і телекомунікаційного обладнання.

Абсолютні значення вагів – призначаються за порядковою бальною шкалою (наприклад, стобальною), причому, чим значиміше показник, тим більша вага йому відповідає. Експерти заповнюють таблицю опитування, проставляючи оцінки в балах кожному запропонованому рішенню. На підставі формули (6) розраховуються нормовані вагові коефіцієнти і проводиться підрахунок середнього значення оцінок.

Надійність оцінок визначається по статистичних характеристиках, які описують розкид оцінок окремих експертів і груп експертів, тобто статистичних характеристиках, що визначають ступінь погодженості оцінок. Розкид оцінок, що даються N експертами рішенню Pj (системі Si, ваговому коефіцієнту ci) визначається величиною варіації:

, (7)

де – дисперсія оцінки; – середнє значення оцінки.

Дисперсія оцінки визначається за формулою:

,

де , а N – загальне число експертів в усіх групах.

Отримані результати дозволяють зробити первісні висновки про надійність експертної оцінки.

Ступінь погодженості оцінок за сукупністю всіх оцінюваних рішень визначається коефіцієнтом конкордації W. Ступінь погодженості рішень усіх груп експертів характеризується коефіцієнтом рангової кореляції .

Коефіцієнт конкордації визначається за формулою:

, (8)

де

(9)

(10)

(11)

(12)

У формулах (8) – (12) Rji – ранг, привласнений i-му рішенню j-м експертом, Si – сума рангів, привласнених i-му рішенню всіма експертами, – середнє значення суми рангів по всіх m рішеннях, Lj – число груп рішень з рангами, що збіглися, для j-го експерта, l – номер групи з рангами, що збіглися, tj – кількість рішень, що збіглися, j-го експерта в групі l.

Визначено рівень значимості , тобто імовірність того, що розрахований коефіцієнт конкордації не є випадковою величиною. Величина рівня значимості визначається по таблицях розподілу випадкової величини 2.

(13)

Коефіцієнт рангової кореляції , що характеризує ступінь погодженості оцінок усіх груп експертів, визначається за формулою:

, (14)

де Ri1, Ri2 –ранги, що присвоюються i-му рішенню I і II групою експертів.

Отримані результати дозволяють зробити висновок про погодженість і невипадковість отриманих результатів.

Проведено порівняльний аналіз існуючих методів об’єднання суперечливих критеріїв, досліджено їх переваги та недоліки. Запропоновано метод об’єднання суперечливих критеріїв, таких як кількість інформації управління, достовірність та вартість.

Оптимальна система управління за визначеними показниками якості забезпечує виконання умов:

kр=fр( k1,k2 ,k3 ) = min (15)

kі? kіm , і = 1..3,

де kіm – максимально допустиме значення показника якості kі, з точки зору вимог замовника до системи управління.

Таким чином, в розглянутому випадку якість системи управління характеризується вектором К=<k1, …, km>, де m=3.

Результуючий критерій оптимальності може бути визначений як:

, (16)

де Сі (і = 1,…,m) – вагові коефіцієнти, що були визначені вище, і задовольняють аналітичним умовам, таким як:

, cі >0 (і = 1,…,m ), (17)

fi(kі) – деяка безрозмірна, у загальному випадку, нелінійна функція значень показників якості kі, що вибирається, виходячи з вимог до системи управління, і яка має зміст втрати, пов'язаної зі зростанням (погіршенням) даного показника якості.

Приймемо функцію fі (kі) рівною:

fі (kі) =[(kі – kі0) ? kіm]2 (18)

Вибір функції fi(kі), як функції квадратичного характеру, пов’язаний з тим, що еквівалентна вага показника kі тим більша, чим ближче величина (kі-kі0) до гранично допустимого значення kіm.

В формулі (18) kі0 є мінімально можливе значення показника якості kі в межах множини допустимих систем Mд при заданій сукупності вихідних даних {Y, Оs} та ігноруванні значень всіх інших (m-1) показників якості.

З урахуванням співвідношень (16) і (18) отримуємо узагальнений критерій оптимальності:

fр=(19)

За представленим алгоритмом розраховано вагові коефіцієнти і визначено оптимальний варіант системи управління за обраними показниками якості.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень, сформульованих і обґрунтованих у дисертаційній роботі, складає вирішення наукового завдання побудови системи управління гетерогенною телекомунікаційною мережею, а також підвищення якісних показників цієї системи.

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

1. Визначено тенденції створення систем управління сучасними телекомунікаційними мережами. Досліджено концепції побудови моделі TMN Міжнародного союзу електрозв’язку з питань телекомунікацій (ITU); моделі Smart TMN Форуму управління телекомунікаціями (TeleManagement Forum – TM Forum); моделі IETF, заснованої на стандартних базових засобах мережного управління (Network Management Framework) мережі INTERNET; моделі з застосуванням технології управління CORBA.

Запропоновано принципи побудови системи управління як системи з різнорідним обладнанням на основі концепції TMN з врахуванням положень Smart TMN та композитного підходу на базі комбінації технологій CORBA – Java.

2. Розроблено структуру автоматизованої системи управління діяльністю оператора телекомунікацій, а також визначено місце системи управління мережами телекомунікацій в її структурі.

3. Розроблено функціональну модель системи управління мережами телекомунікацій згідно з ідеологією взаємодії відкритих систем, концепцій TMN та Smаrt TMN. АСУМТ має рівневу ієрархічну структуру (рівні елементів мережі, управління елементами мережі, управління мережею), і, при цьому є четвертим рівнем моделі – системи управління мережею та інфраструктурою (Network аnd Systems Mаnаgement Processes) моделі ТОМ TM Forum.

4. Проведено оцінку кореляційних характеристик об'єктів і параметрів управління, розроблено методику визначення обсягів управляючої інформації з урахуванням кореляційних зв'язків між об’єктами та параметрами мережі (із застосуванням теорії інформації і інформаційно-ентропійного методу розрахунку кількості інформації) та визначено обсяги управляючої інформації, які необхідні для побудови оптимального варіанту системи управління обраного сегменту мережі. Виконано розрахунок параметрів для системи управління сегментом реальної мережі. Методика не залежить від характеру і кількості об`єктів управління та їх параметрів, і тому є універсальною, тобто придатною для будь-якого типу мережі.

5. Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє мінімізувати обсяг інформації управління для обраного сегменту мережі (з урахуванням кореляційних зв’язків між параметрами та об’єктами мережі), що забезпечує управління мережею з необхідною точністю і оптимальним використанням ресурсів.

6. Розроблено методику експертних оцінок якості систем управління телекомунікаціями, визначені вагові коефіцієнти для побудови оптимальної системи управління.

7. Досліджено методи обробки інформації, одержаної від експертів, а також методи перевірки погодженості і вірогідності отриманих експертних оцінок.

8. Обґрунтовано вибір показників якості (часткових критеріїв), за якими треба визначити узагальнений критерій оптимальності системи управління телекомунікаційними мережами. Описано зовнішні параметри СУ: кількість інформації, достовірність та вартість. Ці параметри є показниками, що визначають якість системи управління.

9. Проведено порівняльний аналіз існуючих методів об’єднання суперечливих критеріїв, досліджено їх переваги та недоліки. Запропоновано метод об’єднання суперечливих критеріїв, таких як кількість інформації управління, достовірність та вартість.

10. Розроблено алгоритм визначення узагальнюючого результуючого критерію оптимальності для побудови системи управління телекомунікаційними мережами. Показано, що при проектуванні СУ доцільно зупинитися на виборі кількості показників якості, які враховуються при синтезі.

11. За представленим алгоритмом розраховано вагові коефіцієнти і визначено за допомогою моделювання на ПЕОМ оптимальний варіант системи управління за обраними 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 надто актуально для телекомунікаційних мереж України.

Список опублікованих наукових праць за темою

дисертації

1.

2.

3.