Введение к работе
Актуальность темы. Создание сетей связи следующего поколения Nest Generation Net (NGN) невозможно без решения проблемы оптимизации управленій существующим! сетями.
В своем развитие системы управления сетью (СУ) прошли путь от систем зксплуатаїши, администрирования и технического обслуживания - Operation Administration and Maintenance System (OAMS) к системам, построенным на основе TMN, к системам поддержки эксплуатации - Operation Support System (OSS) и далее к интегрированным СУ телекомлгуникационньши сетями и услугами (ITMS). При разработке методов проектирования сетей необходимо учитывать как эвошоционное развитие СУ в мире, так и реальное существование на ЕСЭ России всех вышеперечисленных систем.
Концепцией создания целостной системы управления сетями явился проект TMN. Модель Telecommunication Management Network, определенная в стандарте М.3010 МСЭ-Т и ряде других соггутствующих стандартов, представляет собой систему управления неоднородной составной телекоммуникационной сетью, построенной на разных технологиях, оборудовании и программном обеспечении.
Архитектура TMN обладает рядом характеристик, выгодно отличающих ее от основных конкурентов.
Жесткая конкуренция заставляет операторов связи минимизировать эксплуатационные расходы и повышать эффективность управления сетевыми инфраструктурами. При этом возникает необходимость в создании новых высококачественных и приносящих доходы услуг, а также в ускорении возврата инвестиций, вложенных в сетевую инфраструктуру. Все это не возможно без системы интегрированных информационно-технологических систем управления (ИИТСУ), подход к внедрению которых научно обоснован ЦГГУТС (центром проблем управления телекошгуникационньши сетями и услугами) Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича, руководящими документами ОАО «Гипросвязь С-Пб». Министерство РФ по связи и информатизации указывает, что при построении СУ ЕСЭ РФ необходимо использовать концепцию TMN.
Проблема реализации TMN сложна и многопланова, она должна основываться на результатах научных исследований. Одно из важнейших направлений исследований - изучение трафика управления, моделирование и расчет пропускной способности элементов TMN.
Состояние вопроса. Извечный вопрос о приоритетах. Что важнее в сетевом хозяйстве - оборудование или системы управления? Все операторы сходятся во мнении единогласно - системы управления.
На деятельность в области стандартов и концепций технологий создания систем управления решающее влияние оказывают все существенные изменения в сетевой и программной индустрии. Решающими факторами являются бурный рост Интернет и достижения в реализации распределенных систем данных. Упрощенная схема СУ имеет три уровня: объекты управления, серверы системы управления и клиенты.
Объекты управления (устройства, сети, услуги, бизнес-процессы и пр.) могут быть достаточно сложными в том смысле, что одному и тому же физическому объекту в системе управления может соответствовать множество взаимосвязанных моделей. Но это уже определяется «интеллектом» системы и принципами моделирования. Важно то, что агент протокола управления «обслуживает» сразу все эти модели. С другой стороны, само множество агентов может быть локализовано в разных узлах сети (сетей).
В свою очередь, серверы системы управления также представляют собой распределенную структуру. Не всегда с сервером можно ассоциировать менеджера или агентов системы. В некоторых случаях, например в архитектуре системы управления на основе технологии ВМС Patrol, агенты сами могут быть многофункциональными. Кроме того, серверы системы управления представляют собой распределенные структуры данных не только в пространственном (локализация в разных узлах связи), но и в функциональном смысле (решение разных задач управления). Современная система управления обеспечивает многопользовательский режим.
Решение проблемы создания систем управления региональных операторов и централизованной системы управления Единой сети электросвязи (ЕСЭ) России базируется на нормативных документах информационно-методического обеспечения, разработанных с участием НИЦ, проектных институтов и передовых операторов России под эгидой Министерства информационных технологий и связи РФ, на единых методах периодического сбора и обработки данных трафика и рабочих характеристик для осуществления мониторинга состояния сети.
Одним из ключевых вопросов в реализации этих задач является изучение создаваемых потоков в системе управления с целью их регулирования, контроля и реконфигурации в особых состояниях сети, с целью сохранения уровня характеристик качества, превышение пороговых значений которых является критерием для принятия управленческих решений.
Вопросы оптимизации систем управления телекоммуникационными сетями, построенными с использованием концепции TMN, специфики их функционирования с целью повышения качества предоставляемых услуг рассматривались в работах Костина А.А., Саякина В КЗ., Гордеева Э.Н., Иванова П., Мамонтовой Н., Ерошина А.В,, Корнеева Н.А., Уолрэнд Дж., Юнг Ф., Stailings W., Pras А. На работы перечисленных ученых опирался автор в своих исследованиях.
Цель работы. Диссертация посвящена исследованию и разработке дисциплин приоритетного обслуживания заявок в процессе информационного обмена в TMN, созданию математической модели пропускной способности Агента при взаимодействии с Менеджером, исследованию влияния характеристик потоков сообщений на задержку в СМО с приоритетным обслуживанием, Основные задачи исследования формулируются следующим образом:
1. Развитие методов расчета задержки сообщений в системе управления телекомьгуникационными сетями;
2. Оценка трафика Агент-Менеджер, возникающего при управлении объектами вторичной телекоммуникационной сети;
3. Оценка требуемого объема ресурсов DCN для информационного обмена Агент-Менеджер;
4. Разработка математической модели СМО для расчета задержки управляющих сообщений, учитывающей вероятностные характеристики потоков, приоритеты сообщений и пропускную способность сети передачи данных.
5. Разработка инженерной методики расчета задержки при приоритетном обслуживании сообщений в системе управления.
6. Разработка инструментальных программных средств для расчета характеристик СМО с приоритетным обслуживанием сообщений.
7. Обоснование адекватности характеристик предложенной математической модели характеристикам реальных процессов информационного обмена в TMN.
Методы исследования. В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные с использованием методов теории массового обслуживания, математического моделирования процессов информационного обмена в телекоммуникационных сетях, математической статистики. В процессе исследований используется теория очередей, теория цепей Маркова.
Основные положения, представляемые к защите. 1. Методика расчета задержки сообщений в объектах TMN с использованием инструмента цепей Маркова. Характерной чертой функционирования объектов TMN является обслуживание сообщений, имеющих разные уровни приоритетов. На задержку сообщений влияют такие факторы как закон распределения интервалов между сообщениями, дисциплина приоритетного обслуживания, характеристики просеивания сообщений в интеллектуальном Агенте (минимизация количества и объема сообщений, передаваемых Менеджеру).
2. Методика расчета характеристик средств доставки информации в TMN. Сообщения управления сетью испытывают задержку как в оконечных объектах TMN, так и в элементах сети передачи данных (DCN). Задержка доставки сообщений через DCN может составлять существенную долю времени отклика Агента на запрос Менеджера.
3. Методика упрощенного инженерного расчета интенсивности трафика и величины задержки при приоритетном обслуживании сообщений Агентом в TMN.
4. Обоснование адекватности характеристик разработанной математической модели реальным характеристикам информационного обмена в TMN.
Достоверность результатов. Достоверность численных результатов и полученных аналитических выражений, подтверждающих выносимые на защиту7 положения, обеспечивается подтверждением их соответствия реальным статистическим данным.
Вывод аналитических выражений для оценки характеристик информационного обмена в TMN опирается на основные законы теории массового обслуживания, математического моделирования, математической статистики, теории очередей, теории цепей Марков.
Правомерность использования выдвинутой гипотезы о пуассоновском законе распределения интервалов между сообщениями, поступающими на систему управления, следует из подтверждений ее с использованием аппарата критерия согласия «хи квадрат» Пирсона.
Достоверность результатов работы программного имитатора аналитического метода расчета задержки сообщений в TMN в процессе информационного обмена Агент - Менеджер базируется на соответствии численных значений параметров входяпщх потоков реальной системы управления теоретическим, позволяет оценить зависимость характеристик задержки сообщений в системе управления от модели их входящего потока.
Качественный анализ характеристик задержки сообщений в системе управления полностью согласуется с выводами и утверждениями, полученными ранее в работах других авторов.
Научная новизна. Новыми являются следующие результаты.
1. Обосновано использование СМО с двухфазным обслуживанием для описания процессов обмена сообщениями Агента с Менеджером в TMN.
2. Впервые предложен принцип дискретности процессов поступления и обслуживания фрагментов сообщений для устранения влияния характеристик обслуживания на первой фазе на характеристики обслуживания на второй фазе модели.
3. Предложен и обоснован принцип разбиения времени ожидания сообщений на первом звене системы обработки на две фазы. Благодаря этому оказалось возможным использовать аппарат цепей Маркова вместо Марковских процессов.
4. Особенностью разработанной модели, обслуживающей потоки сообщений нескольких классов, состоит в том, что время обслуживания сообщения класса к во втором звене кратно числу г- времени обслуживания одного фрагмента.
5. В разработанной модели реальный поток сообщений заменяется групповым регулярным, сообщения которого поступают в r-моменты, а не в произвольные моменты времени.
Практическая ценность.
1. В результате теоретического и экспериментального исследования наиболее критичных характеристик объектов СУ выявлено, что таковыми являются интенсивность поступающих сообщений, их длина, средняя задержка и среднеквадратическое отклонение задержки.
2. Разработана методика расчета характеристик доставки сообщений в процессе информационного обмена в TMN.
3. Разработан программный имитатор, позволяющий оценить зависимость характеристик доставки сообщений в системе управления от модели их входящего потока.
4. Результаты расчета, полученные с помощью программного имитатора, позволяют выполнить оценку характеристик доставки сообщений в TMN.
Реализация и внедрение результатов исследования.
Результаты диссертационной работы использованы при постановке курса «Управление телекоммуникационными сетями» и создании учебно-методического комплекса дисциплины. По материалам диссертационной работы написано учебное пособие «Стандарты и технологии управления телекоммуникационными сетями», которое утверждено УМО СПО и рекомендовано для использования в учебных заведениях Министерства РФ по связи и информатизации по дисциплине «Управление телекоммуникационными сетями».
Результаты диссертационной работы использованы при постановке курсов повышения квалификации .
Результаты диссертационной работы использованы для оптимизации СУ первичной сетью электросвязи г. Омска в объеме: методики расчета задержки сообщений в процессе обмена «Агент - Менеджер» для оценки характеристик функционирования систем управления; рекомендации по оптимизации структуры существующей системы управления сетью; рекомендации по совершенствованию и развитию систем управления первичной сетью с технологией SDH.
Результаты работы использованы в системе управления первичной сетью электросвязи города Новосибирска в объеме: методики расчета задержки сообщений в процессе обмена «Агент — Менеджер» для оценки характеристик функционирования систем управления; рекомендации по оптимизации структуры существующей системы управления сетью.
Апробация работы. Результаты, полученные в работе на разных этапах ее выполнения, публиковались, докладывались и обсуждались:
1. На международных научно-технических конференциях 1998, 1999, 2000, 2001,2002,2003,2004 г.г.
2. На научно-технической конференции «Телекоммуникации XXI века» г. Томска, 2002г.
3. На юбилейной (десятая) международной научно-технической конференции «Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций» г. Иркутск, 2004 г.
4. В журнале «Информация и космос», 2004, №4.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе : 10 тезисов докладов, одна статья, одно учебное пособие.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 108 наименований и приложения. Основной текст содержит 154 страницы, иллюстрируется 68 рисунками и 7 таблицами.
