Содержание к диссертации
Введение
1. Задачи проектирования систем управления телекоммуникационными сетями 19
1.1. Эволюция методов эксплуатации и систем, обеспечивающих поддержание процессов технического обслуживания, администрирования и управления телекоммуникационными сетями и их элементами 19
1.2. Анализ тенденций изменения технологий управления сетями электросвязи 25
1.3. Автоматизация бизнес-процессов операторов связи 29
1.4. Анализ существующих методов проектирования и планирования систем управления сетями электросвязи 33
1.5. Методологический подход к проектированию систем управления телекоммуникациями 42
Выводы первой главы 47
2. Разработка моделей, исследование характеристик и оптимизация систем технической эксплуатации для элементов сетей связи 49
2.1. Функциональные модели СТЭ элементов сетей связи 49
2.2. Разработка однофазовой модели СТЭ для элементов сети 51
2.3. Анализ алгоритмов функционирования двухуровневой СТЭ ... 62
2.4. Оптимизация СТЭ 70
Выводы второй главы 76
3. Разработка многофазовых моделей и метода проектирования централизованных систем технической эксплуатации сетей связи 77
3.1. Разработка функциональной модели многоуровневой СТЭ 77
3.2. Разработка многофазовой модели централизованной СТЭ и исследование ее характеристик 79
3.3. Исследование вариантов реализации моделей СТЭ для распределенных объектов технического обслуживания 98
3.4. Оптимизация распределения функций между уровнями централизованной СТЭ 106
3.5. Разработка и исследование моделей типа M/G/l-> GI/M/1 для специального класса OAMS систем 115
Выводы третьей главы 125
4. Разработка моделей и проектирование систем управления телекоммуникационными сетями и услугами 127
4.1. Информационная модель СУЭ 127
4.2. Задачи разработки моделей систем управления электросвязью 129
4.3. Разработка концептуальной модели СУЭ 132
4.4. Разработка модели и исследование характеристик СУЭ для категории управления неисправностями 138
4.5. Разработка модели и исследование характеристик СУЭ для категории управления рабочими характеристиками 147
4.6. Разработка модели и исследование характеристик СУЭ для категории управления конфигурацией 153
4.7. Разработка модели и исследование характеристик СУЭ для категории управления безопасностью 157
4.8. Разработка общей модели СУЭ 163
4.9. Исследование характеристик системы управления услугами... 166
4.10.Разработка модели и исследование характеристик системы интегрированного управления телекоммуникационными сетями и услугами 174
4.11 .Оптимизация систем управления телекоммуникациями 185
Выводы четвертой главы 195
5. Практическая реализация разработанных методов проектирования и моделей систем управления телекоммуникационными сетями 197
5.1. Разработка метода планирования управления телекоммуникационными сетями и услугами 197
5.2. Разработка методики решения оптимизационных задач при распределении общих сетевых ресурсов управления NRTMN В
СУЭ 216
5.3. Реализация проектов систем технической эксплуатации оборудования сетей электросвязи 230
5.4. Реализация методов модульного проектирования систем управления телекоммуникациями 256
Выводы пятой главы 263
Заключение 265
Литература 269
- Анализ тенденций изменения технологий управления сетями электросвязи
- Анализ алгоритмов функционирования двухуровневой СТЭ
- Исследование вариантов реализации моделей СТЭ для распределенных объектов технического обслуживания
- Разработка модели и исследование характеристик СУЭ для категории управления рабочими характеристиками
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время развитие телекоммуникаций происходит в направлении создания рынка телекоммуникационных услуг, внедрения новых телекоммуникационных и информационных технологий, их конвергенции. Внедрение новых услуг, как и поддержание существующих, требует соответствующих сетевых ресурсов, при этом современные телекоммуникационные услуги реализуются на основе новых телекоммуникационных и информационных технологий и создания муль-тисервисных сетей.
Условия рынка требуют повышения качества предоставляемых потребителям услуг и, как следствие этого, увеличения затрат на поддержание требуемого качества услуг со стороны операторов связи. Однако операторы связи заинтересованы в снижении эксплуатационных расходов и повышении эффективности процессов эксплуатации сетей связи и их элементов.
Как показывает мировой опыт, решение указанных задач невозможно без создания и внедрения на телекоммуникационных сетях эффективных систем управления, позволяющих поддерживать на заданном уровне сетевые ресурсы, необходимые для предоставления качественных услуг. На указанные цели в мире тратится 10 - 20% от стоимости оборудования телекоммуникационной сетей. Следует учитывать, что на существующих сетях используется различное телекоммуникационное оборудование: электромеханические телефонные станции и системы передачи ИКМ, современные цифровые системы коммутации и оборудование SDH, а также оборудование, поддерживающее новейшие инфокоммуникационные технологии. При этом применяются различные методы эксплуатации, существует различная степень приспособленности оборудования сетей к современным технологиям управления.
Комплексное решение вышеперечисленных задач представляет сложную научную проблему, связанную с разработкой научно-обоснованных методов проектирования систем, обеспечивающих поддержание процессов эксплуатации, технического обслуживания, администрирования и управления телекоммуникационными сетями и их элементами.
Существующий метод проектирования систем управления на основе технологии TMN (системы управления телекоммуникациями), разработанной МСЭ-Т (рекомендация М.ЗОЮ), заключается в создании информационных моделей TMN с использованием протокольно-ориентированного подхода, который не позволяет оптимизировать процессы эксплуатации и управления сетями связи. Внедрение новой технологии управления CORBA, основанной на идее открытого распределенного управления, позволило лишь более гибко строить взаимодействие различных систем управления между собой.
Необходимость исследования данной проблематики следует также из сложившейся практики проектирования систем управления ведущими мировыми телекоммуникационными производителями. Создаются лишь информационные модели систем управления на основе технологии TMN, ориентированные на поддержку интерфейсов с телекоммуникационным оборудованием, производимым той же компанией, но без учета сетевых аспектов управления.
Вместе с тем, внедрение систем управления на основе модели TMN на сетях операторов связи определяет необходимость решения научно-технических задач, связанных с исследованием производительности систем управления и повышением эффективности использования ресурсов управления для обеспечения заданных норм качества предоставляемых сетями услуг.
Учет сетевых аспектов управления, особенно в современных условиях при автоматизации бизнес-процессов операторов связи, требует
разработки новых методов проектирования интегрированных систем управления телекоммуникациями (телекоммуникационными сетями и услугами - ИСУТ). При разработке методов проектирования должны учитываться как эволюционное развитие систем управления, так и их реальное использование на телекоммуникационных сетях.
Сетевые аспекты проектирования систем управления, кроме того, должны отражать использование методов системного проектирования и разработку соответствующего методологического подхода, основанного на учете факторов, связанных с эволюцией методов эксплуатации сетей связи, автоматизации бизнес-процессов операторов связи, а также сетевым характером процессов управления телекоммуникационными сетями.
Проблемы, связанные с сетевым управлением, решались отечественными и зарубежными учеными применительно к сетям ЭВМ. Широко известны теоретические работы, связанные с созданием методов динамического управления распределением информационных потоков на сетях связи.
Однако имеются серьезные недостатки в современной теории проектирования и исследования информационных процессов в системах управления на основе модели TMN, находящейся по существу в стадии становления и отстающей от результатов исследований других аспектов создания, проектирования и исследования современных сетей связи и их элементов. Для реализации методов проектирования систем управления необходима разработка моделей, адекватно описывающих функционирование различных типов систем управления.
В связи с этим решаемые в данной работе задачи разработки моделей и методов проектирования систем управления телекоммуникационными сетями являются актуальными и своевременными.
Цель работы. Целью диссертационной работы является решение проблемы проектирования систем управления телекоммуникационными
сетями в современных условиях конвергенции телекоммуникационных технологий и создание элементов теории их проектирования, содержащих комплекс моделей, методов проектирования и оптимизации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести систематизированный анализ методов эксплуатации и систем, обеспечивающих поддержание процессов эксплуатации, администрирования, технического обслуживания и управления телекоммуникационными сетями и их элементами, и выявить факторы, которые необходимо учитывать при проектировании систем управления;
разработать единый методологический подход к системному проектированию рассматриваемых классов систем управления;
разработать модели и методы проектирования систем управления для существующих и мультисервисных сетей на основе единого методологического подхода и с учетом выявленных на этапе анализа факторов;
выбрать критерии и провести оптимальное распределение функций (ресурсов управления) между иерархическими уровнями систем управления рассматриваемых классов;
разработать подход к планированию управления телекоммуникационными сетями и услугами;
разработать прикладные программные средства и инженерные методики для проведения исследований характеристик, оптимизации и проектирования систем управления;
- разработать практические рекомендации использования получен
ных теоретических результатов.
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы: теории массового обслуживания, теории телетрафика, теория сетей связи, исследования и оптимизации сложных иерархических систем, распределения ресурсов в информационных системах,
статистической оптимизации (случайный поиск), глобального поиска. Научная новизна работы заключается в следующем:
Сформулирован новый методологический подход к проектированию систем управления телекоммуникационными сетями и их элементами, учитывающий различные факторы развития и совершенствования сетей связи и методов их эксплуатации, возможности использования различных технологий для построения информационных моделей систем управления, а также поддержку бизнес-процессов операторов связи.
Разработана совокупность моделей систем, обеспечивающих поддержку процессов эксплуатации, технического обслуживания, администрирования и управления телекоммуникационными сетями, а также поддержку процессов управления услугами.
Проведен выбор критерия эффективности и решены задачи оптимального распределения общих сетевых ресурсов управления между уровнями иерархии систем управления, реализующих различные категории управления технологии TMN и бизнес-процессы операторов связи.
Разработаны методы проектирования систем управления телекоммуникационными сетями на основе предложенного методологического подхода. Построены модели, реализованные в виде модулей на различных этапах проектирования.
Предложен новый подход к планированию управления телекоммуникационными сетями и услугами.
Научная новизна заключается и в самом предмете исследования: создании элементов теории проектирования систем управления современными мультисервисными сетями и разработке при этом новых моделей, методов проектирования и оптимизации.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. Элементы теории многоуровневого модульного проектирования систем управления телекоммуникационными сетями, содержащей
построение комплекса моделей, методов проектирования и оптимизации, а также исследование характеристик систем управления.
Модели, методы проектирования, оптимизация и исследование характеристик децентрализованных и централизованных систем технической эксплуатации существующих сетей связи.
Модели и методы проектирования систем управления современными мультисервисными сетями.
Выбор критерия эффективности и оптимальное распределение сетевых ресурсов управления между иерархическими уровнями систем управления различных классов.
Модель и проектирование системы интегрированного управления телекоммуникационными сетями и услугами.
Новый подход к планированию управления телекоммуникационными сетями и услугами.
Реализация разработанных моделей и методов проектирования систем управления позволяет на 20 - 30% повысить производительность систем управления, что дает возможность эквивалентного увеличения зоны обслуживания на телекоммуникационной сети.
Личный вклад. Все результаты, составляющие содержание данной работы, получены автором самостоятельно. В гл. 5 использованы результаты анализа нескольких проектов систем технической эксплуатации и планов управления телекоммуникационными сетями, а также программные реализации разработанных моделей и методик, выполненных коллективом разработчиков под научным руководством и при непосредственном участии автора.
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что теоретические исследования, выполненные в работе, доведены до инженерных решений в виде набора модулей для проектирования систем управления различных классов. Разработанные
методы проектирования систем управления представлены в виде соответствующих методик для непосредственного практического использования в научно-исследовательских, проектных, производственных и эксплуатационных организациях. Разработанные модели, алгоритмы, формулы, предназначенные для исследования характеристик и оптимизации систем управления, реализованы в виде программных средств на ПК, для которых разработаны соответствующие инструкции пользователям.
Выводы данной работы по разработке функциональных требований к системам управления различных уровней и интегрированной системе управления телекоммуникационной сетью отражены в нормативных документах Минсвязи России.
Полученные в диссертации результаты использованы в учебном процессе в СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.
Реализация и внедрение результатов исследований. Представленная работа является частью работ, проводимых СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.
Разработанная на основе результатов данной работы автоматизированная система технической эксплуатации цифровых систем передачи (АСТЭ ЦСП) находится в коммерческой эксплуатации на Санкт-Петербургской телефонной сети.
Комплекс технических средств централизованного технического обслуживания систем ИКМ-30-4, спроектированный с использованием разработанного в диссертации метода, реализован в виде модуля технического обслуживания в НИИ ЦСПИ «Такт», который серийно производится объединением Морион (г. Пермь).
Результаты разработки систем технической эксплуатации для цифровых систем коммутации и передачи использованы в НИР и ОКР, проведенных ЛОНИИС и ЦНИИС.
Разработанный метод планирования управления
телекоммуникациями положен в основу системных проектов создания интегрированных систем управления сетями связи в ОАО «Челябинсксвязьинформ» и «Уралсвязьинформ».
Результаты теоретических исследований использованы в НИР «Аспект - ГУТ», выполненной по заданию Минсвязи России.
Выводы и рекомендации диссертации использованы в разработанных под руководством автора двух нормативных документах, утвержденных Минсвязи России, а также компанией Lucent Technologies при адаптации систем управления и разработке проектов для сетей операторов ВСС России.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на: Азиатско-Тихоокеанских Симпозиумах по управлению и эксплуатации сетей связи: APNOMS'98 (Сендай, Япония, 1998), APNOMS'99 (Кионджу, Южная Корея, 1999), APNOMS'2000 (Нара, Япония, 2000), APNOMS'2001 (Сидней, Австралия, 2001), APNOMS'2002 (Чеджу, Южная Корея, 2002); Международных конференциях по информационным сетям и системам: ICINAS'93, ICINAS'94, ICINAS'96, ICINAS'98 (Санкт-Петербург, 1993, 1994, 1996 и 1998); Международных конференциях по информационным сетям, системам и технологиям: ICINASTe-2001 (Минск, Беларусь, 2001), ICINSAT-2002 (Санкт-Петербург, 2002); Международных семинарах по теории телетрафика (Москва, 1989; Санкт-Петербург, 1993, 1995); совместных международных семинарах МСЭ-Т - ГУТ (Санкт-Петербург, 1995, 1998; Пермь, 2001); конференции «Сети связи Северо-Западного региона. Проблемы и перспективы NORWECOM-99" (Санкт-Петербург, 1999); Международной конференции по коммуникациям ІЕЕЕЯСС 2001 (Санкт-Петербург, 2001); 4-ой Международной конференции «Развитие телекоммуникаций в регионах России. Перспективные технологии для
российского телекоммуникационного рынка» (Пермь, 2000); 1-ой
Международной конференции «Пути создания интеллектуальной
мультисервисной сети связи в составе Российской
инфотелекоммуникационной инфраструктуры» (Санкт-Петербург, 2001); Международной конференции «Внедрение современных технологий в ведомственных и корпоративных сетях связи» (Москва, 2001); Международной конференции «Будущее электронных коммуникаций" (Москва, 1994); Международных конференциях по волоконной оптике и телекоммуникациям ISFOC92 и ISFOC93 (Санкт-Петербург, 1992 и 1993); Всесоюзной НТК «Применение цифровых систем коммутации на сетях электросвязи» (Куйбышев, 1991); Всесоюзной НТК «Совершенствование технических средств связи для решения проблем информатизации общества в новых условиях» (Санкт-Петербург, 1991); Международных конференциях «Региональная информатика»: РИ 92 и РИ 93 (Санкт-Петербург, 1992 и 1993); Международной конференции «Проблемы функционирования информационных сетей ПФИС-91» (Новосибирск, 1991); V Всесоюзном симпозиуме по проблемам управления на сетях и узлах связи (Минск, 1985); Всесоюзной НТК «Надежность и качество функционирования информационных сетей и их элементов НИСЭ-85» (Новосибирск, 1985); Всесоюзной НТК «Применение электронных управляющих машин в коммутационной технике» (Минск, 1984); XLII Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню Радио (Москва, 1988); Всесоюзной НТК «Проблемы развития ЦСП городских и сельских сетей связи» (Новосибирск, 1987), а также других всероссийских, республиканских, городских совещаниях и семинарах и НТК профессорско-преподавательского состава СПб ГУТ.
На разработанные в рамках данной работы устройства получены 3 авторских свидетельства.
Публикации. Результаты выполненных исследований и технических
разработок, связанных с темой диссертации, изложены в научных журналах, сборниках и трудах международных и всероссийских симпозиумах и других конференциях. Опубликовано более 80 печатных работ. Основные результаты диссертации изложены в 62 опубликованных работах, из них 38 в соавторстве. Перечень основных публикаций приведен в конце автореферата.
В работах, опубликованных в соавторстве, соискателем: предложена идеология построения и функциональная архитектура автоматизированной централизованной системы технической эксплуатации ЦСП [10,11,12,15, 48,52-55,]; разработаны методы анализа и проектирования систем технической эксплуатации телекоммуникационных сетей и их элементов (цифровых систем передачи и коммутации) [9,12,46,47,57]; предложены принципы построения моделей, выбор критерия и методы оптимизации систем технической эксплуатации [27,28,49,50]; разработана многоуровневая структура и функциональная модель системы управления на основе TMN [29,42,59]; проведен анализ технологий управления [7,8,14, 34,36,38,39,43,58]; предложен метод планирования управления телекоммуникационными сетями и услугами и алгоритм создания плана управления сетью связи [61]; разработан метод проектирования и оптимизации систем управления различных классов на основе TMN и стандартов Теле Менеджмент Форума [23,24,33,42,44]; предложена методология системного проектирования систем управления на ВСС России [35]; предложены оригинальные методы контроля систем связи [1,2,3].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 6 приложений. Общий объем диссертации 355 страниц, в том числе 292 страницы основной части, содержащей: 107 рисунков, 7 таблиц, 24 страницы литературы из 212 наименований. Приложения к диссертации содержат 63 страницы.
В первой главе проводится систематизированный анализ объекта
исследований: систем, обеспечивающих поддержание процессов эксплуатации, технического обслуживания, администрирования и управления телекоммуникационными сетями и их элементами. При анализе эволюции методов эксплуатации и изменении технологий управления сетями связи выявлены факторы, которые необходимо учитывать при разработке методов проектирования систем управления.
Особое внимание уделено учету новых требований, связанных с автоматизацией бизнес-процессов у операторов связи. На основании сформулированной цели приводится анализ предмета исследований - методов проектирования рассматриваемого класса систем эксплуатации, технического обслуживания и управления телекоммуникационными сетями и их элементами.
Существующие методы проектирования систем управления связаны с разработкой информационных моделей и профилей протоколов TMN и не решают проблему повышения эффективности процессов эксплуатации сетей электросвязи и качества предоставляемых услуг. Анализ публикаций отечественных и зарубежных авторов позволил сделать вывод о том, что методы моделирования и проектирования систем управления, построенных на основе технологии TMN, практически отсутствуют. Разработка этих методов и их практическая реализация является предметом исследований.
Сформулирован новый методологический подход к проектированию систем управления телекоммуникационными сетями и их элементами, заключающийся в реализации многоуровневого модульного принципа проектирования и построении при этом моделей и оптимизации систем управления. Предложенный подход учитывает различные факторы развития и совершенствования сетей связи и методов их эксплуатации, возможности использования различных технологий для построения информационных моделей систем управления, а также поддержку бизнес-процессов у операторов связи.
Вторая глава работы посвящена разработке моделей и метода проектирования систем технической эксплуатации для элементов сетей связи (систем OAMS-NE). Предложен набор функциональных и математических моделей систем OAMS-NE.
Для рассматриваемого класса систем приведен выбор критерия и решена задача оптимизации OAMS, заключающаяся в оптимальном распределении функций системы между ее двумя уровнями и нахождении при этом оптимальных значений выбранных параметров системы. Приведенные расчеты для реальных объектов технического обслуживания подтвердили корректность полученных теоретических результатов.
В третьей главе диссертации решаются задачи разработки моделей для многоуровневых систем технической эксплуатации сетей связи (централизованных OAMS) и методов их проектирования на основании предложенного в первой главе методологического подхода.
Разработана четырехуровневая модель OAMS, а также исследованы варианты ее реализации для распределенных объектов технического обслуживания.
Разработан метод проектирования информационных характеристик централизованных OAMS, позволяющий также оптимально распределять функции между уровнями иерархии по выбранному критерию.
Приведенный анализ численных значений характеристик OAMS позволил сделать вывод об эффективности разработанного метода по сравнению с существующими. Производительность систем OAMS может быть увеличена на 25-30% по сравнению с существующим методом проектирования. Возможно эквивалентное увеличение зоны обслуживания при заданной производительности.
Разработана модель для специального класса встречающихся на практике двухуровневых OAMS, которая описывается двухфазовой СМО типа M/G/l—>GI/M/1 с приоритетным обслуживанием и неограниченной
очередью перед каждой фазой. Получены и исследованы следующие характеристики модели: среднее время ожидания обслуживания перед каждой фазой, среднее время пребывания на каждой фазе для приоритетных и неприоритетных потоков требований. Предложен подход к исследованию подобных систем в случае редких требований высшего приоритета по отношению к неприоритетным требованиям, позволяющий получить приближенные формулы всех характеристик системы. Исследованы частные случаи рассматриваемой модели, а именно модель типаМ/D/l-^GI/M/l.
Четвертая глава диссертации посвящена разработке моделей и методов проектирования систем управления эксплуатацией сетей электросвязи (СУЭ), построенных на основе технологии TMN. При этом разрабатывается набор модулей проектирования систем управления, реализующих предложенный в 1 гл. методологический подход.
Разработана концептуальная модель СУЭ в виде четырехфазовой модели и исследованы ее характеристики.
Разработаны частные модели систем управления для архитектуры и категорий управления TMN. Приведено исследование их характеристик. С использованием метода композиции разработана общая модель для архитектуры TMN. Обоснован выбор обобщенного критерия эффективности для оптимизации систем управления, который задан в виде функционала потерь, зависящего от характеристик и параметров систем управления.
Разработана модель системы интегрированного управления телекоммуникациями (ИСУТ) и метод проектирования и исследования ее характеристик.
Решены задачи, связанные с оптимизацией систем управления, в частности, проведено оптимальное распределение ресурсов системы управления NRtmn между различными уровнями СУЭ и ИСУТ.
Приведена численная оценка полученных результатов,
показывающая эффективность разработанного метода проектирования.
В пятой главе диссертации разработан оригинальный подход к планированию управления телекоммуникационными сетями и услугами, реализующий методологический подход к проектированию систем управления на уровне планирования управления. Разработанный подход положен в основу нескольких проектов, реализованных на сетях связи операторов ВСС России. Кроме того, в главе содержатся результаты практического использования теоретических положений диссертации, внедренных в реальную эксплуатацию, в производство, в нормативные документы Минсвязи России, а также в НИР и ОКР.
Приведено описание разработанной методики решения оптимизационных задач при распределении общих сетевых ресурсов управления NRtmn в СУЭ.
В диссертации доказана необходимость использования методов статистической оптимизации для решения сформулированных задач оптимизации. Выбраны следующие методы оптимизации, сочетающие локальный и глобальный поиск:
поиск оптимума функции одной переменной;
локальный поиск с «наказанием» случайностью;
локальный поиск с непрерывным самообучением;
глобальный поиск со случайной сеткой;
глобальный поиск с детерминированной кубической сеткой.
В заключении формулируются научные и практические результаты диссертационной работы.
Приложения содержат акты внедрения и результаты исследования характеристик и оптимизации параметров систем управления, а также руководство пользователю программных приложений, реализующих разработанную методику решения оптимизационных задач.
1. ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМИ СЕТЯМИ
Анализ тенденций изменения технологий управления сетями электросвязи
Следующая задача анализа состоит в выявлении влияния технологий, реализующих системы управления, на построение моделей систем управления и методы их проектирования.
Процесс либерализации телекоммуникационного рынка в Европе, который начался в 1990 году [139], разрушил традиционные телекоммуникационные монополии с целью обеспечения лучшего качества услуг по более низким ценам и возможности увеличивающегося доступа клиентов к услугам и управлению. В этом контексте существенным оказалось развитие и обеспечение эффективного управления телекоммуникациями. Управление телекоммуникациями (управление сетями и услугами) явилось ключевым средством для осуществления процессов либерализации в электросвязи, в том числе процесса создания рынка услуг на базе открытого сетевого обеспечения (Open Network Provision, ONP).
При этом изменились условия создания услуги: не на основе доступных сетевых ресурсов, а исходя из потребностей пользователя. Более того, в обеспечение каждой услуги могут вовлекаться различные административные и технологические домены.
Рассмотрим некоторые аспекты управления сетями электросвязи и услугами, которые должны учитываться при создании систем управления [141]. 1. Способность к взаимодействию (Interoperability) различных административных и технологических доменов. Этим свойством отличается технология взаимодействия открытых систем (OSI).
Значимость модели OSI усиливается в электросвязи, ибо модель "сближает" данные и аналоговую информацию. Система управления на основе OSI становится прообразом TMN.
Наследование технологией TMN стандартов OSI предопределило использование протокольно-ориентированного подхода (a protocol-based engineering approach) к разработке систем управления сетями электросвязи. Стандарты управления OSI/TMN, разработанные совместно ITU и ISO, в настоящее время широко приняты к внедрению в системах TMN на сетях общего пользования. В дополнение к протоколам OSI международная организация ISO стандартизировала протокол SNMP (Simple Network Management Protocol), раскрытый посредством IETF (Internet Engineering Talk Force) как часть протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), широко принятого для сетей, основанных на ЕР. Протокол SNMP продолжает свое развитие с внедрением протоколов SNMP №2 и SNMP №3.
Совершенствование протоколов СМГР/SNMP, направленное на интеграцию различных технологий, дает эффект лишь на уровнях управления сетевым элементом и сетью. Взаимодействие различных администрации-ных и технологических доменов на более высоких уровнях управления требует расширения среды OSI до границ открытого сетевого обеспечения ONP. Среда ONP позволяет реализовывать широкополосные услуги, базирующиеся на соединениях "от конца к концу".
Обеспечение способности к взаимодействию неизбежно связано с таким аспектом управления как безопасность. Действительно, открытые интерфейсы, несмотря на их необходимость для открытого рынка услуг, являются достаточно уязвимыми в отношении предумышленных действий. По этой причине развиваются механизмы безопасности, обеспечивающие целостность доступа к взаимодействию доменов с TMN, включая целостность доступа к взаимодействию различных систем TMN и целостность доступа к взаимодействию пользователей с TMN. 2. Второй важнейший аспект управления - интеграция технологических платформ и гибкость в создании сети и сервисных приложений.
Один из недостатков TMN на базе OSL/ONP состоит в том, что спецификации услуг управления, ресурсов и интерфейсов испытывают сильную зависимость от протоколов, которые базируются на CMIP/SNMP. Эта зависимость заложена в систему управления протокольно-ориентированным подходом и не может не служить препятствием к интеграции систем управления через технологические домены. Чтобы справиться с проблемами интеграции технологических платформ и обеспечить гибкость в создании сетей и сервисных приложений, необходим протокольно-независимый подход (Protocol-Independent Approach) к проектированию систем управления, основанный на идее открытого распределенного управления (Open Distributed Processing, ODP). Интеграция различных доменов осуществляется на интерфейсном уровне API (Application Programming Interface), чьи интерфейсные действия осуществляются посредством языка IDL (Interface Definition Language).
Для перехода классической TMN в ODP определены две базовые миграционные стратегии [139]: обеспечение поддержки соединения в модели TMN на базе технологии CORBA и введение концепции шлюза, обеспечивающего способность к взаимодействию между доменами OSI и CORBA.
Полезность технологии CORBA [200,201] прежде всего состоит в том, что она позволяет осуществить первую базовую стратегию TMN в направлении ODP. CORBA поддерживает соединения «из конца в конец» на уровне управления услугами через границы доменов разнородной архитектуры. Вторая базовая стратегия в направлении ODP - концепция шлюза OSI/CORBA - находит свое воплощение в расширении функциональности TMN. В терминах TMN технологические шлюзы - это, по существу, Q-адаптеры; опорные шлюзы - это функции взаимодействия, а административные функции шлюзов - это функции, которые сосредоточены около X-интерфейса.
Наряду с технологиями OSI и CORBA значимую роль в эволюции TMN играют такие технологии, как DCOM, JAVA, WBEM и другие [141].
Проведенный анализ различных технологий и стандартов позволяет сделать следующие выводы. Разработка информационных моделей систем управления для различных технологий является важной задачей при создании систем управления на основе различных технологий. Технологическая база и программно-аппаратная реализация систем управления являются основой для системного проектирования систем управления, учитывающего сетевые аспекты использования указанных систем.
Анализ алгоритмов функционирования двухуровневой СТЭ
При разработке программного обеспечения OAMS для СЦТО удалось каждую функциональную задачу щ представить в виде нескольких этапов #,. Разбиение на этапы производится по принципу выполнения элементарных функций, таких как: прием информации, обработка, накопление, передача и т.д.
Проведенный по результатам разработки программного обеспечения СЦТО анализ совокупности функциональных задач { $} позволяет множество элементарных функций разбить на три группы, которые образуют соответствие подмножества: {Qi} - "постоянных"; {Qn} - "переменных"; {Qui} - "приема- передачи".
"Постоянными" называются такие функции, которые реализуются на определенном уровне системы, а "переменными" такие, которые могут выполняться на любом уровне СЦТО. Функции "приема-передачи" определяют взаимодействие вычислительных устройств различных уровней.
Схема взаимодействия различных подмножеств функций в СЦТО приведена на рис.2.7. Для характеристики выполняемых системой переменных функций введем понятие параметра функции - xqj. Для переменной функции накопления таким параметром является коэффициент у. Физический смысл коэффициента у заключается в необходимости многократного накопления информации, поступающей от контролируемого оборудования. Количество циклов накопления определяется характером информации: аварийная, контрольная, диагностическая, статистическая и т.д.
Параметром, характеризующим переменную функцию обработки информации, может быть принят коэффициент глубины контроля а. Контроль оборудования может производиться с точностью до блока, ТЭЗа или группы ТЭЗов. Коэффициент а зависит от соотношения аварийных сигналов в ОТО, которые приводят к потерям вызовов в пучке каналов, и технических неисправностей, не вызывающих потерь вызовов. Численное значение коэффициента а может быть рассчитано с использованием различных методов, например, путем выбора совокупности контролируемых характеристик систем ИКМ [38,39,41]. С другой стороны, коэффициент а можно представить как интенсивность сообщений о неисправностях от определенного объема контролируемого оборудования. где JV - количество периферийных микроЭВМ, п - количество контролируемых параметров ОТО, Zjm - интенсивность потока неисправностей, поступающего на і периферийную микроЭВМ по т контролируемому параметру. Физический смысл коэффициентов а и дописан выше. Коэффициент у принимает целочисленные значения от ymj„ = 1 до утах. Величина утах отражает максимально возможную степень локализации неисправности в оборудовании ОТО. Суммарная средняя интенсивность Лі потока вызовов от центральной микроЭВМ к периферийным определяется как где х - коэффициент, учитывающий долю сообщений в ЦТЭ, по которым необходимо формирование управляющих воздействий на объект. Среднее значение времени обслуживания E(tsj) будет равно где toEMi - среднее значение времени, затрачиваемого на передачу одного сообщения в ЦТЭ, tuj i - время выполнения программ в ЦТЭ, ЇПЕЧ среднее время печати одного сообщения в ЦТЭ. Время обмена tOEM1 будет равно где Nnep и Nnp - количество команд программы приема и передачи одного блока сообщений, Л п - число блоков для одного сообщения, То - среднее время выполнения одной команды ВУ. Коэффициент 2 означает, что передача сообщения производится после получения подтверждения по обратному каналу с ЦТЭ на объект. Время выполнения программ ЦТЭ будет равно где Np - среднее количество команд на прием блоков и редактирование сообщений, Na - среднее количество команд на программу обработки с глубиной а в ЦТЭ, Ny - среднее количество команд программы накопления с коэффициентом у в ЦТЭ. Приведенные выше формулы справедливы при выполнении следующих условий Первое из условий (2.17) означает, что уменьшение интенсивности потока вызовов от периферийного микроЭВМ в а раз вызывает необходимость проведения дополнительной обработки контрольной информации на центрально микроЭВМ с глубиной = а . Физический смысл второго условия из (2.17) состоит в необходимости последовательного накопления (на одном либо на двух соседних уровнях) контрольной информации утах раз подряд. В выражении (2.16) количество команд Np, необходимых на редактирование сообщений, не зависит от значений коэффициентов а и у, поскольку для редактирования любого сообщения, поступающего от ПМ„ используется так называемый метод "шаблона", т.е. принимаемое сообщение расшифровывается и дополняется определенным количеством слов, записанных в "шаблоне" (определенной зоне памяти центральной микроЭВМ).
Среднее количество команд Na программы обработки сообщений в центральной микроЭВМ существенным образом зависит от коэффициента а, определяющего степень обработки результатов контроля в ЦТЭ. Кроме того, Na зависит от вида контролируемого оборудования (оконечное или линейное).
Было проведено экспериментальное исследование влияния коэффициента а на количество команд Na программы обработки кодов сообщений. Для выборочных значений а (от 1 до 6 с шагом 0,5) по разработанным алгоритмам были составлены программы отдельно для контроля оконечного и линейного оборудования, а также программы, в которых контроль обоих видов оборудования ИКМ осуществлялся одновременно.
Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 2.1. В табл.2.1 первая строка соответствует значениям Na , полученным для оконечного оборудования (00), вторая - для линейного (ЛО), а третья - для оконечного и линейного одновременно (ОО + ЛО).
Исследование вариантов реализации моделей СТЭ для распределенных объектов технического обслуживания
При разработке СТЭ возникает задача, связанная с оптимизацией структуры СТЭ. Централизованную систему технической эксплуатации можно отнести к классу сложных технических систем с иерархической структурой [7,126]. Для таких систем, как следует из литературных источников, решение задачи оптимизации их структуры в общем виде пока неизвестно. Однако известен подход [126], когда производится декомпозиция общей структурной задачи оптимизации на ряд частных, а затем при поэтапном взаимосвязанном решении частных задач удается определить на каждом этапе рациональную структуру СТЭ по данному частному критерию оптимальности. На последнем этапе оптимизации с помощью определенных методов производится композиция частных решений и поиск оптимальных значений параметров, характеризующих структуру СТЭ.
Одна из частных задач оптимизации структуры СТЭ связана с распределением программных средств между уровнями СТЭ.
Важность этой задачи на одном из первых этапов создания СТЭ с одной стороны определяется желанием разработчиков СТЭ заложить максимальные возможности по реализации программных средств СТЭ на каждом уровне иерархии, а с другой стороны - ограниченностью ресурсов используемых управляющих вычислительных средств.
Для решения задачи распределения программных средств СТЭ должны быть известны исходные данные по функциональной структуре и структуре технических средств СТЭ, на основании которых необходимо: - разработать математическую модель, описывающую структуру СТЭ; - выбрать параметры, характеризующие выполнение задач (функций) СТЭ; - выбрать критерий оптимизации; - выбрать метод проведения оптимизации (поиска оптимума). В качестве математической модели СТЭ выбрана модель двухфазовой СМО, описанная в предыдущем разделе. Выбор параметров, характеризующих выполнение функций СТЭ Выбор параметров \х], характеризующих выполнение совокупности функциональных задач (функций) или отдельных этапов выполнения этих задач (подфункций), наиболее сложная из перечисленных выше задач.
В настоящее время неизвестны работы, в которых был бы решен вопрос выбора совокупности параметров, характеризующих функциональную структуру OAMS (СТЭ) или ее составных частей.
Определение параметров, описывающих отдельные процессы технического обслуживания ОТО, должно производиться совместно разработчиками соответствующих частей оборудования ОТО и разработчиками средств технического обслуживания ОТО.
Рассмотрим возможность решения поставленной задачи на более низком абстрактном уровне декомпозиции функциональной структуры СТЭ. Для этого необходимо представить всю совокупность функциональных задач {F} в операторном виде. Операторное представление функций и структуры системы целесообразно по следующим соображениям. Оператор представляет более общее понятие, чем функция, и позволяет отображать функцию одной переменной в функцию другой переменной. Над операторами возможны различные преобразования: вложение, декомпозиция и т.д. Таким образом, при синтезе оператор отождествляется с направленным воздействием, необходимым для реализации соответствующей макро-и микрофункции. В работах [6,7] доказана функциональная полнота следующего набора операторов для синтеза многоуровневых систем: Р - оператор обработки, М - оператор хранения, С - оператор управления, Т -оператор обмена.
Анализ совокупности функциональных задач {F} СТЭ [47,53] позволяет представить операторную схему процессов, реализующих разработанную двухфазовую модель СМО, в следующем виде на каждой фазе ее функционирования (рис. 3.12)[47].
Для использования этой схемы в модели СТЭ (рис.3.11) необходимо определить такие характеристики, как средние времена выполнения операций по каждому оператору, т.е. t JMJC и tT. Эти времена определяет разработчик соответствующих программных средств, реализующих функций СТЭ. Далее, на основании разработанной методики, приведенной в пятой главе, необходимо разделить все функции СТЭ на три подмножества: {/г}-функции, выполняемые на втором уровне СТЭ; {/j} - выполняемые на 3 уровне АСЦТЭ и {/2-J}=V } - функции, которые могут выполняться на 2 или 3 уровне системы (так называемые "переменные" функции {х}).
Для решения оптимизационной задачи необходимо определить параметры модели СМО, т.е. t{px), t{x), t(cx), 4Х).
Далее доказывается, что переменные функции и их параметры могут быть оптимизированы на модели СТЭ, описываемой СМО (рис.3.11).
Выбор критерия оптимизации для разработанной модели СТЭ Успешное функционирование системы, в частности, своевременное выполнение возложенных задач, может определяться показателями качества обслуживания. Наиболее типичными из них являются: - функция распределения времени ожидания заявки; - среднее время ожидания начала обслуживания W; - распределение длительности интервала занятости; - распределение величины очереди; - средняя длина очереди; - среднее время пребывания заявки в системе. Так как СТЭ функционирует в реальном масштабе времени, и ЭВМ ЦТЭ может не справляться со всем множеством возложенных на нее задач, для качественного обслуживания необходима минимизация времени пребывания заявки в системе. Поэтому в качестве критерия оптимизации предлагается нахождение минимума функции, описывающей наиболее важный с точки зрения характеристик математической модели СМО показатель, а именно ta - среднее время пребывания аварийной заявки во всей системе.
Варьируемыми параметрами задачи являются // и /л - интенсивность обработки заявок на фазах 1 и 2 (в СМО 1 и СМО 2). Эти параметры включают различные сочетания функций, реализуемых на определенном уровне СТЭ, описываемом соответствующей моделью СМО[53] Введем переменную "JC" - среднее время выполнения функций, которые могут быть отнесены либо в МТО (СМО 1), либо к ЦТЭ (СМО 2). Если JC 0, то соответствующее время выполнения функций затрачивается в МТО, если х О, то в ЦТЭ. Тогда ta = ta{x) и оптимальное функционирование системы будет происходить при " дс", соответствующем значению минимума функции ta (х), т.е. min ta (х), х — opt.
Разработка модели и исследование характеристик СУЭ для категории управления рабочими характеристиками
На уровне управления услугами должны создаваться системы управления услугами СУУ, а на уровне УУБ - системы управления бизнесом СУБ [67,68,78]. Эти системы (СУУ и СУБ) по сравнению с СУЭ обеспечивают выполнение другого набора функций. Базовые функции, поддерживающие СУУ, полностью определены в «схеме телекоммуникационных действий» (Telecom Operations Map), разработанной Телеменеджмент Форумом (TMF) [207].
Как указывалось выше, в настоящей диссертационной работе уровень управления бизнесом не рассматривается. В соответствии с [207] общая совокупность задач при управлении услугами состоит из трех областей: 1. Выполнение услуги (предоставление, изменение или отказ от услуги); 2. Обеспечение гарантированной доставки услуги; 3. Биллинг. На рис. 4.10 приведены процессы, связанные с выполнением услуг, а на рис.4.11 показано взаимодействие процессов при управлении предоставлением услуг. Рис.4.12 иллюстрирует разработанный алгоритм, описывающий управление предоставлением услуг.
На СУУ поступают запросы от заказчиков о предоставлении какой-либо услуги. Затем выполняются процессы заказа услуги, которые взаимодействуют с процессами конфигурации услуги и конфигурации сети.
На первом шаге осуществляется сбор данных от заказчика. Заявка через интерфейс с заказчиком поступает в СУУ. В заявке указывается необходимая информация по виду предоставляемой услуги и т. п. После приема заявки осуществляется верификация SLA (Service Level Agreement) (соглашение по уровню предоставляемого сервиса), то есть определяются все возможные характеристики и параметры по предоставляемой услуге. Следующим шагом является проверка возможности осуществления заказа. Возможны отказы в предоставлении услуги, например, из-за ее отсутствия или невозможности ее предоставления на существующем оборудовании. Далее производится верификация кредита и депозита заказчика, то есть проверяется его платежеспособность. Если заказчик платежеспособен, то генерируется квота, план заказа и производится тестирование услуги, если же нет, то формируется отказ. После этого осуществляется инсталляция услуги с отображением статуса заказа. Последним шагом является завершение заказа и начало начисления счета. В завершение данные передаются в систему управления сетью.
На рис.4.13 приведена структура двухфазовой СМО, описывающая информационные процессы при функционировании СУУ.
Основываясь на описании функционирования СУУ, можно сказать, что система состоит из двух уровней и всю поступающую информацию можно разбить на N категорий. При этом на каждом уровне (фазе) осуществляется обработка (обслуживание) поступающего потока заявок. Следовательно, каждый уровень СУУ можно рассматривать как обслуживающий прибор.
Обслуживание поступающих заявок осуществляется последовательно в каждой фазе. Порядок обслуживания заявок можно рассматривать, как дисциплину обслуживания. Заявка с более высоким номером категории имеет более высокий приоритет. Следовательно, исследуемую систему можно рассматривать как СМО.
На первой фазе (СМО 1, рис.4.13), осуществляется предварительная обработка заявок. Среднее время пребывания заявок в фазе складывается из времени обращения к базе данных, проверки возможностей пользователя и системы. На выходе СМО 1 обслуженные заявки могут: - выйти из системы; - поступить на вход СМО 2; - вернуться на дообслуживание. На второй фазе (СМО 2) осуществляются основные действия по результатам обработки заявок. Среднее время пребывания в фазе складывается из времени формирования команд на конфигурацию услуг и отображения статуса. На выходе СМО 2 обслуженные заявки могут выйти из системы. Приведем основные характеристики полученной модели, которые будут необходимы при исследовании процессов в интегрированных системах управления телекоммуникациями [177]. Все заявки поступают от N категорий пользователей. Заявка с более низким номером категории имеет более высокий приоритет, то есть чем ниже номер N, тем выше приоритет. От одной категории пользователей может поступать М равнозначных заявок: - на предоставление услуги; - на изменение параметров предоставляемой услуги; - на отказ от услуги. На каждой фазе к, представляющей собой СМО типа М/М/1, осуществляется обслуживание поступающего простейшего потока заявок. Входящий поток создается большим количеством источников заявок, поступающих в случайные моменты времени. Вероятность поступления того или иного количества заявок не зависит от процесса поступления заявок до момента наблюдения, момента поступления, а зависит только от времени наблюдения:
Похожие диссертации на Модели и методы проектирования систем управления телекоммуникационными сетями
