Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проводных сетей передачи данных 12
1.1. Классификация аппаратурных средств проводных сетей 12
1.2. Разновидности структур проводных сетей 17
1.3. Характеристики надёжности проводных сетей передачи данных 23
1.4. Проблемы обеспечения защиты информации в сетях управления 26
1.5. Активные методы защиты информации в проводных сетях передачи данных 29
1.6. Обзор задач топологического проектирования сетей 34
1.7. Математическое представление проводной сети и основные определения 38
1.8. Методы определения топологий сетевых структур минимальной стоимости 45
1.9. Основные задачи определения оптимальных структур
проводных сетей передачи данных 68
Заключение по первой главе 71
Глава 2. Исследование сетевых структур с помощью имитационного моделирования 72
2.1. Эмуляция данных на ЭВМ, требования к программным средствам проектирования сети 72
2.2. Методы Прима и Ежи-Вильямса для синтеза новой сети и модернизации существующей 80
2.3. Модель сети с несколькими центрами коммутации 92
2.4. Модель использования единых каналов первичной сети несколькими подсетями 104
Заключение по второй главе 115
Глава 3. Исследование моделей проводных сетей с учётом технологических сигналов 116
3.1. Функции и архитектура системы управления и контроля сети передачи данных 116
3.2. Параметры сети как критерии оптимизации прокладки трасс технологических сигналов. Правила прокладки технологических сигналов в сети 119
3.3. Формирование физических показателей из исходных данных 123
3.4. Выражение критериев оптимизации через исходные данные 126
3.5. Использование критериев оптимизации при проектировании оптимальных трасс прокладки технологических сигналов 142
3.6. Проектирование сетей с концентраторами, иерархической структурой с учётом технологических сигналов 148
Заключение по третьей главе 154
Глава 4. Проектирование местных и узловых проводных сетей передачи данных 155
4.1. Проблемы оптимизации местных и узловых проводных сетей передачи данных. Основные элементы территории и структуры проводной сети связи 155
4.2. Модели определения оптимальных размеров прямоугольного и секторного подрайонов подключения 161
4.3. Расчёт перспективных значений нагрузки сетей местного соединительного кабеля 183
4.4. Определение оптимальных направлений прокладки трасс и мест размещения сетевых узлов абонентского кабеля 197
Заключение по четвёртой главе 210
Общее заключение 211
- Классификация аппаратурных средств проводных сетей
- Эмуляция данных на ЭВМ, требования к программным средствам проектирования сети
- Функции и архитектура системы управления и контроля сети передачи данных
- Модели определения оптимальных размеров прямоугольного и секторного подрайонов подключения
Введение к работе
Современные проводные сети передачи информации представляют собой сложные системы, включающие в свой состав тысячи узлов и соединений. В последние годы значительно изменился объём передаваемой информации, резко возрос трафик данных, начинают исчезать различия между сетями передачи данных и телефонными сетями. На графике (рис.1.) представлен прогноз роста глобального трафика речи и данных [54]. Т бит/с
-^.
О 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Годы
"""""" " . Трафик данных Источник: Authur D. Little, 1999
""" "~" """ ~ - Международный телефонный трафик
- Суммарный телефонный трафик
Изменение природы передаваемой информации оказывает существенное влияние и на структуру сетей передачи данных. Нахождение оптимальной конфигурации систем связи в процессе их проектирования и модернизации точными методами (для сетей большой размерности) трудно реализуемо из-за сложности вычислений, поэтому основано на использовании эвристических методов, допускающих приближённые решения. Перед проектировщиком встаёт задача моделирования оптимальной топологической структуры коммуникационной системы и её совершенствование с минимальной стоимостью, удовлетворяющей необходимым требованиям.
Одно из важнейших требований, предъявляемых к системе связи в современных условиях - это обеспечение защиты передаваемой по сети связи информации. Ежегодные материальные и моральные потери от несанкционированного доступа к информационным ресурсам, передаваемым по каналам связи, постоянно увеличиваются. В этой связи увеличивается число ведомственных и выделенных сетей в общем объёме (специальные банковские сети, сети силовых ведомств, МПС, пенсионного фонда и т.д.), основные тенденции и проблемы развития систем передачи данных присущи и этим корпоративным сетям. Вопросам защиты передаваемой по проводным сетям связи информации, в том числе с использованием технологических сигналов, уделяется всё большее внимание.
В современных условиях на первое место при проектировании структуры сети связи выступает критерий стоимости. Поэтому данный параметр выступает основным при определении конкурентоспособности проекта и выбран в качестве определяющего в перспективных методах.
Проблемам анализа топологических структур сетей и определения методов их оптимального проектирования посвящены работы немецких исследователей Р. Бесслера и А. Дойча [41]. Российские учёные Г.Т. Артамонов и В.Д. Тюрин [18], рассмотрели в своих трудах вопросы анализа и синтеза структур сетей передачи информации методами теории графов.
Эвристические методы синтеза топологии сети по заданному местоположению её узлов рассмотрены в работах Лазарева В.Г.[14], Янбых Г.Ф.[32], Лукьянова В.С.[34]. Методам автоматизированного проектирования систем связи посвящены исследования Мясникова В.А., Мельникова Ю.Н., Абросимова Л.И.[36], Советова Б.Я., Яковлева С.А.[23, 24, 33].
Практическое применение в настоящее время нашли методы Прима [62], Ежи - Вильямса [35], метод концентраторов и определения структуры иерархической сети [36], а также модификации алгоритмов Прима и Ежи-Вильямса - метод Крукскала и метод фирмы IBM [10].
Подробнее рассмотрев применяемые эвристические методы, можно
выявить некоторые ограничения известных моделей определения оптимальной топологической структуры проводных сетей, которые не позволяют эффективно использовать их в современных условиях для определения оптимальной топологической структуры. В основном эти ограничения сводятся к следующему:
Использование данных алгоритмов для расчёта сетей только с одним центром коммутации (централизованных сетей).
При расчёте не учитывается наличие базовой действующей сети с трактами, обладающими определённой информационной ёмкостью.
Не учитывается перспективность дальнейшего использования оборудования, резерв пропускной способности и канальной ёмкости соединительных кабелей и т.д.
При расчёте не берутся во внимание параметры стоимости линейного и каналообразующего оборудования, единицы длины кабеля, подключения линии связи.
В результате анализа и практического рассмотрения существующих моделей выявляется необходимость проведения дальнейших исследований, модификации существующих и создания новых вариантов, учитывающих современные требования.
Таким образом, указанные обстоятельства обуславливают актуальность сформулированной темы исследования, направленной на разработку перспективных моделей определения оптимальных структур проводных сетей передачи данных ведомственных сетей.
Цель диссертационной работы заключается в разработке перспективных моделей определения оптимальных структур ведомственных сетей передачи данных, снимающих ограничения существующих способов решения данной проблемы.
Предметом исследования является топологическая структура ведомственных проводных сетей передачи данных.
Объектом исследования - перспективные методы определения
оптимальной топологической структуры ведомственных проводных сетей передачи данных. Для достижения поставленных целей в работе решаются следующие задачи:
Синтез составной сети, включающей в свой состав несколько подсетей с общими трактами передачи и отдельными автономными центрами коммутации.
Оптимизация мест расположения источников технологических сигналов, выбора трасс передачи технологических сигналов с целью уменьшения их доли в общем объёме кабельных соединений.
Эмуляция гипотетической структуры сети для проектирования новых вариантов и совершенствования существующей структуры.
Оптимизация числа и местоположения пассивных (без уплотнения линий) и активных концентраторов, уменьшающих необходимое число линий связи.
Выбор рациональных способов совершенствования структуры существующих сетей путём выбора оптимальных соединительных путей, изменения состава и мест расположения центров коммутации.
Поскольку сети передачи данных относятся к категории сложных систем, то в ходе их исследования применялся системный подход. На его основе для решения возникающих задач исследуемые структуры были подвергнуты системному анализу, направленному на создание обобщённой модели, описывающей систему, отображающей определённую группу свойств: сложность; иерархичность; связность; переменность топологии; надёжность; наращиваемость; избыточность; стоимость - характеристика, оценивающая стоимость реализации структуры.
В работе использованы методы имитационного моделирования структур передачи данных в совокупности с эвристическими методами, что обусловлено сложностью исследуемых систем и многообразием их функциональных элементов. Кроме того, использовались аналитические методы исследования.
На этапе топологического проектирования, который представляет собой начальную стадию системного анализа, должны решаться следующие задачи: определение структуры сети, размещение структурных компонентов в
пространстве для получения базовых вариантов топологии системы, совершенствование базовых топологий для получения систем с определёнными характеристиками.
Точное и целостное решение задачи анализа для реальных топологий с большим количеством взаимодействующих узлов затруднительно из-за громоздкости вычислений. Поэтому большинство работ в области анализа топологий направлено на отыскание приближённых методов, позволяющих решить проблему с приемлемыми для практических целей точностью и затратами машинного времени.
Таким образом, под синтезом в широком смысле понимают задачу уменьшения неопределённости (или разнообразия) систем за счёт соответствующей переработки информации о функциях, целях, оценках, требованиях и топологиях объекта. Поэтому задача синтеза, как правило, решается как многократный анализ систем, выбираемых по определённому правилу из множества вариантов. Сформулировать, а тем более решить общую задачу синтеза оптимального варианта сети интегрального обслуживания в настоящее время невозможно. Поэтому, по мере решения задач синтеза топологической структуры сети, необходимо формулировать и решать частные оптимизационные задачи с элементами эвристики, максимально использующие априорную информацию об объекте.
В качестве критерия оптимизации в работе использовалась приведенная стоимость, которая учитывает расстояние между узлами сети, а также удельную стоимость соединительных линий. Кроме того, что данный параметр наглядно отражает эффективность применяемых методик, в условиях рыночной экономики именно критерий стоимости выступает на первое место из всех других параметров сети. Соотношение цена-качество у заказчика является определяющим.
Использование при проектировании структуры сетей моделей определения оптимальной топологической структуры, построенных с использованием вышеуказанных положений значительно облегчает расчёты
оптимальных по стоимости крупномасштабных сетей с большим количеством абонентов, а также сетей связи нижнего уровня (сетей абонентского доступа).
Практическая значимость работы очевидна, поскольку на основе полученных в ходе исследования результатов реализованы конкретные предложения по расчёту оптимальных структур ведомственных сетей связи и при определённых условиях телефонных сетей общего пользования, определения мест размещения центров коммутации, трасс прокладки и мест размещения источников технологических сигналов в сети, совместному использованию трактов передачи ведомственных сетей, определения оптимальных размеров подрайонов подключения и мест размещения узлов коммутации сети связи.
Основные результаты диссертационного исследования использованы в проектах Научно - исследовательского испытательного полигона ФСО РФ. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе материалы 3-х международных конференций.
В первой главе определены те элементы и свойства систем связи, которые непосредственно влияют на методы и подходы к решению задачи определения оптимальной топологической структуры проводной сети, рассмотрены основные методы определения оптимальных структур проводных сетей передачи данных, применяемые в настоящее время. Сделан вывод о том, что рассмотренным алгоритмам присущи недостатки, которые не позволяют эффективно применять их в современных условиях.
Во второй главе задача синтеза оптимальной топологической структуры сети определена как частная задача, решаемая на первом этапе системного проектирования. Существенно развиты существующие и реализованы новые алгоритмы расчётов, включающие в себя необходимые дополнения в соответствии с современными условиями проектирования. Разработана концепция применения перспективных методов определения оптимальной топологической структуры сети связи, основанная на эвристических приёмах и включающая систему требований к задачам, которые должны решаться при
проектировании оптимальной структуры сети.
В третьей главе рассматриваются различные параметры сети как критерии оптимизации прокладки трасс и мест установки источников технологических сигналов защиты передаваемой по сети информации. Предложена математическая модель исследования сети с установленными в её узлах источниками технологических сигналов, реализован алгоритм определения оптимального количества и мест размещения источников технологических сигналов в сети.
В четвёртой главе определены основные задачи проектирования сетей абонентского кабеля и определения оптимальных размеров подрайонов подключения в зависимости от плотности размещения абонентов на территории района подключения. Реализован алгоритм определения оптимального размера прямоугольного подрайона подключения, в котором учтены современные параметры стоимости линейно-кабельного оборудования, линейные размеры и ёмкостные параметры соединительных линий сети абонентского доступа. Реализован алгоритм определения оптимального места размещения сетевого узла абонентского кабеля с учётом влияния на принимаемое решения координат точки размещения информационного центра сети, а также определения эффективности прокладки соединительных линий местной кабельной сети.
Автор выражает искреннюю благодарность руководству и личному составу Научно - исследовательского испытательного полигона ФСО России (войсковая часть 32382 г. Орёл) за помощь в проведении исследований.
Классификация аппаратурных средств проводных сетей
Одно из важнейших требований, предъявляемых к системе связи в современных условиях - это обеспечение защиты передаваемой по сети связи информации. Ежегодные материальные и моральные потери от несанкционированного доступа к информационным ресурсам, передаваемым по каналам связи, постоянно увеличиваются. В этой связи увеличивается число ведомственных и выделенных сетей в общем объёме (специальные банковские сети, сети силовых ведомств, МПС, пенсионного фонда и т.д.), основные тенденции и проблемы развития систем передачи данных присущи и этим корпоративным сетям. Вопросам защиты передаваемой по проводным сетям связи информации, в том числе с использованием технологических сигналов, уделяется всё большее внимание.
В современных условиях на первое место при проектировании структуры сети связи выступает критерий стоимости. Поэтому данный параметр выступает основным при определении конкурентоспособности проекта и выбран в качестве определяющего в перспективных методах.
Проблемам анализа топологических структур сетей и определения методов их оптимального проектирования посвящены работы немецких исследователей Р. Бесслера и А. Дойча [41]. Российские учёные Г.Т. Артамонов и В.Д. Тюрин [18], рассмотрели в своих трудах вопросы анализа и синтеза структур сетей передачи информации методами теории графов.
Эвристические методы синтеза топологии сети по заданному местоположению её узлов рассмотрены в работах Лазарева В.Г.[14], Янбых Г.Ф.[32], Лукьянова В.С.[34]. Методам автоматизированного проектирования систем связи посвящены исследования Мясникова В.А., Мельникова Ю.Н., Абросимова Л.И.[36], Советова Б.Я., Яковлева С.А.[23, 24, 33]. Практическое применение в настоящее время нашли методы Прима [62], Ежи - Вильямса [35], метод концентраторов и определения структуры иерархической сети [36], а также модификации алгоритмов Прима и Ежи-Вильямса - метод Крукскала и метод фирмы IBM [10]. Подробнее рассмотрев применяемые эвристические методы, можно выявить некоторые ограничения известных моделей определения оптимальной топологической структуры проводных сетей, которые не позволяют эффективно использовать их в современных условиях для определения оптимальной топологической структуры. В основном эти ограничения сводятся к следующему: 1. Использование данных алгоритмов для расчёта сетей только с одним центром коммутации (централизованных сетей). 2. При расчёте не учитывается наличие базовой действующей сети с трактами, обладающими определённой информационной ёмкостью. 3. Не учитывается перспективность дальнейшего использования оборудования, резерв пропускной способности и канальной ёмкости соединительных кабелей и т.д. 4. При расчёте не берутся во внимание параметры стоимости линейного и каналообразующего оборудования, единицы длины кабеля, подключения линии связи. В результате анализа и практического рассмотрения существующих моделей выявляется необходимость проведения дальнейших исследований, модификации существующих и создания новых вариантов, учитывающих современные требования. Таким образом, указанные обстоятельства обуславливают актуальность сформулированной темы исследования, направленной на разработку перспективных моделей определения оптимальных структур проводных сетей передачи данных ведомственных сетей. Цель диссертационной работы заключается в разработке перспективных моделей определения оптимальных структур ведомственных сетей передачи данных, снимающих ограничения существующих способов решения данной проблемы. Предметом исследования является топологическая структура ведомственных проводных сетей передачи данных. Объектом исследования - перспективные методы определения оптимальной топологической структуры ведомственных проводных сетей передачи данных. Для достижения поставленных целей в работе решаются следующие задачи: 1. Синтез составной сети, включающей в свой состав несколько подсетей с общими трактами передачи и отдельными автономными центрами коммутации. 2. Оптимизация мест расположения источников технологических сигналов, выбора трасс передачи технологических сигналов с целью уменьшения их доли в общем объёме кабельных соединений. 3. Эмуляция гипотетической структуры сети для проектирования новых вариантов и совершенствования существующей структуры. 4. Оптимизация числа и местоположения пассивных (без уплотнения линий) и активных концентраторов, уменьшающих необходимое число линий связи. 5. Выбор рациональных способов совершенствования структуры существующих сетей путём выбора оптимальных соединительных путей, изменения состава и мест расположения центров коммутации. Поскольку сети передачи данных относятся к категории сложных систем, то в ходе их исследования применялся системный подход. На его основе для решения возникающих задач исследуемые структуры были подвергнуты системному анализу, направленному на создание обобщённой модели, описывающей систему, отображающей определённую группу свойств: сложность; иерархичность; связность; переменность топологии; надёжность; наращиваемость; избыточность; стоимость - характеристика, оценивающая стоимость реализации структуры. В работе использованы методы имитационного моделирования структур передачи данных в совокупности с эвристическими методами, что обусловлено сложностью исследуемых систем и многообразием их функциональных элементов. Кроме того, использовались аналитические методы исследования.
На этапе топологического проектирования, который представляет собой начальную стадию системного анализа, должны решаться следующие задачи: определение структуры сети, размещение структурных компонентов в пространстве для получения базовых вариантов топологии системы, совершенствование базовых топологий для получения систем с определёнными характеристиками.
Точное и целостное решение задачи анализа для реальных топологий с большим количеством взаимодействующих узлов затруднительно из-за громоздкости вычислений. Поэтому большинство работ в области анализа топологий направлено на отыскание приближённых методов, позволяющих решить проблему с приемлемыми для практических целей точностью и затратами машинного времени.
Таким образом, под синтезом в широком смысле понимают задачу уменьшения неопределённости (или разнообразия) систем за счёт соответствующей переработки информации о функциях, целях, оценках, требованиях и топологиях объекта. Поэтому задача синтеза, как правило, решается как многократный анализ систем, выбираемых по определённому правилу из множества вариантов. Сформулировать, а тем более решить общую задачу синтеза оптимального варианта сети интегрального обслуживания в настоящее время невозможно. Поэтому, по мере решения задач синтеза топологической структуры сети, необходимо формулировать и решать частные оптимизационные задачи с элементами эвристики, максимально использующие априорную информацию об объекте.
Эмуляция данных на ЭВМ, требования к программным средствам проектирования сети
Первоначально все УУК включены (множества Sj - S4 используются). Затем начинается последовательная проверка целесообразности удаления каждого УУК. На первом шаге АУ подключаются к ближайшим (по стоимости) УУК. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все АУ не будут подключены к какому-либо УУК. Для рассматриваемого примера осуществляется перебор элементов матрицы, и после первого шага получаем матрицу соединенияХу (таблица 1.5.).
На первой итерации пытаемся поочерёдно убирать УУК с целью отыскания наилучшей конфигурации сети. Так убирая УУК S] находим, что подключение Tj к So или другим УУК S2i3j даёт "выигрыш" в стоимости, равный отрицательным значениям от -1 до -2. Переключение АУ Т3 к So,2,3,4 также даёт "выигрыш" от -2 до -3, это же справедливо для Т2. Следовательно, эти выборы также неприемлемы.
Отключением УУК S2 с переключением АУ Т5 и 7 к S0 или к УУК Sli3l4 не приводит к положительному выигрышу. Наконец отключая S3 и подключая Т9,Тб к So получим отрицательное значение оптимизирующее структуру сети равное -1.(-3 + 1+2-1=-1). При отключении S4n подключении Тю,Т8 к So также достигается выигрыш, равный —1. Подключение Тю к S3 (более выгодное по стоимости неприемлемо, т.к. в общую стоимость отключения S4 добавляется стоимость оборудования S3 — 3 и выигрыша не происходит, поскольку в оптимальной конфигурации S3 отсутствует как УКК).
Таким образом итерация заканчивается переключением АУ Тбі9 , Т8,ю к - при отключении S3 и S4, при этом Z=17,5 (стоимость двух УУК S2 и Sj равна 3+3; их стоимости включения равны 3 и 2 согласно матрице линий связи; стоимость включения остальных АУ равна 6,5). Далее осуществляется переход к следующей итерации с целью проверки, приведет ли отключение S] или S2 к дальнейшему уменьшению стоимости. Для данного примера уменьшение стоимости сети не достигается.
Окончательный вариант сети: Т]г Т2, Т3 соединяются с Sj в месте расположения Т2; Т4, Т5, Т7 соединяются с в месте расположения Т4; соединяются с АТС напрямую.
Иерархическая сеть. Структура иерархически организованной проводной информационной системы, обеспечивающей сбор, обработку и вывод информации может быть представлена в виде дерева, корнем которого является, например информационно-вычислительный центр, промежуточными вершинами являются местные вычислительные центры (подразделения, компании, офисы), висячими вершинами - абоненты подразделений.
Реальные объекты, для которых требуется определять структуры, имеют размерность узлов N= 100-=-400. Мощность Цц множества состояний уровня h можно определить как число сочетаний из N по В элементов в группе, при этом центры групп могут размещаться при каждом из N узлов, т.е. для N=100uB=10; rjh=5,2-1015
Общий алгоритм решения [36] рассматриваемой нелинейной целочисленной задачи должен исключать необходимость явного перебора допустимых вариантов. Требуются методы, обеспечивающие частичный перебор ограниченного числа допустимых вариантов и неявный перебор всех остальных вариантов, из которых формируются допустимые варианты. В целях сокращения множества вариантов объединения в группы используется эвристический алгоритм, сущность которого заключается в том, для исходного уровня h=\ на каждом шаге из несгруппированных ранее элементов определяется группа rph, имеющая минимальную суммарную длину взвешенных расстояний и отвечающая ограничениям на конфигурацию и пропускные способности узлов. С другой стороны поиск глобального оптимума заменяется поиском суммы локальных оптимумов, т.е. эвристический алгоритм осуществляет поиск решения по функции вида: где h - промежуточные уровни иерархии структуры, h = \,H, где Н- неизвестное число уровней иерархии; М = lmyp,j = \,N - исходная матрица взвешенных
расстояний между каждой парой узлов ah a/, rPih, p=\,Nr, - сформированнаяр-я группа, центры которых {Цр} составляют уровень h структуры S; xpj - булевы переменные, которые определяют местоположение центров Цр; yip — булевы переменные, которые определяют, с каким центром Цри группы rph связан исходный узел щ.
Изложенное обуславливает наличие в эвристическом алгоритме расчёта иерархической древовидной структуры двух этапов [36]: 1 .Этап целенаправленного группирования; 2. Этап улучшения краевых точек. На каждом шаге этапа целенаправленного группирования определяется оптимальная группа Грь. Этап улучшения краевых точек обеспечивает перераспределение сгруппированных элементов таким образом, чтобы, не нарушая ограничений по конфигурации, получить более компактные группы. Этот этап вступает в действие после определения второй и всех последующих групп каждого уровня. Для получения групп уровня h+І производится корректировка оценочных характеристик элементов на основании соотношения:
Функции и архитектура системы управления и контроля сети передачи данных
Распределённый характер крупной сети передачи данных делает невозможным поддержание её работы без централизованной системы управления, которая в автоматическом режиме собирает информацию о состоянии каждого концентратора, коммутатора, мультиплексора и предоставляет эту информацию оператору сети.
Система управления должна быть интегрированной. Это означает, что функции управления разнообразными устройствами должны служить общей цели обслуживания абонентов сети с заданным качеством. Сами системы управления и контроля представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы, цена оборудования и установки этих комплексов определяет границы целесообразности применения системы контроля и управления - она зависит от сложности сети, разнообразия применяемого коммуникационного оборудования и степени его распределенности по территории.
Независимо от объекта управления, желательно, чтобы система управления выполняла ряд функций, которые определены международными стандартами, обобщающими опыт систем управления в различных областях. Существуют рекомендации ITU Х.700, которые делят задачи системы управления и контроля на пять функциональных групп [43]: - управление конфигурацией сети; - обработка ошибок; - анализ производительности и надёжности; - управление безопасностью; - учёт работы сети. Управление конфигурацией сети заключается в конфигурировании параметров, как элементов сети, так и сети в целом. Для сети в целом управление конфигурацией обычно начинается с построения карты сети, то есть отображения реальных связей между элементами сети и изменений связей между элементами сети - образование новых физических или логических каналов. Обработка ошибок включает выявление, определение и устранение последствий сбоев и отказов в работе сети. На этом уровне выполняется не только регистрация сообщений об ошибках, но и их фильтрация, маршрутизация и анализ на основе некоторой корреляционной модели. Корреляционный анализ позволяет найти причину, породившую поток взаимосвязанных сообщений (например, обрыв кабеля может быть причиной большого количества сообщений о недоступности сетей и АТС).
Анализ производительности и надёжности связан с оценкой на основе накопленной статистической информации таких параметров, как время реакции системы, пропускная способность канала связи между двумя конечными абонентами сети, интенсивность трафика в отдельных сегментах и каналах сети, вероятность искажения данных при их передаче через сеть, а также коэффициент готовности сети.
Управление безопасностью включает в себя контроль доступа к ресурсам сети (данным и оборудованию) и сохранение целостности данных при их хранении и передаче через сеть. Базовыми элементами системы управления безопасностью являются процедуры аутентификации пользователей, назначение и проверка прав доступа к ресурсам сети, распределение и поддержка ключей шифрования, управление полномочиями, а также активные методы защиты информации в проводных сетях (зашумление передаваемого сигнала).
Учёт работы сети позволяет регистрировать время использования различных ресурсов сети — устройств, каналов и т.д.
Кроме описанного выше разделения задач управления на несколько функциональных групп, полезно разделять задачи управления на уровни в соответствии с иерархической организацией сети передачи данных. Для построения интегрированной системы контроля и управления разнородными элементами сети передачи данных естественно применить многоуровневый иерархический подход. Это стандартный подход для построения большой системы любого типа и назначения с использованием концентраторов и разделением сети на уровни иерархии. На каждом уровне иерархии модели TMN (Telecommunication Management Network) решаются задачи одних и тех же пяти функциональных групп, однако на каждом уровне эти задачи имеют свою специфику. Чем выше уровень управления, тем более общий характер приобретает собираемая о сети информация, а сугубо технический характер собираемых данных начинает по мере повышения уровня меняться на производственный, финансовый и коммерческий.
Нижний уровень модели TMN - уровень элементов сети. Он состоит из отдельных устройств сети: каналов, усилителей, оконечной аппаратуры, мультиплексоров, коммутаторов и т.п. Следующий уровень - уровень управления элементами сети представляет собой элементарные системы управления, которые автономно управляют отдельными элементами сети - контролируют канал связи, управляют коммутатором и т.д.
Уровень управления сетью координирует работу элементарных систем управления и контроля, позволяет контролировать конфигурацию составных каналов, согласовывать работу разнородных сетей, с помощью этого уровня сеть начинает работать как единое целое, передавая данные между абонентами. Уровень управления услугами занимается контролем и управлением за транспортными и информационными услугами, которые предоставляются конечным пользователям сети.
Модели определения оптимальных размеров прямоугольного и секторного подрайонов подключения
Оптимизация сети с помощью теории графов была прежде, да и сейчас весьма затруднена из-за чрезвычайно большого объёма вычислений.
Исходным пунктом научного подхода к оценке вариантов решений является сравнение стоимостей интуитивно найденных решений. Этот подход, несмотря на его неполноту, и сейчас бывает единственно возможным, поскольку свойства сети или фрагмента сети, рассматриваемого непременно как единое целое, не всегда могут воспроизводиться общей моделью или графом.
Главная задача сетей абонентского кабеля - подготовка путей передачи с целью организации абонентских соединительных линий для всех вторичных сетей. Однако при рассмотрении различных РП выясняется, что имеется очень большое количество возможных решений при разработке концепции построения сети абонентского соединительного (магистрального) кабеля для каждого района подключения.
С точки зрения интенсивного внедрения в российские телефонные сети общего пользования современных средств и технологий абонентского доступа существенным фактором является уменьшение общего количества АТС и укрупнение коммутационных узлов, в связи с чем увеличиваются области обслуживания пользователей и дальность действия оборудования сети доступа [1]. В связи с этим возникает вопрос определения оптимального места расположения АТС, прокладки соединительных линий между АТС.
Надёжное определение экономичных вариантов достаточно универсальным методом, применимым для каждого района подключения, имеет большое значение. Наряду с рядом других факторов проблема усложняется тем, что при перспективном планировании момент ввода в действие источников и приёмников информации точно определить сложно, что приводит к необходимости создания запаса путей передачи. Существуют несколько основных моментов определения района подключения [41]: 1. Определение экономичного места расположения сетевого узла абонентских магистральных кабелей, который обозначим как главный распределитель или главный кросс (оконечная коммутационная станция). 2. Определение экономически выгодных размеров подрайонов подключения. 3. Размещение трасс питающего кабеля в районах подключения. В общей проблеме планирования развития, возникающей при построении и эксплуатации сети интегрального обслуживания, можно выделить ряд задач [55]. Первая из этих задач — проведение анализа потребностей пользователей в услугах связи, для удовлетворения которых создается сеть. Вторая задача планирования - оптимизация структуры сети интегрального обслуживания. Третья задача, возникающая уже на фазе эксплуатации сети интегрального обслуживания, - это экспериментальное исследование таких систем. Проблема определение места размещения сетевого узла (оконечной коммутационной станции) будет рассмотрена в заключительном разделе работы. На проблемы определения экономически выгодных размеров подрайонов подключения и размещения трасс питающего кабеля внимание будет обращено в следующем разделе. 4.2. Модели определения оптимальных размеров прямоугольного и секторного подрайонов подключения. Постоянно увеличивающиеся количество имеющихся в настоящее время и особенно множество ожидаемых в ближайшем будущем источников и приёмников информации требует столь огромного количества абонентских магистральных линий для передачи всего объёма поступающей информации, что распределительные кабели малой ёмкости должны систематически объединяться. Поскольку при объединении неизбежно возникают различные варианты, то постановка цели оптимизации структуры абонентской сети связи приводит к вопросу об экономичных размерах подрайонов подключения (ПРП). Так как в большинстве случаев распределительный кабель подключается к кабельному распределительному шкафу, то вместо ПРП специалисты чаще используют понятие шкафного района. Надо устанавливать кабельный распределительный шкаф или нет, может решаться в каждом отдельном случае, поэтому в дальнейшем будем употреблять обозначение ПРП и будем называть абонентский магистральный кабель, подходящий от главного распределителя до кабельного распределительного шкафа, питающим кабелем. Общие оценки для абонентской магистральной сети можно сделать на основе модели. Эта модель должна соответствовать характерным свойствам сети и строится в таком виде, чтобы по ней можно было составить определяющие уравнения. При этом особое значение имеет количество необходимых путей передачи, отнесенных к площади территории, называемое плотностью линий (плотностью абонентов). В настоящее время для сетей абонентского кабеля созданы две модели: модель прямоугольного и секторного подрайонов подключения [41]. В них используются следующие предпосылки и допущения: 1. Модель прямоугольного района подключения характеризуется: - ортогональной прокладкой трасс питающего кабеля; - прямоугольными ПРП и однородной плотностью линий. Эта модель учитывает прежде всего старые способы застройки в крупных городах и отличается сравнительно простыми вычислениями.
