/812/309-03-21
10.12.2012 /Статьи
В данной статье предлагается методика оценки степени влияния централизованной автоматизированной системы управления телекоммуникационной сетью специального назначения на вероятностно-временные характеристики передачи пользовательских сообщений.
The article offers the methods for assessing a degree of impact of a centralised automated dedicated telecommunication network control system on probabilistic and timing characteristics of messaging.
Ключевые слова: телекоммуникационная сеть, сеть специального назначения, система управления телекоммуникационной сетью, методика учета влияния.
Key words: telecommunication network, dedicated network.
При создании телекоммуникационной сети (ТКС) для организации информационного взаимодействия между территориально разнесенными объектами важное место занимают вопросы своевременного, достоверного и безопасного информационного обмена.
Использование современных технических средств и телекоммуникационных технологий для передачи мультимедийного трафика в ТКС осложняется необходимостью обеспечения соответствующего уровня безопасности передаваемой информации. При этом необходимо выполнять требования мультимедийных услуг по задержке и ее дисперсии, а также вероятности потери информационного пакета при передаче.
Выполнение вышеперечисленных требований можно обеспечить путем предоставления определенному потоку информации сквозного качества обслуживания.
Обеспечить сквозное качество обслуживания между удаленными объектами можно с помощью реализации централизованной системы управления ТКС специального назначения (СН). Под системой управления ТКС СН будем понимать совокупность логического, алгоритмического обеспечений и программно-аппаратных средств, направленных на эффективное функционирование ТКС СН с предоставлением требуемого качества обслуживания передаваемой информации. Централизованная система управления ТКС СН, по сравнению с распределенной системой управления, предоставляет возможность быстрого и надежного удаленного управления не только отдельными сетевыми элементами, но и всей сетью в целом.
Реализация централизованной системы управления ТКС СН позволит удаленно управлять сетевым оборудованием, распределять информационные потоки и управлять безопасностью телекоммуникационного обмена.
Система управления связью должна обеспечивать:
Выполнение этих требований достигается с помощью следующих возможностей централизованной системы управления ТКС СН:
Данные возможности позволят:
Так с помощью централизованной системы управления ТКС СН достигается повышение эффективности и надежности функционирования ТКС СН, контролируется выполнение требований безопасности передачи информации.
Централизованная система управления ТКС СН позволяет перевести управляемое телекоммуникационное оборудование в статус необслуживаемого, что приводит к сокращению количества квалифицированного обслуживающего персонала. Как следствие, снижается эксплуатационная стоимость ТКС СН, а значит, возрастает ее общая эффективность.
Для окончательного вывода о преимуществах и недостатках конкретной системы управления ТКС СН необходимо провести оценку ее влияния на вероятностно-временные характеристики передачи пользовательской информации, как основного критерия ТКС. Выполнение вышеоговоренной задачи сводится к разработке соответствующей методики.
Удаленное управление сетевыми элементами ТКС СН осуществляется с помощью реализации в телекоммуникационном оборудовании «агента», а в управляющем устройстве «менеджера», согласованная работа которых, обеспечивает заложенный в систему управления функционал.
Рассмотрим общий вид телекоммуникационной сети специального назначения и системы управления ею (рис. 1).
Рис.1
Общий вид телекоммуникационной сети и системы управления
На рис. 1 представлены территориально удаленные группы пользователей (командные пункты, штабы и т.д.), объединенные между собой ТКС СН, представленной в виде -го количества маршрутизаторов (УСЭ – управляемых сетевых элементов) и каналов связи. Маршрутизаторы являются интеллектуальными сетевыми элементами, которыми можно управлять с помощью интегрированной в телекоммуникационную сеть системы управления.
Аренда выделенных каналов связи у поставщика телекоммуникационных услуг под систему управления ТКС СН является экономически невыгодной, поэтому в целях экономии финансовых средств, трафик системы управления передается по тем же каналам связи, что и пользовательская информация.
При разработке методики оценки влияния удаленной централизованной системы управления на характеристики ТКС СН, касающиеся передачи пользовательской информации, будем предполагать, что входной поток пользовательского трафика, поступающий от подключенной группы пользователей и от соседнего маршрутизатора является простейшим. Это предположение основывается на известном факте сходимости большого числа независимых случайных потоков с произвольным законом распределения к пуассоновскому распределению.
Пользовательские пакеты и пакеты системы управления поступают на вход маршрутизатора в произвольном порядке. В отличие от традиционного маршрутизатора, где отсутствует возможность изоляции пакетов различных приоритетов друг от друга, в УСЭ предусмотрена возможность обрабатывать поступающие на вход пакеты в соответствии с их приоритетом. Для пакетов каждого приоритета предусмотрен свой буфер определенной длины, больше которой не может быть выстроена очередь пакетов.
Буферы маршрутизатора имеют ограниченный размер, поэтому при высокой нагрузке, свободное буферное пространство будет заполняться пакетами, встающими в очередь и ожидающими обработки процессором. Если при поступлении нового пакета необходимый буфер заполнен, то поступивший пакет удаляется.
Структура маршрутизатора, имеющего возможность приоритетной обработки пакетов, представлена на рис. 2.
Рис.2
Структура маршрутизатора
Приоритетность трафика системы управления обусловлена необходимостью обеспечения взаимодействия УСЭ с управляющим устройством СУ ТКС СН при любом уровне загрузки маршрутизатора пользовательским трафиком.
Обработчик пакетов, в соответствии с установленными приоритетами выбирает пакеты на обработку, затем обрабатывает их по заранее установленным правилам и передает выходному буферу, из которого они поступают в канал связи.
На основании вышеописанного принципа функционирования маршрутизатора, модели ТКС СН и модели системы управления ТКС СН можно получить следующие параметры:
На основании полученных параметров можно оценить степень влияния трафика СУ ТКС СН на вероятностно-временые характеристики передачи трафика пользователей ТКС.
Для упрощения анализа и получения упомянутых параметров произведем декомпозицию структуры ТКС СН на сквозные тракты передачи информации (СТПИ) [1], представляющие собой цепочки элементов ТКС СН (маршрутизаторы, каналы связи и т.п.), образующие пути передачи информации от абонента-отправителя до абонента-получателя. Для анализа характеристик передачи информации в ТКС СН из множества СТПИ выбираются наихудшие по характеристикам тракты, включающие наибольшее число переприемных элементов, наихудшие по качеству каналы связи и т.д.
Согласно теореме о максимальном потоке через минимальное сечение [2] можно предположить, что полезную пропускную способность достаточно измерить только в самом «узком» месте на протяжении всего СТПИ:
где Rполез. - полезная пропускная способность;
Rпроп.спос.УМ - пропускная способность «узкого» места;
M[RСУ] - средняя интенсивность трафика СУ ТКС СН.
Процентное соотношение средней интенсивности трафика СУ ТКС СН к общей пропускной способности, даст качественную оценку «тяжести» СУ ТКС СН:
Коэффициент увеличения вероятности потерь пользовательских пакетов с введением системы управления рассчитывается следующим образом:
где PПП СУ - вероятность потерь пользовательских пакетов при наличии в ТКС СН системы управления ТКС СН;
PПП - вероятность потерь пользовательских пакетов при отсутствии в ТКС СН системы управления ТКС СН.
Верхнюю границу вероятности потерь пользовательских пакетов, при наличии в сети приоритетных пакетов СУ ТКС СН, можно грубо оценить, сложив два потока (информационный поток и поток системы управления). Тогда вероятность потерь пользовательских пакетов при передаче приоритетных пакетов СУ ТКС СН вычисляется следующим образом [3]:
При проведении расчетов необходимо помнить, что чем ближе маршрутизатор находится к управляющему устройству, тем больше через него проходит приоритетной информации системы управления.
Следовательно, при построении системы управления необходимо применять комплексный подход, учитывающий топологию сети, направления пользовательских потоков информации и маршруты для управляющего трафика.
Особое внимание необходимо уделять расположению резервного управляющего устройства, т.к. основное управляющее устройство должно передавать ему всю информацию, связанную с управлением ТКС СН. Это необходимо для оперативного подключения резервного устройства управления к процессу управления при выходе из строя основного.
Трафик СУ ТКС СН оказывает влияние на пропускную способность и вероятность потерь пользовательских пакетов, поэтому при разработке СУ ТКС СН необходимо задавать пороговые значения допустимого влияния разрабатываемой системы управления на тактико-технические характеристики ТКС СН.
Литература
1. Воробьев С.П., Хейстонен Д.П. Формализованное описание логической архитектуры инфокоммуникационных сетей. //XI СПб Международная конференция «Региональная информатика – 2008 (РИ – 2008)». / Материалы конференции. – СПб.: СПОИСУ, 2008. – С.71.
2. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. Пер. с англ./Пер. И.И. Грушко; ред. В.И. Нейман. – М.: Машиностроение, 1979. – 432с., ил.
3. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. Изд. 4-е, испр. М.: Издательство ЛКИ, 2007. – 400 с.
