CC BY
60
Ц ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
К вопросу моделирования организации
информационной управляющей сети для системы управления современными инфокоммуникационными сетями
В соответствии с особенностями построения и условиями функционирования инфокоммуникационных сетей специального назначения (ИКС СН), с учетом требований стандартов по организации сетей управления телекоммуникациями (TMN) и организации систем сетевого управления (NMS), предлагаются различные варианты организации управляющей сети (УС) для автоматизированной системы управления (АСУ ИКС СН) на базе стандартной защищенной технологии в составе протокола IPv6, приводятся варианты математического описания УС, включающие вероятностные модели, модели массового обслуживания, приводится математическая модель передачи управляющей информации между центрами управления АСУ ИКС СН, позволяющая получить оценки вероятностно-временных характеристик УС.
Ключевые слова: управляющая сеть, система управления, инфокоммуникационная система, система управления, математическая модель.
Буренин А.Н., Легков К.Е.,
ФГУП "НИИ "Рубин"
Simulation of the information managing director of a network for modern infocommu-nication networks management system
Burenin A.N., Legkov K.E.,
The Federal State Unitary Enterprise "Scientific Research Institute "Rubin"
Abstract
In article according to features of creation and operating conditions of infocommunica-tion networks of a special purpose, taking into account requirements of standards for the organization of networks of telecommunication management (TMN) and the organization of systems of network control (NMS), different options of the organization of the controlling network (CN) for an automated control system are offered on the basis of the standard protected technology as a part of the IPv6 protocol, are brought versions of the mathematical description the CN, including probability models, waiting line models, is given a mathematical model of transmission of control data between centers automated control system, allowing to receive estimates of probable time response characteristics the CN.
Keywords: controlling network, management system, infocommunication system, management system, mathematical model.
Основой современных систем связи
различных ведомств и крупных госкорпораций являются инфокоммуникационные сети специального назначения (ИКС СН), функционирование которых осуществляется в достаточно сложных и неблагоприятных условиях обстановки [1], что требует организации достаточно четкого и устойчивого управления ими в реальном масштабе времени.
Современные ИКС СН строятся в соответствии с концепцией глобальной информационной инфраструктуры ^И) [2] на базе широкого применения современных информационных и телекоммуникационных технологий и технологий управления (рис.1).
Несмотря на сложность обеспечения функционирования ИКС СН в сложных условиях функционирования, необходимо обеспечить передачу требуемого объема информации с гарантированным качеством от индивидуальных или корпоративных пользователей в условиях возможных интенсивных воздействий на средства сети и оборудование ее узлов.
Это можно обеспечить только при наличии гибкой АСУ ИКС СН, реализующей эффективные методы управления, и при организации качественного обмена управляющей информацией между пунктами управления (ПУ). Этот обмен управляющей информацией должна обеспечить (в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т по TMN, серия М.30**) специальная выделенная сеть управления, учитывающая специфику решения задач уп-
равления ИКС СН.
Так как архитектура современных ИКС СН, построенных в соответствии с концепцией GII, содержит три основных уровня (рис. 1), то управление ею также целесообразно декомпозировать на три уровня управления: управление инфраструктурным уровнем, управление промежуточным уровнем, управление базовым уровнем ИКС СН, на каждом из которых управление осуществляется по пяти основным задачам управления, к которым относятся задачи управления производительностью уровня, безопасностью, структурой и адресацией, ресурсами уровня и сбойными ситуациями [2].
Каждый уровень архитектуры ИКС СН [2] представляет собой сеть или совокупность сетей:
— инфраструктурный уровень представляет собой совокупность сетей услуг;
— промежуточный уровень представляет собой совокупность сетей услуг middleware (услуги безопасности, биллинга, аутентификации, поиска);
— базовый уровень — совокупностью транспортной сети, сетей доступа и сетей традиционной связи.
Значительная часть вышеперечисленных групп управления осуществляется на основе передачи соответствующих документов с использованием телекоммуникационных служб электронная почта и файловый обмен как по сети управления, так по самой управляемой ИКС СН, путем выделения специального ресурса.
Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 1-2011
TELECOMMUNICATIONS
His
High technologies in Earth space research № 1-2011
His
RESEAR С II
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
При любом варианте управляющей сети она, как правило, организуется путем наложения защищенной IP-сети на транспортную основу с применением маршрутизаторов центров управления (рис.2).
При построении IP-сети поверх коммутируемой цифровой сети (например, сети ISDN) между слоем коммутируемых цифровых каналов и слоем IP существует цифровая сеть. Это, при соответствующей корректировке вероятностно-временных характеристик, справедливо и при организации IP-сети поверх сети FR, ATM и пр.
Каждый порт маршрутизатора центра управления сетью должен поддерживать интерфейс соответствующего канала в качестве конечного узла. После того как каналы установлены, маршрутизаторы могут пользоваться ими как физическими, посылая данные порту соседнего (по отношению к виртуальному каналу) маршрутизатора. В сети образуется сеть выделенных каналов с собственной топологией.
Подсеть коммутируемых каналов прозрачна для IP-маршрутизаторов сети управления, они ничего не знают о физических связях между портами коммутаторов сети. При этом IP-сеть является наложенной по отношению к этой сети. Сам сеанс организации того или иного соединения для повышения устойчивости управления ИКС СН осуществляется только на время обмена управляющей информацией, что существенно повышает скрытность процессов управления.
Для оценки вероятностно-временных характеристик передачи управляющей информации рассмотрим схему ее организации при наложенной сети (рис.3).
Для обеспечения защищенной передачи управляющей информации целесообразно применять криптомаршрутиза-тор (КМ), который реализует протокол IP-sek (защищенный подпротокол протокола IPv6) в транспортном или туннельном вариантах.
В рассматриваемом варианте для каждого цикла управления ИКС СН сеть управления может быть представлена совокупностью двухполюсных сетей между взаимодействующими центрами управления сетью.
В цифровой сети используется метод коммутации цифровых каналов, при котором информация (в виде IP-пакетов) вводится в сеть только после установления соединения, т.е. передача массива IP-пакетов возможна лишь после того, как образован сквозной канал между вызываемым и вызывающим КМ. Несомненным преимуществом такой организации является возможность немедленного (с задержкой на время установления соединения) обмена информацией между двумя КМ. В сети с коммутацией каналов прохождение срочной информации, обладающей высшим приоритетом, происходит сравнительно быстро, однако этот эффект достигается путем прерывания каналов для информации с низкой категорией приоритета. Естественно, управляющая информация обладает высшим приоритетом.
Эффективность метода коммутации каналов в цифровой коммутируемой сети существенно зависит от соотношения между средним временем передачи одного массива IP-пакетов J и временем установления соединения JВ современной ISDN сети всегда выполняется условие [3]:
'„1 > *у
(1)
Тогда среднее время доставки 1Р-пакета в наложенной управляющей сети можно определить из выражения:
a
уэф
(2)
где I - среднее время задержки пакета в КМ; Тк2 - среднее время обработки
заголовка 1Р-пакета с обращением к маршрутной таблице; Qп и гэф ~ соответственно объем 1Р-пакета и эффективная скорость передачи его по установленному цифровому каналу.
Средне время задержки пакета в КМ Тз можно определить, если описать КМ в
виде системы массового обслуживания (СМО) [4, 5], предполагая, что пакеты, поступающие из центров управления сетью, образуют самоподобный поток с конечным числом источников, при этом значение Т определится выражением:
as
(k-\)m\pk
- 'tf (m-k)\
1з - Г0
V30
(3)
где р - нагрузка, поступающая на КМ; т - число 1Р-пакетов, которое может поступить за время цикла управления (определяется объемом управляющего сообщения);
1
Среднее время установления соединения Ту на к участков равно Tv=kTKl,
где Т - среднее время проключения
(коммутации) цифрового канала между двумя соседними узлами ISDN. Случайное время tK] в ISDN сети имеет распределение близкое к нормальному с дисперсией незначительной величины [3], которой можно пренебречь. Поэтому можно считать / , «7 .
к] VI
Случайное число транзитных участков в установленных соединениях цифровых каналов в ISDN сети, как правило, имеет распределение близкое к равномерному. Это объясняется тем фактом, что в ISDN сети применяются алгоритмы динамического управления сетью.
Поэтому можно считать, что случайное время tv также имеет равномерное распределение со средним значением J .
Р«=-
1 +
т\р -Л т\р
(т-1)! £Лт~к)\ - вероятность того, что КМ незагружен.
Тогда среднее время доведения управляющего сообщения для каждой пары взаимодействующих комплексов средств автоматизации ЦУ АСУ ИКС СН составит:
L, = t„+m
(
j. I Qn
i+-
yi (k-\)m\ff "j
It {m-k)\
m\p x
1+-— + > -
(m-1)!
n\ff
£1(т-к)1)
(4)
Отметим важное обстоятельство, что для рассматриваемой модели (однока-нальной СМО), приведенные выражения справедливы в состоянии установившегося стохастического равновесия для любых законов распределения времени обслуживания [4].
Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 1-2011
TELECOMMUNICATIONS
US
RESEARCH
Полный ряд распределения вероятностей возможных состояний отдельного КМ можно получить, вычислив вероятности этих состояний:
Рк =
т\р (т-к)\
(5)
При этом каждое состояние КМ будет соответствовать определенному времени задержки 1Р-пакета, поступающего на него. С вероятностью р^ время задержки
равно 0, с вероятностью р время задержки равно 0, . с вероятностью р
уэ ф
время задержки составит
2ßn
и т.д.
С целью получения оценки вида непрерывного распределения этот ряд может быть аппроксимирован соответствующей функцией (например, взвешенной суммой экспонент).
Предложенный подход и полученные выражения могут быть использованы и при организации наложенной IP-сети на основе цифровых сетей с применением технологий FR или ATM [6], при этом изменяется только временные характеристики организации сеансов обмена управляющей информацией между ЦУ АСУ ИКС СН [7], определяемые особенностями телекоммуникационных технологий FR и ATM. Так при использовании в качестве транспортной магистральной
сети ИКС СН ATM-сети время установления виртуального цифрового соединения будет определяться задаваемым режимом передачи (ABR, VBR), а также применяемым для передачи информации АСУ ИКС СН сервисом уровня адаптации ATM (AAL1, AAL2, AAL3\4 или AAL5).
На рис. 4 приведены сравнительные характеристики вероятностно-временных параметров передачи управляющей информации АСУ ИКС СН при организации транспортной основы для наложенной IP управляющей сети с использованием соответственно технологий ISDN (кривая 1), FR (кривая 2) и ATM при AAL5 (кривая 3) в зависимости от средней интенсивности потоков управляющей информации.
Р* з
0,2
0,4
0,6
Я,ср
Рис. 4. Вероятность своевременной доставки управляющего сообщения в управляющей сети АСУ ИКС СН
Таким образом, предложен вариант организации управляющей сети для под-
систем управления телекоммуникационными сетями, основанный на наложении IP-сети на цифровую коммутируемую ISDN, FR или ATM сеть, получены и приведены основные вероятностно-временные характеристики процессов передачи управляющей информации, которые могут быть использованы для оценки эффективности управляющей сети.
Литература
1. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Эффективные методы управления потоками в защищенных инфокоммуникационных сетях // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли, 2010. - №2. - С.29-34.
2. ITU-T Recommendation Y. 101 (2000), Global Information Infrastructure terminology: Terms and definitions.
3. Боккер П. ISDN. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы / Пер. с нем. - М. Радио и связь, 1 991. 304 с.
4. Клейн рок Л. Теория массового обслуживания. - М.: Машиностроение, 1979. -432 с.
5. Саати Т.Л. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. - М.: Сов. Радио, 1971.-С.520.
6. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб. Питер. Изд. 4, 2004. - 872 с.
7. Буренин АН. Системно-архитектурные вопросы построения автоматизированных систем управления связью // Телекоммуникационные технологии. - СПб.: «Политехника», 1996. Вып.1. - С.97-11 2.
V Международная выставка современной продукции, новых технологий и услуг железнодорожного транспорта
xporail2011
16 - 18 марта
ЦВК "ЭКСПОЦЕНТР", Москва
High technologies in Earth space research № 1-2011
