CC BY
10
УДК 654.02
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-228-235
МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ЧЕРЕЗ РЕСУРСЫ СЕТЕЙ ОПЕРАТОРОВ СВЯЗИ С НЕДОСТОВЕРНЫМ КАЧЕСТВОМ
ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫХ УСЛУГ
С.А. Иванов, Е.В. Вершенник, О.Л. Спицын
В статье представлена методика обеспечения устойчивой передачи данных через ресурсы сетей операторов связи с недостоверным качеством предоставляемых услуг. Разработанная позволяет технически управлять корреспондентам качеством оказываемых инфоком-муникационных услуг связи за счет формирования ими правил маршрутизации, повысить вероятность передачи данных в сетях связи с памятью в условиях сбоев элементов сети, перегрузок ее ресурсов последствий внутренних и внешних деструктивных факторов, снизить время передачи потока данных и нагрузки на пропускную способность простых каналов со стороны информационного направления при повторной передаче данных за счет использования в процессе передачи данных памяти оборудования транзитных узлов.
Ключевые слова: устойчивость, информационные направления, маршрут, алгоритм маршрутизации, деструктивные воздействия, память.
Результатом цифровизации и информатизации сетей и систем связи наряду с реализацией подходов к регулированию инфокоммуникационной отрасли стала размытость зон ответственности операторов связи при оказании услуг конечному потребителю. Как с технологической, так и с организационной и юридической точек зрения сформировалась многослойность и многократная вложенность инфокоммуникационных структур. Оказание инфокоммуникацион-ных услуг в одном информационном направлении может одновременно осуществляться несколькими операторами, интересы которых, как правило, направлены на максимизацию прибыли при минимизации затрат [1]. Графическое представление пространственного разделения сети на фрагменты, обеспечивающий максимум прибыли при передаче данных, и фрагменты, обеспечивающий устойчивое качество услуг, показано на рис. 1, где зеленым цветом выделен фрагмент сети, обеспечивающий максимум прибыли при минимально допустимом качестве услуг, красным цветом выделен фрагмент сети, обеспечивающий устойчивое качество услуг, К1, К2 - корреспонденты, £12.. g5^ - узлы связи, сц„ с57 - линии связи, /1.. 12 - линии привязки, синим пунктиром показан маршрут передачи данных, обеспечивающий максимум прибыли при минимально допустимом качестве услуг, красным - маршрут передачи данных, обеспечивающий устойчивое качество услуг.
В этих условиях допустимо ожидать формального подхода операторов связи при выполнении требований к качеству и ограничениям оказываемых инфокоммуникационных услуг. Кроме того, такому подходу способствует нормативно-правовая база, регулирующая соответствующие виды деятельности, что обусловлено ее переходным состоянием в части реализующихся в сетях и системах связи технологиях [2].
Определяющими факторами качества оказываемых услуг являются правила распределения ресурсов элементов и подсистем обеспечения сетей связи. Эти правила устанавливаются операторами связи и недоступны для корреспондентов сети, которым сложно самостоятельно оценить качество оказываемой услуги в режиме реального времени. Таким образом, существует противоречие между потребностями корреспондентов в качественных инфокоммуникацион-ных услугах и их возможностью оперативной оценки качества с целью влияния на решения операторов сетей, задействованных в оказании услуг.
Данное противоречие обуславливает существование актуальной научной задачи, заключающейся в обеспечении устойчивого функционирования информационного направления с заданными требованиями в условиях передачи данных через ресурсы сетей операторов связи с недостоверным качеством предоставляемых услуг, на решение которой направлена представленная в статье методика.
Суть методики заключается в выполнении процессов определения маршрута передачи данных в информационном направлении по правилам, задаваемым корреспондентами, путем размещения в заголовке блоков данных информации о правилах маршрутизации (алгоритмов маршрутизации) с их реализацией на транзитных узлах составного канала.
228
Показателем эффективности является вероятность своевременного получения данных в информационном направлении Рер(( | ( < ) на требуемом временном интервале (у.
Вводимые ограничения:
рассматривается сеть связи с памятью в стационарном состоянии;
корреспонденты информационных направлений не перемещаются;
функционирование информационных направлений осуществляется в условиях передачи данных через ресурсы операторов с недостоверным качеством предоставляемых услуг.
Принято допущение: памяти элементов сети связи достаточно для хранения передаваемых данных в период, соответствующий требованиям по своевременности [3].
Рис. 1. Графическое представление пространственного разделения сети на фрагмент, обеспечивающий максимум прибыли при передаче данных, и фрагмент, обеспечивающий
устойчивое качество услуг
Исходными данными в методике являются:
состав сети связи, включающий О узлов и Ь линий, и структура в виде графа Я = (О,
Ь);
Н категорий данных по различным признакам - вид передаваемых данных, предельное время доставки, приоритет передачи данных и др.;
требования корреспондентов к информационному обмену, которые определяются категорией передаваемых данных, скоростью ввода/вывода исходящего/входящего трафика, достоверностью передачи, предельным временем доставки (своевременностью - допустимое время (ти) передачи И-ой категории данных, определяемое потребностями корреспондентов, где И = 1, 2...Н;), приоритетом передачи, временем устойчивого функционирования ((у в течении которого будет обеспечена своевременность передачи данных с вероятностью Рпер) и др.;
требования к маршрутам, устанавливающие порядок применения критериев выбора алгоритма маршрутизации (по виду передаваемых данных, предельному времени доставки, приоритета передачи данных и др.) и определяющие условия выбора алгоритма маршрутизации на текущий сеанс в информационном направлении;
Р метрик элементов сети, которые позволяют описать их состояние с достаточным уровнем для принятия решения на формирование маршрутов передачи данных в информационных направлениях в различных условиях;
интервалы обновления данных о метриках элементов сети А(р, зависящий от их показателей динамики. Обновление данных в маршрутно-адресных таблицах осуществляется на основе протоколов взаимодействия;
информационные направления корреспондента /ь Места подключения корреспондентов входят в перечень метрик элементов сети;
алгоритмы маршрутизации (вариант и критерии работы алгоритмов могут зависеть от категории передаваемых данных, времени их актуальности для корреспондентов, категории защиты передаваемой информации, требований к устойчивости информационного направления
и т.д.; алгоритмы маршрутизации могут быть уникальными - разрабатываться заново под конкретную задачу, либо возможно использование известных алгоритмов и их модификаций [4-7]).
Критерием вероятности функционирования информационного направления на требуемом временном интервале являются нормативные значения требований системы управления к связи.
Используемые методы: метод маршрутизации данных в сетях связи с памятью, отказами и перегрузками; методы теории графов; методы теории вероятности.
Описание методики
Рассмотрим работу методики относительно одного информационного направления, функционирующего на ресурсах сети связи с памятью.
Основные элементы методики представлены блок-схемой (рис. 2, 3; полужирным выделены блоки, отличающие методику от известных [8]).
В блоке 1 задают исходные данные и формируют Р весовых матриц графа сети по соответствующим метрикам, включая метрики, описывающие направление работы линий связи, с периодом обновления Д^р.
ПР ( ) = ( dР^ ( ))Х=1,
где dp - весовые коэффициенты, учитывающие соответствующую метрику элемента сети. На
р н!
основе данных весовых матриц формируется общая динамическая маршрутно-адресная таблица сети связи
до={А(о, ад.... ад.... ад} .
В блоке 2 передают на все узлы связи и запоминают алгоритмы маршрутизации, заданные в блоке 1. При этом возможны два варианта передачи алгоритмов:
заблаговременная передача с записью в память телекоммуникационного оборудования с присвоением каждому алгоритму идентификатора;
передача непосредственно в ходе сеанса в служебной части блока данных (требуется увеличение служебной части).
В блоке 3 корреспонденты информационного направления формируют сеансовый поток данных, по характеристикам (вид передаваемых данных, приоритет, предельное время доставки и др.) которого в блоке 4 выбирают на текущий сеанс алгоритм маршрутизации, определяющий, в том числе, порядок применения метрик сети и их критериев при формировании маршрута.
В блоке 5 сеансовый поток разбивают на последовательность блоков данных, включающих служебную и информационную части. Длина блоков определяется применяемой технологией, характеристиками среды передачи, стоимостью передачи данных и др. [4]. Служебная часть блоков формируется в соответствии с реализуемой технологией. Для реализации способа в нее добавляют идентификатор сеансового алгоритма маршрутизации (блок 6). Различные протоколы передачи данных отличаются форматом служебной части и могут иметь «жесткую» или относительно «гибкую» структуру, в которую вносятся дополнительная информация. Так, например, в протоколе 1Ру6 возможно включение дополнительных заголовков [8].
Передают данные с их промежуточным дублированием в памяти элементов маршрута (по методу маршрутизации данных в сети связи с памятью, отказами и перегрузками) и хранением в течение времени, не превышающем допустимое ¿доп £. Хранение блоков данных на узлах сети позволяет возобновить их передачу с наиболее выгодного буфера в условиях отказов элементов маршрута, его реконфигурации, смены алгоритма маршрутизации и т.п. (блоки 8, 9, 1521) [10].
На каждом транзитном узле маршрута в соответствии идентификатором запускают сеансовый алгоритм маршрутизации, в соответствии с которым по текущей маршрутно-адресной таблице Т(¿) определяют дальнейший маршрут передачи блока (блок 10-12). При готовности канала связи к передаче блока данных его передают на следующий узел (блок 13-14). Если канал не готов, то блок помещают в очередь до готовности канала или появления альтернативного маршрута (блок 15), при этом, с целью недопущения потери данных, контролируют состояние очереди с заданной периодичностью (блок 16) [11]. Если состояние очереди недопустимое (превышено допустимая заполненность оперативной памяти или допустимое количество блоков данных в очереди превышено), то в блоке 17 переносят блоки данных, в порядке очередности их выбывания из очереди, из оперативной памяти в постоянную память телекоммуникационного оборудования узла связи.
Блоки данных храниться в постоянной памяти в течение времени, не превышающем допустимое (доп g (блок 19, 20, 23), которое определяется из условия
(доп g — tвg + (к н + (к вп, где (к н - вычисляется путем вычитания из текущего времени (тек метки времени отправки корреспондентом (к о к-го блока: (к н = (к тек _ (к 0; (к вп - необходимое время передачи блока данных
от текущего узла до получателя определяется соответствующей метрикой маршрутно-адресной таблицы Т((); tвg - время восстановления готовности канала связи, получают путем прогнозирования.
Рис. 2. Блок схема методики обеспечения устойчивой передачи данных через ресурсы сетей операторов связи с недостоверным качеством предоставляемых услуг (начало)
КОНЕЦ
Рис. 3. Блок схема методики обеспечения устойчивой передачи данных через ресурсы сетей операторов связи с недостоверным качеством предоставляемых услуг (окончание)
Для выполнения требований к точности прогнозирования необходимо набрать статистические данные, объем которых позволит выполнить требования к прогнозированию на установленном промежутке времени [12]. Для этого можно использовать статистические данные действующих сетей связи в режимах эксплуатации и пусконаладочных мероприятий. Учитывая возможность использования усредненных значений времени восстановления элементов сети, а также огромное количество постояннодействующих сетей связи, фиксирующих состояние своих элементов, точность прогнозирования, при доступе к соответствующему объему статистики, будет высокой.
Информация о сохраненных на узлах маршрута данных систематизируется в формируемой корреспондентской маршрутно-адресной таблице
Tsk(t) = {Disk (t), D2sk (0-... Dpsk (0-... Dpsk (t)} , где DpS k(t) - весовая матрица, элементы которой dps k(t) содержат сведения о параметре сохраненных для корреспондента данных.
При необходимости получателя в повторе актуальных блоков данных их передача осуществляется из памяти наиболее выгодного узла.
Блоки данных, время хранения которых (актуальность) в постоянной памяти истекло, удаляют и передают отправителю сообщение об ошибке (блок 21-22). Решение о повторной отправке принимается отправителем.
В блоке 24 получатель принимает блоки данных и в блоке 25 передает отправителю сообщение об успешном приеме. В блоке 26 с заданной периодичностью [11] проверяют степень завершенности сеанса. После завершения сеанса в блоке 27 останавливают сеансовый алгоритм маршрутизации на всех задействованных узлах сети связи.
Оценка эффективности:
1. По данным Роскомнадзора на 2021 год, национальные стандарты в области качества услуг связи содержат 25 ГОСТов (2009-2014 гг.) [13]. Только в двух из них содержаться количественные критерии, в соответствии с которыми вероятность обслуживания корреспондентов должна быть не менее 0,75. Данные требования позволяют реализовывать операторам подход максимизации коммерческой прибыли в условиях невозможности корреспондентов осуществлять технический контроль оказываемых услуг в режиме реального времени.
Эффективность обеспечения устойчивости информационного направления определяется возможностью перехода управления процессом формирования маршрутов операторами к подходу управления этим процессом корреспондентами.
2. Эффективность своевременности передачи данных в информационном направлении определяется возможностью хранения блоков данных во время сбоев и реконфигурации в постоянной памяти телекоммуникационного оборудования, с их дальнейшей передачей после восстановления (появления) маршрута. В отличие от способов передачи данных, в которых при переполнении очереди в оперативной памяти телекоммуникационного оборудования блоки данных удаляются, в разработанной методике они переносятся в постоянную память до восстановления маршрута.
3. Эффективность снижения нагрузки на пропускную способность линий связи определяется высвобождением их ресурсов за счет отсутствия повторной передачи данных в информационных направлениях при реконфигурации сети связи и сбоях ее элементов. Высвободившиеся ресурсы могут использоваться для обеспечения устойчивости информационного направления, выражающейся в показателях качества.
4. Вероятность своевременной передачи данных /)пер(^ 11 < ) определяется условием ¿пер < тА и численно определяется как коэффициент
K _ Iптр(? 1 ? < тh)
кпер _ N '
где N - общее количество блоков в отправленном потоке информационного направления; Птр - своевременно принятый блок данных.
Предыдущие пункты оценки позволяют утверждать, что реализация методики позволит обеспечить вероятность обслуживания корреспондентов выше принятых требований.
Научная новизна методики заключается в том, что в отличие от известных методик разработанная позволяет:
технически управлять корреспондентам качеством оказываемых инфокоммуникаци-онных услуг;
повысить вероятность передачи данных в сетях связи с памятью в условиях сбоев элементов сети, перегрузок ее ресурсов последствий внутренних и внешних деструктивных факторов;
снизить время передачи потока данных и нагрузки на пропускную способность простых каналов со стороны информационного направления при повторной передаче данных за счет использования в процессе передачи данных памяти оборудования транзитных узлов. При этом получение корреспондентами необходимых данных осуществляется путем их маршрутизации от наиболее выгодных узлов, определяемых на основе вводимой в методике корреспондентской маршрутно-адресной таблицы, систематизирующей информацию о сохраненных на узлах составных каналов данных.
Заключение. Таким образом эффект методики определяется реализацией технического управления корреспондентами качеством оказания услуг связи за счет формирования ими правил маршрутизации; повышением устойчивости информационных направлений в условиях отсутствия в любой момент времени сквозного составного канала за счет использования в процессе передачи данных памяти оборудования транзитных узлов.
Список литературы
1. Стародубцев Ю.И., Бегаев А.Н., Давлятова М.А. Управление качеством информационных услуг. СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2017. 454 с.
2. Иванов С.А. Трансформация роли Единой сети электросвязи Российской Федерации в системе военного управления в результате реализации процессов цифровой трансформации и глобализации // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2021. Вып. 3. С. 17-23.
3. Иванов С.А., Стародубцев Ю.И., Вершенник Е.В. Теорема о своевременной передаче переменной нагрузки по каналу связи с памятью и отказами / // Системы управления, связи и безопасности. 2021. № 5. С. 15-39. DOI: 10.24412/2410-9916-2021-5-15-39.
4. Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. СПб.: Питер, 2016. 992 с.
5. Васин Н.Н. Бином Основы сетевых технологий на базе коммутаторов и маршрутизаторов. Лаборатория знаний, 2017. 270 с.
6. Стародубцев П.Ю., Сухорукова Е.В., Закалкин П.В. Способ управления потоками данных распределенных информационных систем // Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2015. № 3 (11). С. 73-78.
7. Мельник В.С., Горячев А.В. Построение географически-распределенной компьютерной системы и оценка ее надежности // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2019. № 5. С. 19-25.
8. Патент 2734021 Российская Федерация, МПК H04L 12/54 (2013.01), Способ передачи данных с заданным качеством в системе связи, не обеспечивающей сквозной составной информационный канал в любой момент времени // Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Вершенник Е.В., Закалкин П.В., Стародубцев П.Ю.; Заявитель и патентообладатель Стародубцев Ю.И. -2020119555; заявл. 11.06.2020; опубл. 12.10.2020. бюл. № 29. 15 с.
9. Официальный сайт международного союза электросвязи. [Электронный ресурс] -URL: https://www.itu.mt/enЛTU-T/ipv6/Pages/itudocs.aspx(дата обращения 07.06.2020).
10. Патент 2734503 Российская Федерация, МПК G06F 1/00 (2006.01), МПК H04W 16/22 (2009.01), Способ моделирования сети связи с памятью // Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Иванов Н.А., Вершенник Е.В., Закалкин П.В., Стародубцев П.Ю., Белов К.Г., Вершенник А.В.; Заявитель и патентообладатель Стародубцев Ю.И. 2020116157; заявл. 16.05.2020; опубл. 19.10.2020. Бюл. № 29. 16 с.
11. Патент 2718152 Российская Федерация, МПК G06F 17/10 (2006.01), МПК G06B 23/00 (2006.01), Способ определения оптимальной периодичности контроля состояния сложного объекта // Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Вершенник Е.В., Вершенник А.В., Закалкин П.В., Шевчук А.Л., Карасенко А.О.; Заявитель и патентообладатель Вершенник Е.В. и др. 2019143358; Заявл. 24.12.2019; Опубл. 30.03.2020. Бюл. № 10. 19 с.
12. Рабочая книга по прогнозированию / Отв. ред. И.В. Бестужев-Лада. М.: Мысль, 1982.426 с.
13. Официальный сайт федеральной службы по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. [Электронный ресурс]. -URL: https://rkn.gov.ru/communication/p714(дата_обращения:19.11.2021).
Иванов Сергей Александрович, канд. тех. наук, докторант, sa-ivanov@inbox. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. С.М.Буденного,
Вершенник Елена Валерьевна, канд. тех. наук, старший преподаватель, Yelena.Vershennik@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. С.М. Буденного,
Спицын Олег Леонтьевич, канд. воен. наук, старший преподаватель, ol-spic@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. С.М.Буденного
METHODOLOGY FOR ENSURING STABLE DATA TRANSMISSION THROUGH THE RESOURCES OF TELECOM OPERATORS' NETWORKS WITH UNRELIABLE QUALITY OF
SERVICES PROVIDED
S.A. Ivanov, E.V. Vershennik, O.L. Spitsyn
The article presents a methodology for ensuring stable data transmission through the resources of telecom operators' networks with unreliable quality of services provided. The developed technology allows correspondents to technically manage the quality of infocommunication communication services provided by forming routing rules, increase the probability of data transmission in memory communication networks in conditions of network element failures, overload of its resources, consequences of internal and external destructive factors, reduce the transmission time of the data stream and the load on the bandwidth of simple channels from the information direction during data retransmission due to the use of transit node equipment in the process of data transmission.
Key words: stability, information directions, route, routing algorithm, destructive effects,
memory.
Ivanov Sergey Alexandrovich, candidate of technical sciences, doctoral, sa-ivanov@inbox.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after S.M. Budyonny,
Vershennik Elena Valeryevna, candidate of technical sciences, senior lecturer, Yelena.Vershennik@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after S.M. Budyonny,
Spitsyn Oleg Leontievich, candidate of military sciences, senior lecturer, ol-spic@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after S.M. Budyonny
УДК 621.37.39.001.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-235-247
МЕТОДИКА УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТА КРИТИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
М.А. Карпов
В статье приводятся результаты разработки алгоритма эффективного управления, позволяющего уменьшать пространство состояний управляемого объекта. Представленная методика позволяет спрогнозировать количество итераций управления в зависимости от сегмента пространства состояний и выбранного количества переходов. Такой подход позволит воздействовать на сложные динамические системы в реальном времени, при сокращенных затратах на вычислительные мощности системы управления и её подсистем.
Ключевые слова: Объект критической информационной инфраструктуры, информационно-телекоммуникационная сеть, система управления, ситуативное управление, сценарное управление, система информационной безопасности.
Темпы, с которыми развивается современная сфера информационных технологий, подвергают мировое сообщество целому ряду беспрецедентных угроз и факторов уязвимости. Зачастую источником угроз являются антисоциальные и террористические движения, которые стремятся расшатать хрупкий баланс социально-экономической стабильности, вмешиваясь в активы и процессы, от которых зависит жизнеобеспечение общества. Эти защищаемые активы и процессы являются центральными узлами, известными как информационно-телекоммуникационные сети (далее - ИТКС). Кроме того, программно-технические информационные воздействия, либо компьютерные атаки (далее - КА) на ИТКС государственного и муниципального управления, ИТКС крупных промышленных корпораций, ведомственных ИТКС специального назначения проводятся с территорий третьих стран с целями, выходящими за пределы международного права и дипломатических договорённостей. В этом и есть проявление «критичности».
В 2017 г. в России был принят федеральный закон № 187-ФЗ «О безопасности критической информационной инфраструктуры (КИИ) Российской Федерации». Данный закон устанавливает перечень объектов и субъектов, относящихся к КИИ РФ, а также предписывает министерствам и специальным службам разработать комплекс мер направленных на обеспечение их защищённости. К объектам КИИ относятся [1]: - информационные системы; - информационно-телекоммуникационные сети; - автоматизированные системы управления субъектов КИИ; - единая сеть электросвязи, обеспечивающая взаимодействие вышеуказанных объектов.
Наиболее важные подсистемы, которые обеспечивают весь «жизненный цикл» информационно-телекоммуникационных сетей проектируются с достаточно высокими технологическими требованиями по надёжности, устойчивости, управляемости. Такой подсистемой является система информационной безопасности ИТКС (далее - СИБ). В данной работе под СИБ понимается комплекс технических, программных, программно-аппаратных средств защиты информации, обрабатываемой ИТКС и технологий, используемых для её получения, передачи, хранения, а также подсистемы мониторинга, контроля и управления эффективностью защиты ресурсов объекта КИИ. В нашем случае, под объектом КИИ подразумевается ИТКС.
Для управления СИБ и поддержания состояния безопасности ИТКС необходимо применять действенные методы мониторинга, контроля состояния многопараметрических элементов (суммарного трафика, состояния портов, количество активных узлов сети и т.д.) в режиме, близкому к реальному времени. Это позволит выявлять аномалии в сети заблаговременно, на этапе их зарождения. Ключевой характеристикой ИТКС является способность обеспечивать передачу информационных потоков к узлам-адресатам в заданные сроки. Чаще всего это сроки реального времени - телефония, видеоконференционная связь, передача данных и т.д. Такие же, а зачастую, и более жёсткие требования по скорости обработки данных, предъявляются к рассматриваемой подсистеме - СИБ.
