CC BY
55Методика обоснования показателя устойчивости связи
Михайлов Р.Л.
Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург Владимиров Е.С.
Филиал военной академии Министерства обороны, г. Череповец
Аннотация
В статье рассмотрены понятие устойчивости связи и методика ее оценки. Дано определение устойчивости связи согласно руководящих документов. Проведен анализ исследований в данной области, систематизированы различные подходы к расчету показателя устойчивости связи. Обоснован выбор показателя устойчивости связи и обоснована методика его расчета.
Ключевые слова: устойчивость связи; показатель устойчивости, качество обслуживания; вероятность связности; надёжность.
Введение
Актуальность вопросов повышения устойчивости связи обусловлена все более возрастающими требованиями к качеству обслуживания, предъявляемыми к современным сетям связи (СС), в условиях функционирования их в неблагоприятной среде.
Под устойчивостью связи, согласно ГОСТ [1], понимается способность СС выполнять свои функции при выходе из строя части ее элементов в результате воздействия дестабилизирующих факторов.
Дестабилизирующими факторами (ДФ) являются воздействия на СС, источником которых является физический или технологический процесс внутреннего или внешнего характера, приводящие к выходу из строя элементов СС [1]. В соответствии с этим различают:
- внутренние ДФ;
- внешние ДФ.
При этом способность СС противостоять внутренним ДФ определяет свойство ее надежности, а способность противостоять внешним ДФ - свойство живучести [1].
Показатели устойчивости в общем виде
В соответствии с действующим в настоящее время ГОСТом [1] показателем устойчивости СС является значение вероятности связности информационного направления связи (ИНС), под которым понимается вероятность того, что на заданном направлении существует хотя бы один путь, по которому возможна передача информации с требуемым качеством (QoS - Quality of Service - качество обслуживания) и объемом:
P = P(i MlQMQ"^}), (1)
где Рсв - показатель вероятности связности ИНС;
I - количество работоспособных путей на заданном ИНС;
О1 - качество обслуживания, обеспечиваемое путями (путем) на заданном ИНС;
О™!"16 - требуемый уровень качества обслуживания.
Вместе с тем данное определение связности не учитывает важность отдельных ИНС, количество и распределение в них путей, а также особенности воздействия на них ДФ.
В связи с этим в работе [2] в качестве показателя устойчивости сети предложено использовать среднесетевую вероятность связности РУ ср [2]:
1 N
р =—У р
Уср лтА.1 У'
* /= , (2)
где N - количество ИНС в СС;
Ру г - устойчивость /'-го ИНС / = 1, N.
Устойчивость каждого /-ого ИНС РУ г определяется в соответствии с выражением [2]:
Р = К Р
У / Г / св / (3)
где КГ, - коэффициент готовности /-ого ИНС;
Рсв г - вероятность связности /-ого ИНС, в условиях воздействия на нее ДФ.
В выражении (3) коэффициент готовности КГ г определяет временные параметры процесса отказов/восстановлений ИНС при воздействии на нее ДФ, а вероятность связности ИНС Рсв г - структурно-вероятностные параметры этого процесса.
Необходимо отметить, что при использовании показателя устойчивости в виде (2) вводиться допущение о равнозначности ИНС при определении устойчивости сети. Однако, различные ИНС имеют различную важность и для учета их разного вклада в общий показатель устойчивости (в выражении (2)) вводят соответствующие весовые коэффициенты аг [3]:
N N
РУ = У ос1РуГ1, условие нормировки У а1 = 1, (4)
/=1 /=1
где Ру ср - среднесетевая вероятность связности;
РУ г - устойчивость /-го ИНС / = 1, N;
а - весовой коэффициент, учитывающий важность /-го ИНС.
В работе [3] предполагается, что весовые коэффициенты а в выражении (4) задаются исходя из конкретных условий и целей функционирования СС. Однако в этой работе не указываются конкретные подходы к вычислению коэффициентов важности.
В работе [2] коэффиценты важности /-го ИНС предложенно определять исходя из циркулирующей по ним доли трафика [2]:
«/■ (Л )=1Т-, (5)
где h - трафик, передаваемый в /-том ИНС; N - количество ИНС в СС.
1=1
Учет структурно-вероятностных параметров при оценке показателя устойчивости
Рассмотрим более подробно факторы, определяющие вероятность связности отдельного /-ой ИНС Рсв /, в выражении (3) при определении показателя устойчивости СС.
Для учета специфики воздействующего ДФ в работе [2] вероятность связности Рсв / каждого отдельного /-го ИНС из выражения (3) предложено определять в следующем виде:
Р / =(1 - РиТВ / )(1 - РрЭП / )(1 - РфП / )(1 - Ртк / ) , (6)
где РИТВ / - вероятность отказа элементов СС (каналов и узлов связи) вследствие информационно -технических воздействий (ИТВ); РрЭП / - вероятность подавления количества каналов связи СС большего, либо равного величине реберной связности xv подграфа Оинс /; Рфп / - вероятность физического поражения (ФП) узлов связи СС большего, либо равного величине вершинной связности xu подграфа ОИНС /; Р отк / - вероятность отказа элементов СС (каналов и узлов связи) вследствие воздействия внутренних ДФ и естественных процессов надежности.
i-methods
2 5
3-2015
При этом считается, что каждое из учитываемых в выражении (6) воздействий переводит подграф Синс /, формализующий /-ую ИНС в несвязное состояние.
В работе [4] вероятность работоспособного состоянияу-го пути Рраб^у в составе /-го ИНС состоящего из 2/ элементов (ту каналов и пу узлов связи) предложено определять через вероятности работоспособного состояния Рра6. эл. V всех у-ых элементов в составе пути с учетом особенностей воздействия ДФ:
Р = ТГ Р (7)
раб /XX раб. эл. V > ^ '
v=1
Ppa6.,,v =(1 - РиТВ v )(1 - РРЭП v )(1 - РфП v )(1 - PomK v )
(8)
где 2у=ту+пу - количество элементов (каналов и узлов связи) в составе пути; переменные, РИТВ у РрЭп Рфп Ротк у соответствуют вероятностям воздействия соответствующих ДФ, в результате которых отказывает у-ый элемент у-го пути.
В этом случае связность /-го ИНС будет определяться работоспособным состоянием всех /, -ых путей, каждый из которых содержит 2у элементов (у =1,/) и будет равна:
/ / ( \
раб. эл. 1
(9)
Рв / = 1 "П(1 " Рраб у ) = 1 "П 1 "П Р
у=1 у=1
Зачастую в практике построения современных СС используется резервирование путей в ИНС, когда один путь является основным, а остальные - резервными. В этом случае вероятность связного со стояния ИНС из одного основного и (1-1) резервных путей (соответственно из 2осн и 2у элементов где у ), будет определяться как:
(( ^ \ /"1 ( \л
раб. эл.
v v=1 у у
(10)
P - = 1 П W v j 1 П Р
Так как для любого j-го пути Ррав. эл. v <1, то для любого ИНС добавление резервных путей будет увеличивать вероятность его связности.
Вместе с тем, выражение (10) не учитывает возможные пересечения путей на элементах подграфа ИНС. Зависимость вероятности связности --го ИНС Рсе ■ от количества путей l на ИНС с учетом их пересечений по общим элементам сети показана в работе Ковалькова Д. А. [5].
В случае если первыми l путями обеспечивается вероятность связности Рсе l , то добавление очередного пути (1+1) приведет к увеличению вероятности связности ИНС до Рсе м. Вероятность Рсе l+1 будет определяться вероятностью двух событий: исправен хотя бы один из первых l путей или исправен (1+1)-й путь, в соответствии с рекуррентной формулой [5]:
Рсе i = Рсе l + Рсе /+1 " Рсе /+1 * Рсе l , (1 1)
где знак «*» - означает, что при перемножении вероятностей связности путей в составе ИНС при наличии общих элементов связность, обеспечиваемая элементами, входящими в первые l путей и общими с новым (1+1)-м путем, заменяется единицей.
Учет временных параметров при оценке показателя устойчивости
Надежность каналов передачи характеризуется коэффициентом готовности КГ i который является временным параметром устойчивости i-го ИНС и определяется наработкой на отказ ТО и временем восстановления ТВ (12).
Время восстановления ТВ i согласно [6], состоит из: времени диагностики отказа Тдиагн времени ожидания восстановления связи (удержания конфигурации ИНС) Тож временем уведомления узла, ответственного за изменение конфигурации путей ИНС Тувед ; длительности резервирования и реконфигурации путей в ИНС Трек ; времени переключения информационных потоков с активных путей на резервные пути в составе ИНС Тперекл
V Oi
к Г 1 —-—-т—
г 1 T0i+TBi T0i + (
T
10i
T
10i
(12)
диагн i
Время уведомления 7,увед ; в ИНС зависит от времени передачи между отдельными узлами сообщения об отказе Тпер и от количества участков сети ёц, между узлом, обнаружившим отказ пути (узел а), и узлом, ответственным за переключение путей в ИНС (узел Ь).
Для повышения временных параметров устойчивости ИНС, как следует из выражения (13), необходимо максимально сократить длительность восстановления связи (Тв ,). Это достигается применением протоколов маршрутизации, которые обеспечивают быстрое обнаружение отказа (Тдиагн г) и уведомление о нем узла, ответственного за переключение, либо принятие решения о переключении на самом узле, ближайшем к отказавшему элементу СС. Заблаговременное резервирование маршрутов позволит сократить временные интервалы Тдиагн г и Тперекл ¿. Анализ выражения (13) показал, что введение дополнительной структурной избыточности ведет к увеличению ёаЬ и, как следствие, приводит к ухудшению надежности по показателю коэффициента готовности.
1. ГОСТ 5311 - 2008. «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования».
2. Назаров А.Н., Сычев К.И. Модели и методы расчета показателей качества функционирования узлового оборудования и структурно-сетевых параметров сетей связи следующего поколения. Красноярск: Поликом. 2010. 389 с.
2. Боговик А.В., Игнатов В.В. Эффективность систем военной связи и методы ее оценки. СПб.: ВАС. 2006. 183 с.
3. Макаренко С.И. Анализ воздействия преднамеренных помех на функционирование расширенного протокола маршрутизации внутреннего шлюза (EIGRP) // Информационные технологии моделирования и управления. 2010. №2 (61). С. 223-229.
4. Ковальков Д. А. Математические модели оценки надежности мультисервисного узла доступа // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2011. №2. С. 64-71
5. Егунов М.М., Шувалов В.П. Анализ структурной надежности транспортной сети // Вестник Си-бГУТИ. 2012. №1. С. 54-60.
Для цитирования:
Михайлов Р.Л., Владимиров Е.С. Методика обоснования показателя устойчивости связи // i-methods. 2015. Т. 7. № 3. С. 24-28.
/-methods 27 3-2015
T
(13)
Литература
Method of justification of sustainability communication
Mikhailov R. L.
Military space Academy named after A. F. Mozhaisky, Saint-Petersburg; Vladimirov Y. S.
The branch of military Academy of the Ministry of defence, Cherepovets
Abstract
The article considers the notion of sustainability context and method of assessment. The definition of resiliency according to the main documents. An analysis of research in this field, the different approaches to the calculation of stability of communication. The choice of the indicator of stability of connection and substantiated the method of calculation.
Keywords: stability bonds; rate stability, quality of service; the probability of connectivity; reliability.
References
1. GOST 5311 - 2008. "Stability of functioning of the public communications network".
2. Nazarov A. N., Sychev K. I. Models and methods of calculation of indicators of quality of functioning of the hub equipment and the structural and network parameters of communication networks of the next generation. Krasnoyarsk: Polikom. 2010. 389 p.
2. Bogovik A.V., Ignatov V. V. the Efficiency of military communications systems and methods of its estimation. SPb.: YOU. 2006. 183 p.
229.-3. Makarenko S. I. Analysis of impact of jamming on the functioning of the extended routing Protocol internal gateway (EIGRP) // Information technology modeling and management. 2010. No. 2 (61). S. 223 71-4. Kovalkov D. A. Mathematical models of reliability estimation of multi-service access node // Radio and telecommunication systems. 2011. No. 2. S. 64
60.-5. Egunov M. M., Shuvalov V. P. analysis of the structural reliability of transport network // Vestnik SibSUTI. 2012. No. 1. S. 54
For citation:
Mikhailov R. L. Vladimirov Y. S. Method of justification of sustainability communication // i-methods. 2015. T. 7. № 3. Pp. 24-28.
