CC BY
65
УДК 004.42
doi: 10.18097/1994-0866-2015-0-9-108-117
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СЕТЕЙ СВЯЗИ С УЧЕТОМ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
© Попков Глеб Владимирович
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
Россия, 630090, г. Новосибирск, пр-т Лаврентьева, 6, e-mail: [email protected]
В статье рассматриваются некоторые методологические вопросы исследования и проектирования структур сетей связи с учетом отказов их элементов в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Предлагается исследовать задачи, возникающие при анализе и синтезе сетей связи, связанные с применением методов теории графов, теории гиперсетей и других теорий описывающих взаимодействие различных структур. В статье приводится классификация теоретических моделей сетей связи, а также критерии эффективности сетей электросвязи в условиях чрезвычайных ситуаций.
Ключевые слова: сети электросвязи, теория графов, надежность и живучесть сетей связи.
METHODOLOGICAL PROBLEMS OF ANALYSIS AND SYNTHESIS OF COMMUNICATION NETWORKS TAKING INTO ACCOUNT EMERGENCY SITUATIONS
Gleb V. Popkov
PhD, Senior Researcher, Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, SB RAS
6 Lavrent'eva ave., Novosibirsk 630090, Russia
The article deals with some methodological problems of research and designing of communication networks structures taking into account the failure of their items in case of emergencies. We proposed to investigate the problems arising in analysis and synthesis of communication networks and associated with use of the methods of graph theory, theory of hypernetwork and other theories describing the interaction of different structures. The classification of communication networks theoretical models, as well as criteria of telecommunication networks efficiency in emergency situations, was given.
Keywords: telecommunication networks, graph theory, reliability and survivability of communication networks.
Рассмотрим некоторые методологические вопросы исследования и проектирования структур сетей связи (СС) с учетом отказов их элементов при чрезвычайных ситуациях (ЧС). В данной статье представляют интерес задачи, возникающие при анализе и синтезе сетей связи, связанные с применением методов теории графов, теории гиперсетей и других теорий описывающих взаимодействие различных структур.
Основной целью статьи является рассмотрение и приближенная разработка методики для моделирования, постановки и решения задач анализа и синтеза структур сетей связи, устойчивых к разрушающим воздействиям.
Создание такой методики опирается на решение следующих задач:
1) разработка методов оценки параметров сетей и создание на базе полученных результатов точных упрощенных моделей сетей;
2) разработка эффективных методов для автоматизированного анализа и синтеза структуры сетей связи с оптимальной топологией и с учетом совокупности задаваемых ограничений;
3) исследование проблемы обеспечения надежности и живучести сложных сетей связи и создание соответствующих методик и рекомендаций.
1. Сети электросвязи и модели структур
Описанию сетей связи и их элементам посвящен ряд работ [1-3], поэтому здесь зафиксируем те особенности, которые возникают в связи с формальным описанием структур первичной и вторичной сетей как единого объекта исследования.
1.1.Морфологическое описание сетей электросвязи
1. Элементы сетей:
- пункты или узлы связи: сетевой узел, сетевая станция, терминальное устройство, узел связи, вычислительные средства, кросс и т.п.;
- линии сетей связи: линия передачи, соединительная линия, шина (групповой канал), канал электросвязи, канал вторичной сети и т.п.;
- линейные сооружения: кабельная канализация, коллекторы, опоры воздушных линий связи ит. д.
2. Структуры сетей:
- топологическая основа (сеть ситуационных трасс): конфигурация возможных трасс прокладки кабельных линий на территории проектируемой СС (сеть представляет собой часть улиц, на которых реализуются сети);
- сеть кабельной канализации - трассы реальной канализации для кабелей связи;
- первичная сеть - конфигурация сетки линий передачи или соединительных линий осуществляемая через сетевые узлы;
- вторичная сеть - конфигурация сетки пучков каналов вторичной сетки или каналов электросвязи;
- сеть электросвязи - конфигурация первичной сети и всех вторичных сетей, рассмотренные совместно.
3. Технология обслуживания
В технологию обслуживания сетей связи включают коммутацию каналов, пакетов и сообщений с различными способами управления, кроссировку каналов для различных целей, передачу информации при различных требованиях и ограничениях.
4. Внешние воздействия
- поток заявок между корреспондирующими парами (абонентами, сетевыми узлами и т. д.);
- поток освобождений, т. е. поток, характеризующий окончания передачи информации;
- поток отказов элементов - выходят из строя элементы сетей (в основном первичной сети);
- поток восстановлений элементов (имеется в виду восстановление отказавшихся элементов и ввод в эксплуатацию новых).
5. Критерии эффективности
В качестве критериев эффективности могут рассматриваться: производительность, экономичность, качество и надежность передачи, живучесть и много других показателей.
6. Требования и ограничения
При анализе и синтезе конкретных типов сетей связи возникают различные требования и ограничения, связанные с физическими характеристиками сетей и условиями эксплуатации.
1.1.2. Формальное описание структур сетей электросвязи
Опишем математические модели структур сетей связи, определяемых теоретическими моделями. Необходимость в таком описании заключается в том, что граф как математическая модель сети не определяет ее структуру адекватно [2].
Следовательно, при анализе сетей кроме методов теории графов необходимо пользоваться различными эмпирическими приемами исследования структур этих сетей. Очевидно, что в этом случае более подходящим объектом являются гиперсеть и 8-гиперсеть, свободная от многих недостатков, присущих графам. Однако граф как математическая модель структуры сети остается полезным для описания структур многих классов теоретических моделей.
Рассмотрим подробнее границы применимости графов для описания структур сетей связи.
1. Сеть ситуационных трасс (топооснова)
Структура сети ситуационных трасс определяется теми физическими факторами, которые непосредственно влияют на возможность прокладки кабельных линий на предполагаемой территории размещения СС. Каждому возможному участку трассы прокладки кабельных линий от возможного «пересечения трасс» (перекресток) до следующего перекрестка можно сопоставить ветвь 1! е Т, графа ситуационных трасс 8Т = (Х,Т), а каждому перекрестку вершину х1 е X, того же графа. Понятно, что с точки зрения живучести каждая ветвь или вершина данного графа должны характеризоваться соответствующими показателями уязвимости.
2. Первичные сети
Структура первичной сети естественным образом может быть задана графом О=(х, у), где х=(хь...хп) - множество вершин, а у=(у1, ... ут) - множество ветвей. Каждому сетевому узлу первичной сети будет соответствовать вершина графа О, а каждой соединительной линии -ветвь графа О. Характеристики элементов первичной сети в этом случае соответствуют параметрам соответствующих вершин и ветвей графа О.
Примечание. Предполагается, что в первичной сети отсутствуют составные каналы передачи. В противном случае структура первичной сети должна моделироваться гиперсетью.
3. Вторичные сети.
Структура вторичной сети, если не рассматривать ее реализацию на первичной, также хорошо моделируется графом Ь = (У, Я), где У = (у1, ...,ур) - множество вершин, а Я = (г1, ..., щ) - множество ребер графа Ь.
Каждому узлу связи (коммутируемому или некоммутируемому) вторичной сети соответствуют вершины графа Ь, а каждому каналу (или пучку каналов) вторичной сети соответствует ребро графа Ь. Характеристики элементов вторичной сети при этом соответствуют параметрам вершин ребер графа Ь.
Примечание. Для того чтобы граф вторичной сети адекватно отражал свойства этих сетей, необходимо, чтобы все узлы связи вторичной сети были либо коммутируемыми, либо некоммутируемыми. В нашем случае каналы вторичной сети некоммутируемые. Кроме того, если во вторичной сети используются составные каналы (т.е. в узлах связи вторичной сети осуществляется кроссировка) то структура такой сети должна моделироваться гиперсетью [2].
Моделирование структуры вторичной сети в виде графа, вообще говоря, не позволяет исследовать свойства живучести этих сетей, так как отказы элементов вторичной сети зависимы. Действительно, характер разрушения элементов СС полностью определяется способом реализации вторичных сетей в первичных, т.е. зависит от характеристик живучести последних. Первичные сети в свою очередь определяются характеристиками уязвимости ситуационных трасс на соответствующем графе.
Тем не менее, некоторые структурные характеристики вторичных сетей эффективней вычислять с помощью методов теории графов. Например, исследование метрических характеристик вторичных сетей (число транзитов, длина пути передачи и т.п.), исследование пропускной способности сети, анализ и синтез структурно надежных сетей циркулярной связи и другие задачи [3-4].
4. Сеть электросвязи
Реальная сеть связи строится на основе первичной сети электросвязи. Именно, технические средства первичной сети (в первую очередь линии связи, каналообразующая аппаратура и устройства кроссировки) обеспечивают организацию каналов вторичной сети. Узлы связи вторичных сетей обычно не относятся к первичным сетям.
Из определения гиперсети следует, что граф первичной О = (х, у) - сети электросвязи соответствует первичной сети Р8 = (х, у) гиперсети 8 = (х, у, г), а граф вторичной Ь = (У, Я) -вторичной сети WS = (X, Я) гиперсети 8. Взаимодействие этих сетей определяется гиперграфом = (V, Я), т.е. ветвь у е V инцендентна ребру г е Я тогда и только тогда, когда соответствующий г канал вторичной сети (реализован) по линии передачи первичной сети
соответствующей ветви V. Таким образом, структура сети электросвязи полностью задана гиперсетью.
5. Основные формальные модели взаимодействия структур
Из сказанного выше следует, что основными формальными (математическими) моделями структур сетей электросвязи являются графы и гиперсети. Причем графами описываются первичные и вторичные сети, а сеть электросвязи в целом описывается гиперсетью.
Иногда возникает необходимость учитывать привязку первичной сети к местности (например, к сети ситуационных трасс - сетка дорог города) или каналов передачи к линиям связи. В этом случае первичная сеть связи должна моделироваться гиперсетью (сеть с такими свойством назовем субпервичной). С другой стороны, вторичные сети могут содержать составные каналы вторичной сети, и следовательно, вторичная сеть также определяется гиперсетью (сеть с таким свойством назовем субвторичной). В целом сеть электросвязи в этом случае будет моделироваться иерархической гиперсетью. Очень часто при анализе и синтезе сетей связи требуется рассмотреть сеть электросвязи с несколькими вторичными сетями. Возможны и другие модели взаимодействия структур при проектировании реальных сетей связи.
1.2. Теоретические модели сетей электросвязи.
Исследование и развитие теории структур сетей связи невозможны без теоретического описания системы связи.
В настоящем пункте представлена разработка [5] системы теоретических моделей сетей связи, которые позволяют сформулировать математические задачи анализа и синтеза различного назначения.
Очевидно, при построении теоретических моделей сетей нет необходимости рассматривать многочисленные параметры, свойства и отношения, имеющие место в реальных сетях, так как влияние многих их этих факторов на синтез оптимальных структур сетей связи незначительно. Например, информационные свойства сообщений и сигналов, передаточные свойства каналов связи и т.д. фактически не влияют на выбор структуры сети. С другой стороны, разработанные различными авторами теоретические модели сетей связи не всегда удовлетворяют исследователя при решении конкретных задач анализа и синтеза. В частности, в известных теоретических моделях не учитывается взаимодействие первичных и вторичных сетей связи, что мешает эффективно оценить параметры структурной надежности этих сетей.
1.2.1. Классификация теоретических моделей сетей связи
Основу любой теоретической модели сети связи составляют элементная база (узлы и линии) и структура сети. Кроме того, существенными параметрами для задач анализа и синтеза структурно-надежных сетей связи являются: число оконечных пунктов-полюсов сети и пропускная способность ее элементов.
В зависимости от типа сети, ее функций и задач анализа и синтеза возникает необходимость в фиксации некоторой теоретической модели (идеального объекта), которая наиболее полно отражала бы реальную сеть связи при исследовании определенных свойств данной сети. Очевидно, что одной и той же сети могут соответствовать различные теоретические модели. В этой работе классификация теоретических моделей определяется, прежде всего, задачами исследования структурной надежности сетей связи. В таблице 1 приведены параметры, их условные обозначения, а также типы структурных моделей (математических объектов), которым сопоставлены конкретные значения параметров. Следующие параметры характеризуют основные типы теоретических моделей для задач анализа и синтеза структур сетей связи.
1. Сети связи
Известно, что естественным теоретическим допущением, при анализе и синтезе структур сетей связи, является деление этих сетей на первичные и вторичные. В свою очередь структуры этих сетей могут определятся сложными взаимодействиями, то есть необходимо рассматривать субвторичные сети. Классификация теоретических моделей сетей по этому параметру имеет вид:
<П / В / СП / СВ / П,В / П,СВ / СП,В / СП,СВ />, т. е. имеет место восемь подтипов структур сетей связи (таблица 1).
2. Пункты связи
По терминологии, принятой для ВСС, различают сетевые узлы и сетевые станции (СУ) для первичных сетей, узлы связи и узлы коммутации (УС) - для вторичных сетей. Если в сетевом узле или станции предусмотрена оперативная кроссировка (аппаратура автоматической или ручной кроссировки), то данный узел имеет оперативную кроссировку (СУ(1)), в противном случае долговременную (не оперативную). Ненадежность элементов сети связи (в частности СУ) имеет различную природу, т.е. разрушение элемента может быть случайным (обозначим С), детерминированным (Д) или он может быть абсолютно надежным (Н). Таким образом, СУ описывается вектором СУ( , ). Подставляя различные значения параметров, получим следующую классификацию сетевых узлов: СУ(0,Д), СУ (О,С), СУ (О, Н), СУ(1,Д), СУ(1,С), СУ(1,Н).
Аналогично классифицируются узлы связи вторичной сети. Если УС(0). Ненадежность УС обозначим так же, как и в предыдущем случае.
3. Линии связи (Л)
Под линиями связи могут пониматься кабельные, воздушные, радио и т. п. линии передачи первичной сети, а также типовые тракты или каналы вторичной сети. Симплексные (ориентированные) линии обозначим Л(О), а дуплексные (неориентированные) обозначим Л(1). Если линии связи кабельные, радиорелейные и т.п. (т.е. физически имеют линейную природу), то обозначим Л( ,К). Для радиолиний (радиовещание, телевидение и т. п.) условное обозначение имеет вид Л( , Р). Линии связи, соединяющие пару пунктов связи (двухполюсные), обозначим Л( ,1-1), а групповые (многополюсные) - Л( , ,Г-Г). Широковещательные линии (т. е. линии, у которых один источник и множество абонентов) обозначим Л ( , ,1-Г), а множественно доступные линии (т. е. линии, у которых множество источников имеют связь с одним абонентом) Л ( , , Г-1).
Последний параметр, который дает дополнительную классификацию линий, характеризует их надежность или ненадежность. Его значения обозначаются так же, как для СУ и УС.
Описание всех 96 типов линий займет много места, и поэтому приведем пример кодировки неориентированной, кабельной, широковещательной, стационарной линии, которая случайным образом может выйти из строя, - Л (I, К, 1-Г, С, ).
С точки зрения описания структур заданное множество параметров достаточно адекватно для предоставления почти всех типов линий реальных сетей связи.
Заметим, что в реальных сетях связи могут присутствовать разнотипные элементы. В этом случае сеть должна задаваться описанием элементов. Для теоретических исследований в области оптимизации структур будем придерживаться однотипных элементов.
4. Структура связей для оконченных пунктов
В зависимости от поставленной задачи сеть связи можно рассматривать как двухполюсную (т.е. соединяющую только пару абонентов) или многополюсную (в которой каждый абонент соединен с любым другим). Сеть также может быть широковещательной или множественно доступной. Обозначения для данного параметра сети совпадают с аналогичными обозначениями для каналов.
5. Пропускная способность
В том случае, когда при установлении связи между абонентами пропускная способность сети позволяет всегда передать необходимую информацию в заданном объеме, будем говорить, что сеть имеет неограниченную пропускную способность (сигнальная сеть) и обозначим этот факт символом "0". Если пропускная способность элементов имеет существенное значение, то сеть называется потоковой и обозначается символом "I".
Наиболее полное описание теоретической модели имеет вид: </, / СУ( , ); УС( , ) / Л( , , , ),Л( , , , )/ , / , />.
Приведем примеры формального описания некоторых теоретических моделей сети связи.
Таблица 1
Подтипы структур сетей связи
Параметр классификации Условные Структурная
обозначения модель
I. Сети связи:
I.I. Первичная П граф, гиперграф
субпервичная СП гиперсеть
1.2. Вторичная в граф, гиперграф
субвторичная св гиперсеть
2. Пункты связи:
2. I. Сетевой узел первичной СУ
сети и его атрибуты граф, ...
2.2. С кроссировкой и I гиперсеть , ...
без кроссировки 0 граф, ...
2.3. Надежные или н
ненадежные при случай-
ном или с случайный граф, ...
детерминированном разру-
шении элементов д граф, ...
2.4. Узел связи вторичной се-
ти и его атрибуты УС граф, ...
2.5. Коммутируемый или I
некоммутируемый 0
2.6. См. также параметры 2.3 Н, с, д
3. Линии связи: л
3.1. Неориентированные или I. граф, ...
ориентированные 0 оргграф. ...
3.2. Распределенные (радио) и линейные р гиперграф, гипер-
(кабельные, схема
радиорелейные) к граф
3.3. Групповые Г-Г
двухполюсные 1-1 граф, ...
Широков ещательные 1-Г
множественнодос тупные Г-1
3.4. См. также параметры 2.3. Н, с, д
4. Структура связей для I-I, Г-Г
оконечных пунктов I-Г, Г-1
(см. параметры 3.3)
5. Пропускная способность:
не ограничена
(сигнальная сеть) 0 граф, ...
или ограничена
(потоковая сеть) I взвешенный
граф, ...
1. Первичная сеть без кроссировки и коммутации. Линии кабельные с заданной емкостью.
/П/ СУ (О, Н) / Л (I, К, I-I, Н) /Г-Г/ I/. Структурная модель: взвешенный граф.
2. Сеть электросвязи радиорелейная с кроссировкой. Линии связи со случайным отказом. Вторичная сеть с коммутацией, сигнальная, широковещательная.
/П, В/ СУ (I, Н), УС (I, Н) / Л ( I, К, I-I, С), Л ( О, К, I-Г, С) / I-I, I-Г / 0, 0/.
Структурная модель: случайная гиперсеть с надежными ветвями. Вторичная сеть -гиперсхема (ветви удаляются частично).
3. Первичная сеть из радиоканалов, с кроссировкой. Вторичная сеть потоковая некоммутируемая. Узлы связи ненадежные и разрушаются оптимально.
/П, В/ СУ(1, Д), УС (О, Н) / Л (I, Р, I-r, Н), Л (I, Р, I-I, Н)/ I-I, I-I/I-I/.
Структурная модель: абстрактная гиперсеть PS - гиперсхема, WS - граф, ветви и ребра гиперсети взвешены.
4. Телеграфная сеть общего пользования с ненадежными линиями связи первичной сети, в которой исследуется наличие связи от одного абонента до выделенного множества.
/П, СВ/ СУ (О, Н), УС (I, Н)/ Л (I, К, I-I, С), Л (I, К, I-I, С) / Г-Г, I-Г/ О, I/.
Структурная модель: взвешенная случайная неориентированная, иерархическая 3-гиперсеть, в которой первичная сеть и вторичные сети более высоких уровней (модель взаимодействия структур типа «цепь») являются графами.
Очевидно, что для решения конкретной задачи данная модель должна уточняться. В частности, взвешенными элементами гиперсети являются ребра вторичных сетей, а ненадежными являются ветви первичной сети.
1.2.2. Критерии эффективности сетей связи
В общем случае под критерием эффективности сети связи как сложной технической системы понимается совокупность требований, которые предъявляются к существующей или проектируемой сети пользователями, проектировщиками и эксплутационным персоналом.
Таким образом, критерии эффективности - это условия, в соответствии с которыми принимается решение относительно эффективности ее функционирования. Обычно различают три вида критериев: качества и надежности функционирования; экономические; живучести. Соответствующим критериям можно сопоставить показатели эффективности, которые вычисляются по тем или иным теоретическим моделям.
Рассмотрим перечисленные типы критериев более подробно.
1. Критерии качества и надежности.
Здесь рассмотрим наиболее часто употребляемые критерии качества и надежности функционирования сети.
- Существование заданного числа кондиционных путей, в которых число транзитов ограниченно или ограниченна длина пути.
- Существование непересекающихся по узлам и каналам заданного числа кондиционных путей.
- Существование непересекающихся по линиям передачи заданного числа кондиционных путей.
- Вероятность существования кондиционных путей между парой абонентов и всеми абонентами одновременно.
- Максимальное число каналов единичной пропускной способностью, соединяющих заданные пары абонентов.
- Число составных каналов с единичной пропускной способностью и кондиционным путем, предоставленных корреспондирующим парам.
- Вероятность того, что число исправных составных каналов с единичной пропускной способностью и кондиционными путями, которыми может быть соединена отдельная пара абонентов, не менее требуемого.
- Вероятность того, что число исправных каналов в группе каналов, предоставленных данной корреспондирующей паре узлов по плану распределения, не менее требуемого.
- Вероятность того, что число составных каналов с единичной пропускной способностью и кондиционными путями, предоставляемых данной корреспондирующей паре узлов по плану кроссировки, не менее требуемого.
- Вероятность своевременной доставки сообщений входящего потока при заданной норме времени доставки.
- Вероятность ожидания для любого поступившего вызова.
- Отношение средних потерь вызовов к общему числу вызовов, поступивших за тот же период времени.
- Вероятность замены отказавшего элемента на резервный при заданном распределении резервов.
Приведенный перечень не претендует на полноту, возможны и другие варианты критериев качества и надежности функционирования. Выбор конкретного критерия или некоторого подмножества определяется той проектной ситуацией, которая возникает при создании реальной сети связи.
Вычисление показателей, соответствующих приведенным критериям, является весьма сложной задачей. Большинство из этих задач являются КР-полными.
2. Экономические критерии
Здесь в качестве экономической характеристики сетей всех ТИПОВ возьмем затраты (капитальные или приведенные) на одну линию связи, если рассматривается первичная сеть, на один канал или пучок каналов вторичной сети.
Суммарные затраты складываются из соответствующих затрат на линейные сооружения.
Приведем наиболее употребительные экономические критерии:
- Стоимость линии связи первичной сети в общем случае,
су = ау + Ру ( иу)
где Ощ - затраты на строительные работы;
И - емкость линии связи;
Рщ ( Цщ) - функция стоимости линии связи.
- Число каналов в линии связи.
- Суммарная длина каналов в одной линии связи.
- Длина линии связи.
- Арендная плата за канал вторичной сети.
Критерии живучести и соответствующие показатели рассмотрены ниже.
1.2.3. Основные модели внешних воздействий
Исследование живучести систем связи с помощью теоретических моделей возможно только тогда, когда будет зафиксирована модель внешних воздействий на сеть. Очевидным фактом является то, что число различных вариантов внешних воздействий очень велико. Это разнообразие определяется рядом обстоятельств: разрушающими факторами, структурой и назначением сети, средствами, повышающими живучесть сети, и т.п. Ниже приведены основные модели внешних воздействий, способствующих разрушению сети. Весь класс этих моделей опишем с помощью перечисления (классификации) их основных параметров (признаков).
1. Отказы элементов
В сети связи могут быть разрушены узлы связи или линии передачи или те и другие. Очевидно, что разрушение узлов влечет за собой разрушение линий, входящих в данные узлы. Если рассмотреть более подробно назначение узлов связи, то можно выделить три типа: оконечные пункты, сетевые узлы и узлы коммутации. Все три типа узлов могут территориально находиться в одной точке или разнесены в пространстве. В последнем случае в моделях структур сетей связи под удалением узла любого типа понимается удаление соответствующей вершины структурной модели. Если узлы различных типов объединены в одной точке, то в случае разрушения сетевого узла разрушаются все пучки каналов, входящие в него, а в случае разрушения оконечного пункта или узда коммутации имеет место разрушение пучков каналов, входящих в данные узлы. Причем разрушение пучков каналов может быть полным (физические каналы далее не используются) или частичным (соответствующая часть канала вторичной сети между неразрушенными сетевыми узлами может быть использована после перекроссировки). Ясно также, что в отдельных случаях можно допустить разрушения только пучков каналов в определенных линиях передачи. С другой стороны, отказ линии передачи влечет отказ всех пучков каналов, организованных на данной линии.
Математические модели отказов элементов в различных случаях будут рассмотрены в следующем отчете.
2. Восстанавливаемость
При определенных условиях элементы системы связи могут быть не восстанавливаемы, а в других случаях узлы и линии являются восстанавливаемыми за счет ремонта или резерва восстановления.
3. Предсказуемость
Случайный характер разрушения элементов входит во многие модели внешних воздействий, которые используются при исследовании живучести сети. Причем численное значение вероятности отказа элемента зависит от многих факторов и определяется исследователем эмпирически. Однако полезным и вполне обоснованным является предположение о детерминированном разрушении сети. С практической точки зрения можно предположить, что структура сети полностью известна противнику и что он наиболее оптимальным образом ее собирается разрушить. Тогда, зная критерии оптимальности разрушения, можно точно вычислить множество отказавших элементов. С методологической точки зрения использование детерминированных моделей разрушения позволит синтезировать структуры сетей при случайном ограниченном разрушении, рассчитывая на самый худший вариант отказа элементов. Кроме того, большая неопределенность в оценках вероятности отказов элементов делает зачастую детерминированные модели разрушения наиболее адекватными.
4. Временные характеристики отказов
В зависимости от назначения сети и предполагаемых факторов разрушения могут быть рассмотрены два вида внешних воздействий:
- Импульсное воздействие, предполагает отказ элементов в определенный момент, после которого сеть достаточное время находится в стационарном режиме (т.е. не разрушается). Использование этой модели воздействий правомерно при стихийных явлениях или при таком целенаправленном разрушении сети, когда время восстановления структуры меньше, чем время нанесения очередного удара.
- Долговременное воздействие, характеризуется достаточно длительным разрушением сети в определенном интервале времени. Ясно, что данный параметр модели внешнего воздействия характеризуется некоторой функцией разрушения, зависящей от времени, разрушающего фактора, объема ресурса разрушения.
Последняя модель, как правило, применяется при исследовании функциональной живучести сети связи. Однако неопределенность функции разрушения ограничивает использование, данной модели внешних воздействий для реальных расчетов.
5. Ресурс разрушения элемента
В большинстве известных моделей разрушения считается, что элемент выходит из строя при любом воздействии. Однако в некоторых случаях более адекватной является модель, в которой предусмотрен ресурс разрушения каждого элемента, т.е. элемент отказал, если на него воздействовал ресурс разрушения не менее чем в к единиц.
6. Мощность разрушения сети
В зависимости от предполагаемых факторов разрушения и выживаемости элементов география разрушения может быть различной. В моделях внешних воздействий различают следующие разрушения: отказ элементов на всей территории сети; отказ элементов из заданного множества; компактные отказы элементов (т.е. отказы всех элементов в некоторой географической окрестности); единичные отказы элементов.
7. Критерий оптимальности разрушения
Определяется ресурсом разрушения и назначением сети связи. В случае детерминированного характера разрушения критерий оптимальности определяется, как правило, соответствующими показателями живучести.
В дальнейшем при решении задач анализа структурной надежности модели внешних воздействий будут фиксироваться.
Литература
1. Захаров Г. П. Сети с искусственным интеллектом: концепция построения и вопросы терминологии // Системы и средства телекоммуникаций. - 1993. - № 1. - C. 3-8.
2. Попков В. К. Математические модели живучести сетей связи // Новосибирск: ВЦ СО РАН, 1990. - 235 с.
3. Шмалько А. В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. - М.: Эко-Трендз, 2001.
4. Соколов Н.А. Сети абонентского доступа. Принципы построения. - Пермь: Уралсвязьинформ, 2000. - 255 с.
5. Телекоммуникационные системы и сети: учеб. пособие: в 3 т. - Т. 3. Мультисервисные сети / В. В. Величко, Е. А. Субботин, В. П. Шувалов, А. Ф. Ярославцев. - М.: Горячая линия-Телеком, 2005. - 592 с.
References
1. Zakharov G. P. Seti s iskusstvennym intellektom: kontseptsiya postroeniya i voprosy terminologii. Sistemy i sredstva telekommunikatsii [Networks with artificial intelligence: the concept of formation and problems of terminology]. Sistemy i sredstva telekommunikatsii - Systems and means of telecommunication. 1993. No. 1. Pp. 3-8.
2. Popkov V. K. Matematicheskie modeli zhivuchesti setei svyazi [Mathematical models of communication networks survivability]. Novosibirsk: SB RAS Computing center, 1990, 235 p.
3. Shmal'ko A. V. Tsifrovye seti svyazi: osnovy planirovaniya i postroeniya [Digital communication networks: principles for planning and constructing]. Moscow: Eco-Trends, 2001.
4. Sokolov N. A. Seti abonentskogo dostupa. Printsipy postroeniya [Networks of subscriber access. Principles of construction]. Perm: Uralsvyazinform, 2000. 255 p.
5. Velichko V., Subbotin E. A., Shuvalov V. P., Yaroslavtsev A. F. Telekommunikatsionnye sistemy i seti. Tom 3. Mul'tiservisnye seti [Telecommunication systems and networks. V. 3. Multiservice network]. In 3 V. Moscow: Hot line-Telecom, 2005. 592 p.
