Особенности архитектур, функционирования, мониторинга и управления полевыми компонентами современных инфокоммуникационных сетей специального назначения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУР, ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ, МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕВЫМИ КОМПОНЕНТАМИ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Буренин А.Н., к.т.н., доцент, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, constz@mail.ru Легков К.Е., к.т.н., Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, constl@mail.ru

Ключевые слова:

инфокоммуникационная система, качество обслуживания, службы, управление, услуги, эффективность.

АННОТАЦИЯ

Совершенствование средств поражения, изменение характера ведения боевых действий и возрастание роли информационно-управляющих систем для реализации боевых потенциалов потенциального противника вызывают необходимость уделять самое пристальное внимание развитию полевых компонент систем связи. Под этим термином в статье будем понимать мобильные средства и комплексы электросвязи и автоматизированного управления, которые могут быть развернуты в различных местах.

Требования, предъявляемые к полевым системам связи, предусматривают обеспечение их высокой устойчивости, пропускной способности и разведзащищенности, расширение возможностей по взаимодействию со стационарными системами связи, а также интенсивное внедрение средств автоматизации в процессы планирования, установления связи и управления ими.

В статье показано, что функционирование современных инфокоммуникационных сетей специального назначения с высокими качественными показателями, в которых органически включены полевые компоненты может быть обеспечено только при решении целого комплекса задач их организации и управления ими. Чрезвычайно сложная организация полевых компонент, входящих в состав инфо-коммуникационной сети (различные абонентские сети, мобильные сети доступа, транспортная сеть, сети услуг прикладного уровня), и механизмов их защиты приводят к тому, что возрастает число задач, которые требуется решить. Приводятся различные варианты, описывающие возможные реализации полевых компонент инфокоммуникационной сети, приводятся архитектуры и модели.

Полевые компоненты современных инфокоммуникаци-онных систем (ИКС) оперативно-стратегического, оперативного и оперативно-тактического звена управления армий ведущих зарубежных стран идентичны по принципам их построения и организационной структуре [1].

Все они содержат три основные подсистемы:

- прямой (командной) связи между пунктами управления;

- порайонной связи общего пользования;

- многофункциональные системы распределения данных, определения местоположения и опознавания.

Руководство армий экономически развитых стран постоянно изыскивает новые пути совершенствования своих ИКС в рамках создаваемых средств информационного обеспечения боевых действий, а также активно внедряет их в состав войсковых объединений и соединений.

При этом подсистема командной связи является базовой, предназначенной для непосредственного боевого управления элементами оперативного построения войск объединений. Она включает УС ПУ армий, корпусов, дивизий, соединений и частей видов и родов войск, специальных войск корпусного подчинения, соединенных между собой линиями тропосферной, радиорелейной, спутниковой, КВ- и УКВ-ра-диосвязи.

Кроме того, в полосе боевых действий для управления авиационным компонентом развертывается и функционирует система связи авиации, имеющая подсистему для управления боевым применением авиации и подсистему, обеспечивающую управление самолетами в воздухе.

Система порайонной связи общего пользования представляет собой разветвленную многоканальную сеть магистральных УС. К ним с использованием линий радиорелейной и кабельной связей подключаются УС большой и средней емкости, а также центры радиодоступа. Благодаря этому обеспечивается информационный обмен между абонентами независимо от их принадлежности и местонахождения. То, что все районные УС равнозначны, делает инфокоммуника-ционную сеть относительно независимой от организационной структуры войск и легко приспосабливаемой к условиям оперативной обстановки.

Функционирование и архитектура. Приведенный анализ современных полевых компонент ИКС показывает, что предъявляемые высокие требования к инфокоммуникаци-онным сетям полевых систем связи (ПСС) определяют сложность их многоуровневой архитектуры с формированием функциональных границ информатизации и связи. Концептуальные и системотехнические принципы реализации этих функций могут быть различными и в настоящее время претерпевают существенное обновление.

Основным содержанием развития принципов построения и функционирования систем автоматизации АСУ и ПСС будет поиск рациональных решений реализации процессов технологической конвергенции между вычислительными и телекоммуникационными системами и процессами в направлении наиболее полного выполнения требований органов управления в предоставлении информационных и телекоммуникационных услуг.

Обновление способов реализации элементов функцио-

нальной архитектуры осуществляется на основе многоуровневых интеграционных процессов. Эти процессы приводят изменению в составе компонентных и агрегатных объектов, реализующих архитектуру.

Известны два основных способа интеграции компонентных объектов в агрегатный объект, которые "работают" и при интеграции АСУ и связи:

- взаимопроникновение, при котором набор классификационных признаков компонентных объектов не имеет места в агрегатном объекте;

- поглощение, при котором один компонентный объект, не теряя набора своих классификационных признаков, оказывается "внутри другого" компонентного объекта.

В рамках приведенных способов осуществляется реализация иерархической системы интеграционных процессов (внутри каждого уровня) и между уровнями элементов ТПСС. Основными из них являются:

- интеграция направляющих систем сетей связи;

- интеграция процессов электросвязи (передачи, коммутации, засекречивания, управления и др.);

- интеграция устройств (связана с интеграцией процессов);

- интеграция сетей (передача и коммутация всех видов сигналов электросвязи в одной цифровой форме - сначала телефонных сигналов и передачи данных - привела к появлению N-ISDN - сетей, а затем - при ориентации на перенос и распределение мультимедийной информации - к созданию B-ISDN - сетей;

- интеграция служб электросвязи. Она изначально обеспечивает развитие многофункциональных терминалов и обеспечение пользователя полным набором услуг, который может предоставить сеть. Этот вид интеграции является ключевым для обеспечения интеграции АСУ и военной связи.

Приведенный перечень процессов интеграции и некоторые другие (вспомогательные механизмы реализации процессов интеграции) в рамках целостной концепции обеспечивают создание инфокоммуникационной сети, которая являясь продуктом интеграции АСУ и связи, заполняет промежуточный уровень между системой управления и сетью связи.

ИКС СН представляет собой технологическую систему, включающую сети электросвязи, средства хранения, обработки, распределения и поиска информации. Она, являясь технологически и организационно целостной системой, обеспечивает предоставление своим пользователям ПУ информационных услуг, поддерживаемых соответствующими телекоммуникационными услугами. В отличие от телекоммуникационных сетей в ИКС СН телекоммуникационные услуги предоставляются объектам прикладных процессов, адресация которых осуществляется по признакам смыслового содержания информации (базы данных и знаний). В свою очередь ИКС СН предоставляет информационные и телекоммуникационные услуги непосредственно ПУ, тем самым существенно повышая скрытность и устойчивость АСУ.

При интеграции систем автоматизации и связи предпочтительной является стратегия интеграции, основанная на расширении конвергентных возможностей сетей передачи данных (обмена данными) АСУ с другими сетями и службами.

HiS

RESEARCH

Рис 1.- Архитектура протоколов ИКС СН

При этом концептуальной основой для реализации интеграционных названных процессов может выступать концепция построения мультисервисных сетей (технология сетей следующего поколения (NGN)).

Пользовательский аспект происходящих процессов конвергенции "военной" информатизации и связи также является одним из основных. Он состоит в эффективной реализации возможности повышения результативности функционирования АСУ в целом и каждого должностного лица (ДЛ) в отдельности за счет включения в контур автоматизированного управления речевых услуг, агрегируемых с другими видами информации (речь, данные, изображения подвижные и неподвижные, цифровая картография, данные навигации и опознавания и так далее). Последнее означает возможность использования ДЛ со своего терминала АСУ диалоговых речевых сообщений реального времени. Речевые сообщения становятся элементом многокомпонентной информации, необходимой для решения задач организационного и технологического управления.

При интеграции АСУ и связи в компоненте ИКС СН должны быть реализованы следующие принципы предоставления инфокоммуникационных услуг:

- персонализации;

- глобализации;

- преемственности, открытости и расширяемости (развития);

- комплексной безопасности предоставления и поддержки услуг;

- унификации и интеграции доступа;

- интеграции услуг в оконечных (терминальных) системах ИКС.

- конвергенции услуг и служб;

- интеллектуализации услуг и служб;

- управляемости наращивания состава видов информационных компонент (речь, видео, данные, навигация, картография и другие), включаемых в контур автоматизированного управления и уточнения видов связи и взаимодействия между ними;

- управлению качеством обслуживания.

Одной из составляющих, определяющих архитектуру полевых компонент и всей ИКС СН в целом, является система протоколов и стыков, планируемых к применению при ее создании. Она характеризует концептуальные основы построения сетевых и информационных технологий ИКС СН

входящих в полевую систему связи, качество предоставляемых ими пользователям услуг и способы организации взаимодействия с другими сетями и системами. Профиль ИКС СН относится к классу профилей конкретного применения.

Графическое представление его в виде упорядоченной по уровням ЭМ ВОС и взаимодействию группы стеков протоколов различных концептуальных систем приведено на рис. 1, при этом компонентный состав стеков протоколов, используемых для построения ИКС СН, учитывает и поддерживает:

- интеграцию услуг автоматизации и связи (включение в контур автоматизированного управления услуг речевых и мультимедийных услуг поддержки ИКС СН), конвергенцию услуг, предоставляемых средствами различных концептуальных систем, например, ВОС и TCP/IP (уровень 7 и 6 ЭМ ВОС);

- процессы интеграции и конвергенции основных подсистем системы управления АСУ и ИКС СН (уровни 4 - 6 ЭМ ВОС);

- интеграцию и конвергенцию сетевой основы - первичных и вторичных сетей (функций каналообразования и коммутации) и получение на этой основе транспортных сетей с гарантированным качеством переноса QoS многокомпонентного трафика (уровни 1 - 2 ЭМ ВОС);

- интеграцию и конвергенцию вторичных сетей связи, построенных на основе разных сетевых технологий и получение на этой основе мультисервисной сети, гарантирующей требуемое качество предоставляемых услуг как переноса многокомпонентного трафика (уровни 1 - 3 ЭМ ВОС и применение в качестве конвергирующей технологии - технология IP, в состав которой входят протоколы RTCP, RSVP, MPLS, GMPLS), так и услуг (уровни 4 - ЭМ ВОС);

- создание комплексной многоуровневой системы безопасности;

- комплексирование, интеграцию и конвергенцию различных систем и технологий сетевой сигнализации (IP, SS7, DSS1(Q.931), DSS2 (Q.2931), специального назначения и других, а также управления сетями и системой связи (SNMP, CMIP, TMN и другие).

Особенностью полевых компонент ИКС СН является широкое применение современных беспроводных технологий широкополосного доступа, рис.2.

Мониторинг и управление. Стандартизованной основой для построения системы управления ИКС СН является концепция TMN, изложенная в рекомендациях МСЭ-Т М.30** и отраженная в многочисленных публикациях зарубежных и отечественных авторов.

В настоящее время архитектурой предусмотрены пять уровней управления.

Уровень сетевых элементов (Network Element Layer, NEL) играет роль интерфейса между базой данных со служебной информацией (MIB), находящейся на отдельном устройстве, и инфраструктурой TMN. К нему относятся Q-адаптеры и собственно сетевые элементы.

Уровень управления элементами (Element Management Layer, EML) соответствует системам поддержки операций, контролирующим работу групп сетевых элементов. На этом уровне реализуются управляющие функции, которые специфичны для оборудования конкретного производителя, и эта

специфика маскируется от вышележащих уровней. Примерами таких функций могут служить выявление аппаратных ошибок, контроль за энергопотреблением и рабочей температурой, сбор статистических данных, измерение степени использования вычислительных ресурсов, обновление микропрограммных средств [2, 3]. Данный уровень включает в себя посреднические устройства (хотя физически они могут принадлежать и к более высоким уровням), взаимодействующие через интерфейс Q.

Уровень управления сетями ИКС СН осуществляет функции управления, касающиеся взаимодействия между многими видами телекоммуникационного оборудования. На уровне управления сетями внутренняя структура отдельного элемента ИКС СН «невидима», а это означает, что состояние составляющих элементов ИКС СН не могут напрямую контролироваться и управляться этим уровнем.

Уровни управления элементами и сетью для ИКС СН имеют особенности, в то время как уровень управления услугами может строиться так же как и для стационарных компонент.

Таким образом, уровни задают функциональную иерархию процедур управления ИКС СН без физической сегментации административного программного обеспечения.

Особенностью функционирования ИКС СН является часто изменяемая под задачи обслуживаемой системы управления структура, которая формируется на какое-то время, а затем распадается и формируется заново под новые задачи в следующем цикле управления. Это накладывает существенные ограничения на процедуры управления ИКС СН вообще и на управление оборудованием (в т.ч. коммутационным) в частности, в силу чего организовывать управление приходится в условиях существенной неопределенности.

В этих условиях применение обычных методов управления не всегда оказывается возможным. Поэтому в практике организации управления ИКС СН целесообразно применять подходы к управлению в условиях неопределенности [4, 5]. При этом, задачи мониторинга состояния ИКС СН могут быть сведены к некоторым минимаксным задачам [4] наблюдения: определенное состояние ИКС СН - вектор Бп, причем наблюдение всех координат этого вектора невозможно, о них может быть получена лишь косвенная информация, а непосредственному измерению доступна лишь информация о некотором т-мерном векторе ут(£)=0($в(г)+Р({)Е,^) , где ) - неизвестный векторный параметр возмущений, С(£) и

— непрерывные матрицы.

Информация о реализациях ограничена заданием допустимой области его изменения ^(£)еЗ. Задача состоит в том, чтобы оценить неизвестные величины координат по результатам измерения ут(£).

В этой задаче заранее проигрываются все возможные наперед реализации ут(£), после чего операция отображения (мониторинга) выбирается так, чтобы обеспечить определенный гарантированный результат.

Система управления (СУ) ИКС СН обслуживает многомерный состав коммутационного оборудования, описываемый некоторым вектором. Однако составляющие вектора заранее неизвестны СУ, которая располагает сведениями о их априорном распределение Р(£) .

Для определенности будем считать, что параметр с но-

H&ES

RESEARCH

Сетм ПУ объединения на основе * 802.1 1 .

Коммутатор \

Ч/

{ \

| К взаимодействующим • \ коммутаторам ТПСС у

Г

Рис. 2 — Применение беспроводных широкополосных технологий доступа в инфокоммуникационной сети

мером ¿ (1 < ¿ < V) действует между парой портов коммутатора, соединенных ¿-й логической цепью. Номера ¿ > V, соответствующие портам, не имеющим прямого пути, будут транзитными. Время, на которое элемент информации занимает цепь, распределено по экспоненциальному закону с интенсивностью (1, одинаковой для всех типов оборудования. Значение параметра ( известно СУ заранее. Считается заданным список возможных цепей для каждого коммутатора.

Функциональный образ коммутатора ограничен и задан лишь оператором (), позволяющим вычислять (оценивать) вероятность потери (блокировки) в ¿-й цепи при известных.

В указанных условиях требуется сформировать алгоритм управления оборудованием, обеспечивающий оптимальный режим адаптивной настройки его, параметры которого неизвестны СУ.

Установившееся значение 2° , при котором наблюдаются наименьшие издержки, может быть найдено из векторного уравнения посредством итераций 1Ы=Я(1) . В [3]

показано, что решение существует и является единственным.

Управление полевой компонентой ИКС СН сводится к управлению формированием ее структуры на время операции, контролю ее конфигурирования и к адаптивному управлению потоками. При этом на основе исходных данных о расположении и информационных потребностях ПУ той или иной процедурой рассчитывается структура ИКС

СН, в соответствии с которой развертывается опорная сеть и воздушный эшелон, подключается соответствующее коммутационное оборудование, вводятся адресные и начальные маршрутные параметры.

Адаптивное управление потоками в ИКС СН может быть осуществлено применением поисково-игровых методов адаптивной маршрутизации [6], адаптированных к ИКС СН [7].

Литература

1. Легков, К.Е. О некоторых подходах к повышению эффективности системы управления в рамках изменения подхода к автоматизации и информации / К.Е. Легков // Мобильные телекоммуникации (Mobile Communications). - 2013. - № 7.

- С. 48.

2. Легков, К.Е. Основные теоретические и прикладные проблемы технической основы системы управления специального назначения и основные направления создания инфокоммуникационной системы специального назначения/ К.Е. Легков // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. -2013. - Т. 7, № 6. - С. 42-46.

3. Легков, К.Е. Процедуры и временные характеристики оперативного управления трафиком в транспортной сети специального назначения пакетной коммутации/ К.Е. Легков // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2012. - Т. 6, №6.

- С. 22-26.

4. Легков, К.Е. Вероятность потери пакета в беспроводных сетях со случайным множественным доступом к среде передачи/ К.Е. Легков, А.А. Донченко // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2011. - Т. 5, № 5. - С. 32-33.

5. Легков, К.Е. Современные технологии беспроводного широкополосного доступа 802.16Е и LTE: перспективы внедрения на транспорте/ К.Е. Легков, А.А. Донченко, В.В. Са-довов // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2010. - Т. 4, № 2. - С. 30-32.

6. Легков, К.Е. Беспроводные MESH сети специального назначения / К.Е. Легков, А.А. Донченко // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2009. - Т. 3, № 3. - С. 36-37.

7. Легков, К.Е. Анализ систем передачи в сетях беспроводного доступа / К.Е. Легков, А.А. Донченко // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2009. - Т. 3, № 2.

- С.40-41.

8. Легков, К.Е. Эффективные методы управления потоками в защищенных инфокоммуникационных сетях / А.Н. Буренин, К.Е. Легков // H&ES: Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. - 2010. -№ 2. - С. 29-34.

9. Легков, К.Е. Модели процессов мониторинга при обеспечении оперативного контроля эксплуатации инфокоммуникационных сетей специального назначения / А.Н. Буренин, К.Е. Легков // H&ES: Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. - 2011. -№ 2. - С. 19-23.

10. Легков, К.Е. К вопросу моделирования организации информационной управляющей сети для системы управления современными инфокоммуникационными сетями / А.Н. Буренин, К.Е. Легков // H&ES: Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. - 2011. - № 1. - С. 22-25.

FEATURES OF ARCHITECTURE, FUNCTIONING, MONITORING AND CONTROL OF FIELD COMPONENTS OF THE MODERN INFOCOMMUNICATION NETWORKS OF THE SPECIAL PURPOSE

Burenin A., Ph.D, Military Space Academy, constz@mail.ru

Legkov K., Ph.D, Military Space Academy, constl@mail.ru

Abstract

Enhancement of means of defeat, change of nature of conducting combat operations and increase of a role of management information systems for implementation of fighting potentials of the potential opponent cause the necessity to pay the closest attention to development of field components of communication systems. In article we will understand mobile means and complexes of electric communication and automated management which can be torn in different places as this term.

Requirements imposed to field communication systems provide their high stability, throughput and reconnaissance security, extension of opportunities for interaction with stationary communication systems, and also intensive implementation of an automation equipment in processes of planning, link establishment and control of them. In article it is shown that functioning of the modern infocommunication networks of a special purpose with high quality indicators in which it can be integrally included field components is provided only in case of the solution of the whole complex of tasks of their organization and control with them. Extremely difficult organization of the field components which are a part of an infocommunication network (different subscriber premises networks, mobile access networks, a transport network, networks of services of the application layer), and mechanisms of their protection lead to that the number of tasks which are required to be solved increases. ifferent options describing possible implementations of field components of an infocommunication network are given in article, architecture and models are given. Keywords: infokommunikatsionny system, quality of service, service, management, services, efficiency.

References

1. Legkov, K 2013, 'About some approaches to increase of system effectiveness of control within change of approach to automation and information', Mobile telecommunications (Mobile Communications), no. 7, p. 48.

2. Legkov, K 2013, 'Main theoretical and application-oriented problems of a technical basis of management system of a special purpose and main directions of creation of infocommunication system of special assignment', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 7, no. 6, pp. 42-46.

3. Legkov, K 2012, 'Procedures and time response characteristics of operational management of traffic on the transport network of a special purpose of package switching', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 6, no. 6, pp. 22-26.

4. Legkov, K & Donchenko, A 2011, 'Veroyatnost of loss of a packet on the wireless networks with accidental multiple access to the environment transmission', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 5, no. 5, pp. 32-33.

5. Legkov, K & Donchenko, A & Sadovov, V 2010, 'The modern technologies of broadband wireless access 802.16E and LTE: implementation perspectives on transport', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 4, no. 2, pp. 30-32.

6. Legkov, K & Donchenko, A 2009, 'Wireless MESH networks of a special purpose', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 3, no. 3, pp. 36-37.

7. Legkov, K & Donchenko, A 2009, 'The analysis of transmission systems on networks of wireless access', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 3, no. 2, pp.40-41.

8. Burenin, A & Legkov, K 2010, 'Effective methods of control over streams in protected infokommunikatsionny networks', H&ES: High technologies in space researches of Earth, vol.2, no.2, pp. 29-34.

9. Burenin, A & Legkov, K 2011, 'Model of monitoring processes when ensuring operative control of operation of infokommunikatsionny networks of special purpose', H&ES: High technologies in space researches of Earth, vol. 3, no. 2, pp. 19-23.

10. Burenin, A & Legkov, K 2011,' To a question of modeling of the organization of the information managing director of a network for a control system of modern infokommunikatsionny networks', H&ES: High technologies in space researches of Earth, vol. 3, no. 1, pp. 22-25.