CC BY
80
Федеральный центр науки и высоких технологий «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций»
УДК 614.8:621.39
В.Н. Кононенко (ФГУВНИИГОЧС(ФЦ)) ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ ВНЕДРЯЕМЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
V. Kononenko (FGU VNIIGOChS (FC)) THE PROBLEMS OF RELIABILITY OF INTRODUSED INFOCOMMUNICACION SYSTEMS
Проведен анализ современного состояния проблемы надежности внедренных инфокоммунжационных систем.
Are analysed the up-to-date state problems of reliability of introdused infocommunication systems.
о
VO
а р
ro
а р
к
с е
T
и н
х
е т
I
о н
T
у
а
I
В последние годы проделана большая работа по совершенствованию РСЧС; организована деятельность функциональных подсистем и территориальных подсистем РСЧС во всех субъектах РФ. В рамках разграничения полномочий созданы необходимые условия для совместной деятельности администраций субъектов РФ и главных управлений МЧС России по субъектам РФ. Однако анализ действий по предупреждению и ликвидации ЧС, в т.ч. пожаров, в 2001-2007 гг. показал, что необходимо более эффективное совершенствование деятельности органов управления и сил РСЧС всех уровней. Прежде всего, необходимо осуществить меры по повышению эффективности деятельности КЧС и ОПБ, а также территориальных органов МЧС России по совершенствованию системы кризисного управления в соответствии с новыми требованиями [1, 2, 3].
В целях формирования общего информационного пространства, усиления межведомственной координации и централизации управления при угрозе и возникновении ЧС как в мирное, так и в военное время в соответствии с поручением Президента РФ уже в 2007 г. в рамках ФЦП «Снижение рисков и смягчения последствий ЧС природного и техногенного характера в РФ до 2010 г.» завершено выполнение основных работ по созданию Национального ЦУКС РСЧС и ГО. Для создания полноценной вертикально-интегрированной системы управления силами РСЧС предстоит реконструировать существующие ЦУКС в каждом региональном центре МЧС России и субъектах РФ. Эффективность реагирования АСФ на ЧС различного характера во многом определяется степенью внедрения современных инфокоммуникацион-ных технологий в работу органов управления МЧС России. Исследования проведенные в последние годы сотрудниками ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) показали, что для реализации этой цели потребуется провести целый комплекс организационно-технических мероприятий как по развитию систем цифровой связи, так и по повышению надежности уже развернутых и создаваемых инфокоммуникационных систем.
В интересах деятельности РСЧС в последние годы проведено ряд комплексных НИОКР по созданию и совершенствованию функционирования единых дежурных диспетчерских служб (ЕДДС). Такие службы уже практически созданы во всех городах России, в то же время не везде они имеют автоматизированные системы и другие современные средства сбора и обработки информации. Низкими темпами идет работа по созданию прямых линий связи ЕДДС субъектов РФ с муниципальными образованиями. В связи с переходом с 2008 г. на единый номер «112» вызова экстренных и оперативных служб необходимо организовать выполнение комплекса мер по кардинальному улучшению работы ЕДДС совершенствованию их технического оснащения, повышению подготовки диспетчерского состава. Важнейшей проблемой требования оперативного решения — проблемы надежности инфокоммуникационных систем.
Надежность стала отдельной научно-технической дисциплиной с начала второй мировой войны. Создание надежных систем является стратегической целью любого индустриального общества. Проблемы, которые возникали при дальнейшем совершенствовании вооруженных сил, особенно с началом осуществления космических программ, привели к осознанию определяющего значения надежности систем. В задачах обеспечения надежности сложных технических систем стали плодотворно применяться математические методы, которые в настоящее время составляют важную часть общей теории надежности. При этом математическая теория надежности развивается в соответствии с теми тенденциями, которые проявляются в ведущих областях техники и технологий [4,5].
Современные тенденции в теории и практике надежности наиболее полно и ярко проявляются в задачах планирования, проектирования, эксплуатации и модернизации компьютерных и телекоммуникационных систем и сетей (инфокоммуникационных систем).
Инфокоммуникация, являясь одной из наибо-
лее динамично развивающихся отраслей техники и экономики во всех странах мира, создает ведущую производственную инфраструктуру общества и является основой глобальной информационной инфраструктуры. Вместе с тем, в настоящее время общепризнано, что решающим фактором формирования и эффективного функционирования производственной инфраструктуры является свободная конкуренция. В этом отношении инфокоммуникация занимает особое место среди других отраслей науки и техники, вследствие чего она считается одним из наиболее интересных объектов исследования компонентов качества, в том числе надежности, в аспекте экономических факторов. Несмотря на то, что качество элементной базы технических систем, особенно инфокоммуникационных, в течение последних десятилетий непрерывно повышается, проблема их надежности остается острейшей проблемой. Одной из самых важных причин этого обстоятельства является то, что требования к надежности систем возрастают быстрее, чем надежность элементной базы.
Низкая надежность грозит операторам ин-фокоммуникационных услуг не только возможной потерей пользователей, но непосредственно влияет на экономические показатели. Отказ пользователям в предоставлении услуг вследствие неработоспособности применяемых средств (технических, программных и др.) — это упущенный доход и часто прямые убытки из-за штрафных санкций, предъявляемых пользователями в результате низкого качества предоставляемых услуг. Для разрешения вышеуказанной проблемы по поручению Международного союза электросвязи (МСЭ) шведские специалисты разработали Рекомендации Е.862 «Надежное планирование телекоммуникационных сетей», в которых отмечается, что при планировании, проектировании, эксплуатации и техническом обслуживании телекоммуникационных сетей и систем необходимо учитывать экономические потери вследствие ненадежности, которые несут как операторы телекоммуникационных услуг, так и пользователи.
Коэффициент надежности сети связи на уровне 0,9999 — это мировой стандарт качества. Одновременно это означает, что сеть оператора абсолютно резервирована, а чтобы сеть функционировала даже в случае природных и техногенных ЧС, резервные линии связи проходят по географически разнесенным маршрутам.
Специалисты знают, что каждая последующая девятка требует увеличения затрат на создание и обслуживание сети в геометрической прогрессии, и ес-
ли их четыре — то компания, обеспечивая надежность сети, несет весьма значительные расходы.
Казалось бы, коэффициент надежности в 0,999 — достаточно высок. Однако, это может означать порядка 9 часов отказа связи в год, что подходит далеко не всем клиентам. Например, для банков это грозит серьезными убытками. Приведем такие цифры: по статистике американской исследовательской фирмы FIND/SVP, 1 час простоя системы обработки данных в среднем американском банке наносит ему ущерб более 200 тыс. долларов, в Великобритании — 150 тыс. долларов. Аналогичных обобщенных данных по российскому рынку нет, но учитывая стремительное развитие многих отраслей экономики и банковской структуры в нашей стране и активное внедрение современных инфокоммуникационных технологий в различные сферы деятельности, в т.ч. и в безопасность жизнедеятельности, руководители многих ведомств и организаций в последнее время постоянно говорят о необходимости повышения надежности развертываемых информационных структур [1, 2, 6, 7].
Так на межбанковском рынке нормальным считается осуществление платежей «день в день», а многие банки уже переходят на обработку и перевод платежных документов в режиме реального времени. Помимо прямого убытка от невозможности осуществлять банковскую деятельность, страдает имидж. То есть надежность сети прямо ассоциируется с надежностью банка. Согласном требованиям к организационно-техническому обеспечению устойчивого функционирования сети связи общего пользования (утв. приказом Министерства информационных технологий и связи РФ от 27 сентября 2007 г. № 113) расчетные значения показателей надежности сети связи, определяемые при проектировании сети связи, и эксплуатационные значения показателей надежности сети связи должны соответствовать техническим нормам надежности сетей связи (табл. 1).
В настоящее время происходят радикальные перемены в технологиях связи, наблюдается переход от традиционных сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов (NGN (Next Generation Networks)). Сегодня принято руководствоваться общим определением Next Generation Network, данным в рекомендации Y.2001 Международного союза электросвязи (МСЭ, или ITU): «NGN — сеть c коммутацией на базе пакетов, которая способна предоставлять телекоммуникационные услуги и возможность использовать несколько широкополосных, обеспечивающих качество обслуживания транспортных технологий, и в которой функции, относящиеся
Таблица 1
Технические нормы на показатели надежности сетей
№ п/п Тип сети электросвязи Наименование показателя Норма
1. Сеть междугородной и международной телефонной связи Коэффициент готовности (Кг) не менее 0,999
2. Сеть зоновой телефонной связи не менее 0,9995
3. Сеть местной телефонной связи не менее 0,9999
4. Телеграфная сеть связи и сеть «Телекс» не менее 0,9999
о
VO га ср
го «
ср
и
CU т X I X CU н
I
0
1 т
I
0
VO
а р
го
а р
е и к
с е
т
и н
х
е т
1
о н
т
у
а
I
к службам, независимы от нижележащих технологий, относящихся к транспортировке. Она гарантирует свободный доступ для пользователей по их выбору к сетям и конкурирующим поставщикам служб и/или к службам/услугам. Она поддерживает обобщенную подвижность, которая будет обеспечивать возможность постоянного и повсеместного обеспечения служб для пользователей». Согласно « Концептуальным положениям по построению мультисервисных сетей на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России», утвержденным в 2001 г. Минсвязи РФ, сети NGN должны обеспечивать предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений [6].
В России построение сетей NGN идет средними темпами. С одной стороны, существуют острая необходимость в модернизации устаревшей технической базы операторов связи, огромная потребность в базовых услугах связи у населения и коммерческого сектора, с другой — есть и многочисленные сдерживающие факторы, в частности непроработанность законодательства. Несмотря на это, большинство крупных альтернативных операторов связи уже частично построили сети NGN и предоставляют целый ряд услуг.
Внедрение и развитие NGN в России нуждается в соответствующем развитии и внедрении новых технологических решений в технологических сетях связи (ТСС) — ведомственных и корпоративных. Очевидно, что объектом модернизации в указанном плане должна стать вся Единая сеть электросвязи РФ, в которую входят расположенные на территории страны сети связи общего пользования (ССОП); присоединенные к ним технологические сети связи; выделенные сети связи; сети специального назначения и сети связи для передачи информации при помощи электромагнитных систем. Предполагается, что развертывание NGN в РФ будет происходить на двух уровнях: региональном и магистральном (включая межрегиональную составляющую). При этом на региональном уровне (субъектов РФ и городов) должны создаваться сети нового поколения, призванные обеспечить подключение абонентов и предоставление им как транспортных, так и прикладных услуг. На магистральном уровне (федеральном, уровне федеральных округов РФ) любая создаваемая NGN должна отвечать за прозрачный транзит конвергентного трафика, получаемого от региональных сегментов. Такое обновление в технологиях связи, тем более идущее быстрыми темпами, всегда чревато потерями, в том числе и в надежности. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, на сетях связи начинают использоваться недостаточно апробированные, сырые продукты и решения, а с другой, — эксплуатационный персонал компаний-операторов оказывается неподготовленным к их обслуживанию. Так в начале 90-х годов прошлого века в период активного внедрения ВОЛС (волоконно-оптических линий связи) и других новшеств в сетях связи США произошло не-
сколько крупных аварий, вызвавших значительный общественный резонанс. Это заставило обратить на вопросы обеспечения надежности самое серьезное внимание.
Сегодня неисправности в сети устраняются локально, на месте, а в распределенной сети следующего поколения это должно делаться централизовано. Пока у руководящего персонала оператора связи недостаточно опыта по организации, контролю и управлению эксплуатацией сетей NGN, а у технического персонала — опыта обслуживания нового оборудования о высокой надежности говорить не приходится. Также следует учесть российскую специфику — фактически мы делаем шаг сразу через одну технологическую ступень. Цифровизация сетей во многих развитых странах завершилась уже давно, в то время как многие из крупнейших отечественных операторов, к примеру, МГТС, только сейчас вошли в активную стадию перехода с аналоговых сетей на цифровые.
Обеспечение надежности в NGN отличается от решения этой задачи в традиционных сетях связи. Помимо общих задач обеспечения надежности, обусловленных всяким техническим перевооружением, возникают свои специфические проблемы в связи с некоторыми особенностями NGN, которые могут приводить к снижению надежности. При этом целесообразно выделить две составляющие: надежность коммутационного оборудования и надежность инфраструктуры IP. Для традиционных узлов с коммутацией каналов основной нормируемой составляющей надежности является готовность, требование к которой задавалось в виде «не более 2 часов простоя за 20 лет службы», что соответствует значению коэффициента готовности « пять девяток», т.е. 0,99999 [6].
При переходе к NGN место традиционного узла коммутации занимает гибкий коммутатор (Softswitch). Возникает комплекс из большого числа отдельных устройств (контроллеров, шлюзов, серверов). Все они имеют высокую надежность: значение коэффициента готовности каждого из них, как обычно заявляют производители, составляет все те же «пять девяток». Однако для выполнения функций узла коммутации необходима совместная работа нескольких таких устройств, поэтому результирующая надежность будет равняться произведению их коэффициентов готовности, т.е. в итоге оказывается более низкой.
Еще более важным фактором, негативно влияющим на надежность NGN, является централизация управления процессами обслуживания вызовов. Ключевым элементом структуры становится контроллер шлюзов или сервер вызовов. При этом один такой котроллер или сервер управляет многими шлюзами, поэтому его отказ может привести к прекращению работы сети на большой территории. Подобная ситуация негативно влияет не только на надежность, но и на живучесть сети. Не случайно ведущие производители оборудования NGN предусматривают возможность резервирования контроллеров шлюзов, в том числе с
географическим разнесением. Некоторые операторы связи учитывают необходимость подобного резервирования при проектировании своих сетей. К сожалению, часто из соображений экономии это не делается. Это противоречит одному из основных принципов построения отказоустойчивых систем, каковыми и должны быть современные сети связи, — отсутствию в структуре «единой точки отказа». Характерной тенденцией NGN является широкомасштабное использование сетей на основе протокола 1Р. Существенной особенностью сетей 1Р с точки зрения надежности является то, что в них появляется новый источник отказов — сбои в работе протоколов маршрутизации. Эти протоколы имеют проблемы со стабильностью и весьма чувствительны к ошибкам конфигурации. При этом в силу особенностей работы протоколов маршрутизации подобные нарушения могут распространяться по сети лавинообразно. Использование сетей и служб на основе 1Р выдвигает целый ряд проблем, таких как отсутствие апробированных, надежных и масштабируемых механизмов для решения целого ряда задач, в частности, быстрого и полного восстановления связности на уровне 1Р после серьезных
простоев или атак в сильно загруженных сетях.
Опасность перехода к инфраструктуре на основе IP можно увидеть на примере выхода из строя значительной части сети IP японского оператора NTT, имевший место 15 мая 2007 г. При этом от 2 до 4 тысяч маршрутизаторов производства Cisco прекратили работу, и их неработоспособность продолжалась около 7 часов. В результате миллионы пользователей в большинстве восточных префектур Японии потеряли связь. Первопричиной события стало переключение на резервные маршруты, вызвавшее некорректное обновление маршрутных таблиц, что и привело к массовой неработоспособности маршрутизаторов [5, 6].
В заключение следует отметить, что есть особенности внедрения сетей NGN, которые именно на технологическом уровне пока вызывают сложности. Одна из них — это доступ к экстренным службам в свете перехода в России на единый номер «112». Задача выбора правильной технологии становится весьма актуальной. На современном этапе далеко не все оборудование для построения сетей NGN может гарантировать такой же уровень надежности для доступа к экстренным службам.
Литература
1. Шойгу С.К. Итоги деятельности Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, выполнения мероприятий гражданской обороны в 2006 году и задачи на 2007 год // Сборник материалов Всероссийского сбора по подведению итогов деятельности единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, выполнения гражданской обороны в 2006 г. и постановке задач на 2007 г. — М.: МЧС России, 2007.
2. Командиров А. В. Организация и совершенствование связи и оповещения в системе гражданской обороны // Совершенствование гражданской обороны в Российской Федерации: Материалы IV научно-практической конференции. 25 октября 2007 г. - М.: ДэКС-ПРЕСС, 2007 .
3. Государственный доклад о состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. — М.: МЧС России, 2000-2007.
4. Носов М.В. Надежность систем связи и оповещения. — М.: АГЗ МСЧ России, 2001.
5. Леваков А.К. Особенности создания и функционирования сетей связи нового поколения//Фотон-Экспресс. — 2006. № 5.
6. Нетес В.А. Проблемы управления сетями связи следующего поколения // 4-я Междун. конф. «Управление сетями электросвязи — основа надежности функционирования телекоммуникационной инфраструктуры», 2006.
7. Леваков А.К. Некоторые структурно-сетевые решения построения сетей местной и зоновой телефонной связи с технологией NGN в Московской области // 6-я Ежегодная междун. конф. «NGN в России. Технологии и услуги». — СПб., 2007.
8. Витченко А., Соколов Н., Стрижков В. Построение сети NGN в Ленинградской области // Connect! Мир связи. — 2007. — № 4.
о
VO «
р
го «
р
и
CU т X I X CU н
I
0
1 т
I
