Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі

Розробка технології диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом на базі обладнання Frame Relay

Курушкін Віталій Євгенович

Київ 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Конахович Георгій Филимонович, Національний авіаційний університет, декан факультету телекомунікацій та захисту інформації

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гостєв Володимир Іванович, Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, завідувач кафедри комутаційних систем;

кандидат технічних наук, Наритник Теодор Миколайович, Інститут електроніки та зв'язку Української академії наук національного прогресу, директор.

Захист відбудеться “18“ жовтня 2007 р. о 1630 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.861.01 при Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій Міністерства транспорту і зв'язку України за адресою: 03110, м. Київ-110, вул. Солом'янська, 7

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій за адресою: 03110, м. Київ-110, вул. Солом'янська, 7

Автореферат розісланий “14 “ вересня 2007 року

Учений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Семенко А.І.

1. Загальна характеристика роботи

frame relay мережа протокол

Актуальність теми. До недавнього часу основним видом обслуговування користувачів телекомунікаційних послуг, що надаються сервіс-провайдерами та операторами електрозв'язку на базі використання обладнання глобальних пакетних мереж канального та мережного рівнів (мається на увазі, перш за все, обладнання ІР, FRAME RELAY, ATM та OPTICAL ETHERNET), було обслуговування “з максимальними зусиллями” типу “best effort”, тобто необхідних гарантій щодо підтримки якості обслуговування не надавалось. Однак чутливий до затримок трафік, зокрема, трафік ІР-телефонії або мультимедіа, потребує гарантованого додержання з боку операторів електрозв'язку вимог щодо показників затримок та варіацій затримок протокольних блоків даних (PDU). Тому обслуговування типу “best effort” у таких випадках не є оптимальним. Більш перспективною є система диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом (ДОГС), коли забезпечується надання гарантій якості обслуговування з урахуванням тонкої структури вимог до параметрів якості обслуговування окремо кожному із користувачів послуг. За цією системою потоки пакетів, що обслуговуються на умовах “істинного” сервісу (Quality of Services, QоS), гарантовано отримують саме ті параметри якості послуг, які визначені для них у числовому вигляді (за умов, зрозуміло, якщо покупці послуг не порушують узгоджені із сервіс-провайдером умови щодо характеристик цих потоків пакетів і не генерують їх більше, ніж те, що передбачено у сервісних угодах - Service Level Agreement, SLA). Гарантується, наприклад, що певне прикладне застосування буде користуватися обумовленою часткою пропускної здатності наскрізного з'єднання за будь-яких обставин, навіть за умов, коли всі інші застосування миттєво почнуть генерувати потоки пакетів з максимальною інтенсивністю. Система ДОГС в залежності від можливостей операторів, попиту покупців та умов конкуренції здатна враховувати тонку структуру потреб застосувань споживачів щодо параметрів якості запропонованих послуг. І це є її основною перевагою, завдяки якої вона останнім часом поширюється стрімкими темпами, у т.ч. на мережах передачі даних України.

Щоб впровадити систему гарантованого обслуговування у життя, необхідно структурувати усю множину надаваних послуг за рівнями якості, щодо кожного рівня визначитись з параметрами (або показниками) якості і щодо кожного параметра мати норми у розрізі визначених рівнів якості. Стосовно технологій транспортування пакетів ІР вищезазначені дані пропонуються у вигляді рекомендацій впливових міжнародних організацій і форумів. Ці дані послужили основою для розробки відповідних корпоративних стандартів сервіс-провайдерів та операторів зв'язку, зокрема Укртелекому, що дозволило реалізувати на практиці систему ДОГС на ІР-мережах. Однак будь-яких рекомендацій щодо стандартизації рівнів якості обслуговування для глобальних технологій канального рівня, зокрема FRAME RELAY (надалі - FR), у доступних публікаціях не виявлено, хоча про необхідність вирішення такого класу задач згадується в працях провідних вчених в цій області, таких як Т. Дженкінс, Л. Хендерсон, Г.Ф. Конахович та ін. Технологія FR є одною із двох основних технологій канального рівня (поряд з технологією АТМ), яка використовується на глобальних пакетних мережах для просування пакетів ІР між сусідніми маршрутизаторами мереж Інтернет. Зокрема, на глобальній транспортній мережі Укртелекому пакети ІР інкапсулюються у фрейми формату FR, котрі, у свою чергу, передаються від одного комутатора/маршрутизатора до іншого каналами первинної мережі PDH/SDH. Якщо не існує нормованих параметрів якості послуг, що надаються обладнанням FR цієї мережі, то неможливо гарантувати, зокрема, часові характеристики процесу транспортування фреймів і, відповідно, характеристики процесу передавання пакетів ІР. У цьому випадку налагодити систему гарантованого обслуговування не можливо. Практичний інтерес являє і локальне використання обладнання FR для корпоративних застосувань, коли послуги мереж FR мають надаватися корпоративним клієнтам на канальному рівні (тобто, без застосування протоколу ІР) за системою ДОГС. У цьому випадку теж потрібні норми на параметри якості обслуговування, відповідний інструментарій їхнього визначення та відповідна технологія їхньої підтримки. Вищезазначене вказує на актуальність визначення нормованих показників якості надання мережних послуг та розробки технології ДОГС на базі обладнання FR. Крім того, слід підкреслити, що у зв'язку із впровадженням у практику надання телекомунікаційних послуг нових форм взаємостосунків між постачальниками та користувачами цих послуг типу угод щодо рівня обслуговування (SLA - Service Level Agreement) або угод про якість обслуговування (QoS - Quality of Services) постачальник послуг повинен брати на себе конкретно визначені обов'язки щодо якості послуг, а корпоративний клієнт відповідно до умов SLA може отримувати у своє розпорядження потужні інструментальні засоби, які дозволяють у реальному часі однозначно визначати реальні рівні якості наданих сервісів. Формалізація та оптимізація технологій обслуговування має суттєве значення для такого корпоративного клієнта, оскільки він (цей клієнт) у такій ситуації фактично приймає безпосередню участь у процесах, що пов'язані з контролем якості послуг. Всі вищенаведені міркування вказують на актуальність даної наукової роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Висвітлені в дисертації наукові результати отримані в рамках науково-дослідних робіт, які були виконані на замовлення підприємств, що здійснюють свою діяльність у сфері використання ресурсів мереж з пакетною комутацією, зокрема, ВАТ “Укртелеком” та Державного міжнародного аеропорту “Бориспіль”. Отримані результати використані ВАТ “Укртелеком” під час створення системи ДОГС на базі мереж передавання даних (МПД) з використанням обладнання FR/ATM.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка технології диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом з урахуванням реальних умов використання обладнання FR в якості транспортного засобу канального рівня та просування пакетів ІР глобальними мережами Інтернет, вибір показників якості ДОГС, що надається на основі використання обладнання FR, визначення нормованих значень цих показників.

Для досягнення вищевказаної цілі в рамках даної роботи вирішені наступні основні задачі:

1. вибір показників та норм якості диференційованого обслуговування щодо вищезазначених умов;

2. розробка та аналіз відповідних моделей диференційованого обслуговування;

3. визначення шляхів реалізації розроблених моделей в умовах експлуатаційної практики.

Об'єктом дослідження є телекомунікаційні системи обслуговування користувачів ресурсів обладнання, що функціонує за технологією FR, зокрема система ДОГС.

Предметом дослідження є моделі диференційованого обслуговування, параметри та показники якості надання послуг, параметри, що визначають ефективність обслуговування обладнання FR.

Методи дослідження. У процесі рішення задачі дисертаційної роботи використовувалися наступні методи дослідження: загальна теорія зв'язку, методи теорії надійності, випадкових процесів та статистики, методи математичного програмування, лінійної та нелінійної оптимізації, метод декорелюючих перетворень, що розроблений В.В. Уланським.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна роботи полягає в тому, що:

1. Вперше розроблено технологію диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом на основі обладнання FR, яка враховує специфіку реальних умов його застосування на глобальних мережах канального рівня та в мережах Інтернет.

2. Вперше знайдено оптимальні плани технічного обслуговування (ТО) обладнання FR.

3. Отримано функціональні залежності показників ефективності ТО цього обладнання (перш за все, математичні вирази для коефіцієнту готовності обладнання та експлуатаційної ймовірності безвідмовної роботи) від основних параметрів конфігурації обладнання і середовища його експлуатації.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати дозволяють:

1. Впровадити на глобальних пакетних мережах, що застосовують обладнання FR, систему ДОГС.

2. Об'єктивно на кількісному рівні оцінити як рівень якості обслуговування користувачів послуг глобальних мереж, що функціонують за стеком протоколів ТСР/ІР, так і ефективність стратегій ТО обладнання FR, яке використовується в реальних умовах його експлуатації.

3. Застосовувати оптимальні схеми, алгоритми і процедури контролю якості надання послуг та контролю працездатності обладнання FR, процедури пошуку й усунення проблем, які виникають в процесі роботи цього обладнання.

Достовірність отриманих результатів. Теоретичні результати отримані автором у вигляді математичних виразів, що мають замкнуту аналітичну форму. Тому достовірність цих результатів визначається ступенем достовірності тих припущень, що лежать в основі використаних автором звісних математичних методів. Щодо ступеню наближеності побудованих моделей обслуговування реаліям експлуатаційної практики, то слід підкреслити, що за цими моделями створені та використовуються в Укртелекомі реальні регламенти обслуговування обладнання FR, а також впроваджена у 2006 р. реальна система диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом. На сьогоднішній день ця система задовольняє Адміністрацію Укртелекому.

Впровадження результатів роботи. Результати роботи послужили основою для розробки нормативних документів, які регламентують процедури і правила надання послуг користувачам мережних ресурсів та правила експлуатації мережного обладнання FR. Зокрема, на базі отриманих результатів розроблено і уведено в дію корпоративні стандарти ВАТ “Укртелеком”, що мають назву “Правила забезпечення і оцінювання рівня надання послуг” (в частині, що стосується послуг із транспортування фреймів формату FR) та “Правила технічної експлуатації мереж передачі даних” (в частині, що стосується ТО обладнання FR). Результати роботи використано також для розробки регламентів обслуговування персоналом Укртелекому основних видів обладнання, яке використовує технологію FR. Теоретичні результати, що відображені в даній роботі, використані ВАТ “Укртелеком” при організації системи ДОГС. Зокрема, положення вищеназваних корпоративних стандартів Укртелекому, які регламентують діяльність персоналу у сфері технічної експлуатації МПД та контролю якості мережних послуг, безпосередньо витікають із результатів даної роботи. Регламенти обслуговування основного обладнання FR, яке використовується на мережах Укртелекому (перш за все, граничних ATM/FR-комутаторів типу Passport компанії Nortel), також розроблено із безпосереднім використанням норм та рекомендацій, що наведені у цій роботі. З урахуванням результатів, що відображені в дисертації, здійснюється обслуговування клієнтів корпоративної мережі аеропорту „Бориспіль”. Отримані результати використовуються також у навчальному процесі для студентів факультету телекомунікацій та захисту інформації Національного авіаційного університету.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертаційної роботи доповідались на наукових семінарах інституту інформаційно-діагностичних систем НАУ, міжнародних науково-технічна конференціях АВІА-2002 та АВІА-2004 (м. Київ), науково-технічній Раді ВАТ “Укртелеком” 25 квітня 2006 р.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, викладені в дисертації та авторефераті належать особисто автору. У роботах, опублікованих в співавторстві, авторові дисертаційної роботи належать: постановка та розв'язання оптимізаційних задач, аналіз результатів розрахунків та формулювання висновків [3], розглянуто можливості застосування методу контролю відповідності для контролю цілісності програмного забезпечення мережного обладнання, висвітлено особливості відповідних процедур тестування, надано класифікацію цих процедур [2].

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані у 5-ти статтях фахових видань та 2-х тез доповідей на конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 185 сторінок, робота містить 12 таблиць, 31 рисунків та список літератури з 101 найменувань. У додатках містяться 3 акти впровадження результатів дисертаційного дослідження.

2. Основний зміст роботи

У вступі сформульовано мету дослідження, обґрунтовано його актуальність, визначено коло задач, які вирішуються, вказано на наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі надана характеристика об'єкту та обґрунтовано вибір задач досліджень. Сформульовано загальні положення щодо забезпечення та оцінювання якості надання телекомунікаційних послуг. Наголошено, що необхідна функціональність послуги безпосередньо визначається тонкою структурою потреб прикладних застосувань користувача. Тому оцінку функціональності бажано здійснювати диференційовано, з урахуванням конкретних умов використання застосувань. Визначено такі поняття як якість функціонування мережі (Network Performance, NP), якість обслуговування (Quality of Services, QоS), трафарети сервісної угоди щодо рівня надаваних послуг, темплети SLA (Service Level Agreement Templates). Показано, що під час вирішення проблем забезпечення якісного надання телекомунікаційних послуг доцільно дотримуватися наступної класифікації параметрів якості обслуговування. По-перше, множину параметрів QоS`, що визначає рівень якості обслуговування, розбити на три категорії параметрів: сервіс-орієнтовані параметри, що безпосередньо пов'язані із визначенням якості послуги, тобто параметри QоS; мережно-орієнтовані параметри, що безпосередньо пов'язані із визначенням мережної досконалості, тобто параметри NP; сервіс/мережно-незалежні параметри, тобто параметри, які не пов'язані із визначенням якості послуги QоS або мережної досконалості NP. По-друге, множину видів послуг розподілити на такі два види послуг: диференційовані послуги, які орієнтовані на обслуговування користувачів із урахуванням конкретної структури їхніх вимог щодо якості обслуговування; стандартні (інакше - базові, агреговані, масові) послуги, що надаються шляхом використання уніфікованих механізмів і орієнтовані на потреби широкої групи користувачів з приблизно однаковими характеристиками вимог щодо обслуговування. Тоді, використовуючи поняття класів послуг та класів обслуговування, буде зручно побудувати класифікатор показників ДОГС у розрізі кожної із мережних послуг, що надаються на базі обладнання FR. У першому розділі дисертації здійснено порівняльний аналіз видів систем обслуговування, що знайшли застосування на МПД. На основі цього аналізу зроблено висновок про доцільність створення системи диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом на базі мереж FR. Показано, що розробка технології ДОГС потребує конкретного визначення показників якості обслуговування QоS та NP, у т.ч. визначення нормативів на ці показники стосовно обладнання FR.

Особливе місце в дисертації займають питання оптимізації технічного обслуговування обладнання FR, оскільки якість ТО визначається показниками NP, котрі, у свою чергу, безпосереднім чином впливають на ДОГС. Створення і оптимізація моделей та процедур ТО обладнання FR, ресурси котрого використовуються за системою ДОГС, визначають основний зміст дисертації. Слід зазначити, що особливості в умовах побудови, функціонування й використання обладнання FR не відображені необхідною мірою ні в теорії, ні в практиці мережного обслуговування. В той же час урахування цих особливостей є необхідним для побудови й оптимізації параметрів моделей обслуговування обладнання FR за системою ДОГС, оскільки тільки в такому випадку можна сподіватися на адекватність результатів теоретичних побудов реальним умовам експлуатації обладнання, яке функціонує за технологією FR.

Інша група задач, що потребує вирішення у процесі створення системи ДОГС, пов'язана з вибором шляхів реалізації цієї системи, а саме: розробка базових методів і схем вимірювань показників диференційованого обслуговування; розробка процедур контролю відповідності показників диференційованого обслуговування; визначення процедур вимірювання показників послуг із транспортування фреймів; аналіз протоколів технології FR; пошук та усунення проблем в обслуговуванні за системою ДОГС.

Другий розділ присвячено визначенню показників та нормативів якості обслуговування за системою ДОГС стосовно обладнання FR. Надано класифікатор параметрів якості обслуговування. Обґрунтовано вибір показників якості диференційованого обслуговування за системою ДОГС. Вибрана множина показників швидкості та точності передавання фреймів (їх кілька десятків) за технологією FR, а також показників ефективності використання обладнання FR за функціональним призначенням надає можливість у повній мірі забезпечувати контроль якості обслуговування за системою ДГОС. Серед вибраних показників - дванадцять показників якості надання мережних послуг (включаючи показники ефективності використання ресурсів FR-мережі за функціональним призначенням), шість показників точності передавання фреймів і два показника (а саме, експлуатаційна ймовірність безвідмовної роботи обладнання та коефіцієнт його готовності), які характеризують ефективність ТО обладнання FR. У якості показників гарантованості обслуговування запропоновано використовувати експлуатаційну ймовірність безвідмовної роботи (ЕЙБР) та коефіцієнт технічної готовності обладнання FR (КГ).

Визначено нормативи на показники якості диференційованого обслуговування за умов використання обладнання FR. Ці показники визначено з урахуванням нормативів на показники якості передавання пакетів ІР за системою ДОГС, що рекомендовані впливовими міжнародними організаціями у сфері телекомунікацій.

У третьому розділі розроблено моделі та процедури обслуговування за системою ДОГС. Основна увага приділена розробці та аналізу моделей технічного обслуговування обладнання Frame Relay, оскільки параметри цих моделей вирішальним чином впливають на рівень так званої мережної досконалості обладнання FR (маються на увазі, перш за все, такі показники як експлуатаційна ймовірність безвідмовної роботи та коефіцієнт готовності обладнання). У рамках системи ДОГС необхідно підтримувати значення інтегрального показника надійності обладнання FR - коефіцієнту готовності Кг. Трудомісткість підтримки цього показника, головним чином, залежить від вибраної стратегії ТО мережного обладнання. Тому перша частина третього розділу дисертації присвячена розробці моделей стратегій технічного обслуговування обладнання FR. Моделі побудовано за умов, що процедури контролю працездатності не вносять дефектів у працездатну контрольовану систему. Процес обслуговування розглядається на інтервалі напрацювання (0, ?), що відповідає експлуатації відновлювальних систем до граничного стану, і уявляється як послідовність зміни його різноманітних станів. Поведінка обладнання FR (з точки зору оцінки його працездатності) відображається у вигляді випадкового процесу з обмеженим простором станів.

Процес розробки математичних моделей (ММ) зводився до спроб отримання аналітичних виразів у замкненій формі для показника Кг , а також виразів для умовних ймовірностей відмов, що є корисними під час аналізу побудованих моделей, наприклад умовної ймовірності прийняття неправильного рішення щодо працездатності обладнання, коли воно в дійсності вийшло з ладу, або умовної ймовірності прийняття помилкового рішення щодо несправного стану, коли в дійсності обладнання є працездатним. Для побудови ММ використано наступний методологічний підхід. Працездатність FR-обладнання визначалась вектором параметрів (t), припустима область значень цього вектору позначалась як x. Тоді вирішувальне правило щодо стану обладнання формулювалось у вигляді: якщо (t) - обладнання FR рахується працездатним; якщо (t) - обладнання FR рахується непрацездатним, де через не ідеальність вимірювальних процесів замість (t) спостерігається реалізація реального процесу (t) з урахуванням вектору помилок (t). У роботі показано, що у будь-який випадково обраний момент часу tk під час контролю працездатності є можливим виникнення тільки якоїсь однієї із наступних несумісних подій:

h1(tk) = tk ( (ti)) ,

h2(tk) = tk (tk) ( (ti) ) ,

h3(tk) = tk ( (ti) ) ,

h4(tk) = tk (tk) ( (ti) ) , (1)

де - випадкова величина напрацювання до відмови обладнання FR. У (1) записи логічних виразів означають такі події: h1(tk) - правильне рішення (як результат контролю) про те, що обладнання знаходиться у працездатному стані; h2(tk) - помилкове рішення про те, що обладнання знаходиться в непрацездатному стані (тобто, помилкове бракування працездатного обладнання); h3(tk) - помилкове рішення про працездатність обладнання (“невиявлена відмова”); h4(tk) - правильне рішення про те, що обладнання знаходиться у непрацездатному стані. У процесі контролю розглядався тільки такий ансамбль подій, що відображений у (1).

Для визначення показників ефективності у загальному випадку необхідно знати багатомірну щільність ймовірності процесу, котрий моделює стан контрольованого об'єкту. Тому з метою зниження кратності інтегралів в роботі використано метод декорелюючих перетворень результатів багаторазових вимірювань параметрів контрольованого обладнання. Це дозволило замість послідовності векторних випадкових величин, які містяться у підінтегральних виразах щільностей ймовірності, розглядати послідовності скалярних випадкових величин і, як результат, отримати математичні вирази щодо відшукуваних показників у замкненій формі. В результаті, випадкову величину напрацювання до відмови вдалось визначити як найменший корінь стохастичного рівняння

xy (t), (ti) - = 0. (2)

Завдяки можливості адитивного зв'язку випадкових величин (ВВ) між та похибки вимірювань напрацювання на відмову Gi , а також тому, що (t1), … , (tk) - незалежні векторні випадкові величини (що виконується на практиці), то є справедливим співвідношення:

0 ( ; 1*, … , k* ) = ( ) [( i* - ) ],ь(3)

де () - щільність ймовірності напрацювання до відмови;

gi = i* - - похибка в оцінці напрацювання до відмови під час вимірювань;

f ( gi ) - умовна щільність ймовірності розподілу похибки вимірювань напрацювання до відмови за умов, коли = .

Застосовуючи вищезазначені вирази до (1), після ланцюга математичних перетворень отримано вираз для експлуатаційної ймовірності безвідмовної роботи (ЕЙБР):

де - інтегральна функція розподілу .

Як видно з аналізу виразу (3), в багатьох практично важливих випадках багатомірна щільність може визначатися через добуток одномірних щільностей ймовірностей. Це суттєво спрощує ланцюг математичних перетворень, дозволяє отримувати у замкненій формі вирази для показників ефективності ТО і, таким чином, будувати потрібні для цілей даного дослідження математичні моделі. Наприклад, вираз для такого показника безвідмовності, як експлуатаційна ймовірність безвідмовної роботи обладнання FR (для випадків, коли стратегія обслуговування передбачає багаторазовість вимірювань контрольованих параметрів), наведений у (4), а вираз для інтегрального показника ТО - коефіцієнту готовності, що отриманий в рамках цієї роботи, має такий вигляд:

. (5)

За вищевказаних умов (тобто, для визначеного простору станів обладнання щодо його працездатності і сформульованих вирішувальних правил, згідно яких виконуються процедури контролю) отримано математичні вирази і для інших показників ефективності ТО обладнання FR. Ці вирази враховують існування похибок під час вимірювань контрольованих параметрів та багаторазовість актів вимірювань (звісно, що багаторазовий контроль дозволяє здобути більш повну апостеріорну інформацію щодо дійсного стану контрольованого обладнання у порівнянні з одноразовим контролем ).

В роботі розроблено моделі обслуговування обладнання FR, де враховані особливості використання цього обладнання на МПД, а саме: багаторазовість контролю у фоновому режимі, поступовий та раптовий характер відмов, здійснення відновлювальних робіт без призупинки роботи обладнання, існування похибок різного виду під час вимірювань і т. ін. Отримано відповідні математичні вирази. Наприклад, якщо розглядати рівномірні інтервали здійснення робіт з контролю працездатності (КП) T, тобто , , то

Так, якщо:

( - інтенсивність відмов);

- дискретна випадкова величина, для якої

де

(8)

Устояні значення вищезазначених ймовірностей будуть такими:

(9)

У третьому розділі роботи виконано також аналіз розроблених моделей обслуговування обладнання FR, зокрема здійснено детальний аналіз залежностей прийнятих показників ефективності ТО від параметрів побудованих моделей. Такий аналіз виконано щодо двох загальних випадків, коли відмови носять поступовий або раптовий характер, оскільки обидва такі випадки мають місце у експлуатаційній практиці. Найбільш суттєві залежності основних параметрів цих моделей наведені на рис. 1. Під час дослідження моделей, що враховують поступовий характер відмов, крім того, прийняті такі обмежувальні припущення:

1) дійсні та виміряні значення контрольованих параметрів є незалежними випадковими величинами;

2) результат вимірювань контрольованого параметру можливо відобразити у вигляді адитивної функції дійсного значення цього параметру та похибки вимірювань;

3) щільність ймовірності розподілу напрацювання до відмови моделюється нормальним законом розподілу;

4) умовна щільність розподілу похибок вимірювань носить лінійний характер, а математичне чекання цих похибок дорівнює нулю.

Щодо моделей обслуговування, які враховують раптовий характер відмов, прийняті припущення про експоненціальний характер щільності розподілу напрацювання до відмови контрольованого обладнання за умов, коли похибки вимірювань не залежать від часу.

За вищевказаних умов в роботі показано, що:

1) якщо має місце повне відновлення та постійна періодичність обслуговування, експлуатаційна ймовірність безвідмовної роботи обладнання FR прагне до устояних (рос. - установившихся) значень, визначених виразом (9);

2) при зменшенні періодичності обслуговування і зростанні дисперсії похибок вимірювань ймовірність так званого помилкового відновлення (коли в дійсності обладнання є працездатним, але визнається системою контролю як непрацездатне) зростає;

3) при зменшенні періодичності обслуговування і зростанні дисперсії похибок вимірювань ймовірність “правильного” відновлення (тобто, коли система контролю правильно визначила стан непрацездатності контрольованого обладнання) падає;

4) ймовірність помилкового відновлення є більш чутливою до покращення характеристик точності вимірювань, ніж ймовірність правильного відновлення;

5) за умов раптового характеру відмов показники достовірності контролю обладнання FR є убуваючими функціями кількості моментів контролю і не залежать від розташування моментів контролю у часі, а залежать від кількості актів контролю і від моменту відмови обладнання;

6) за умов поступового характеру відмов показники достовірності контролю при багаторазовому контролі також залежать від кількості актів контролю. Із збільшенням дисперсії похибок або із зменшенням періодичності обслуговування показники достовірності у цілому погіршуються.

Основну частину третього розділу дисертації присвячено вирішенню оптимізаційних задач. Основна увага приділялась оптимізації планів обслуговування, тобто визначенню моментів контролю визначальних параметрів обладнання FR. Сформульовані пряма та зворотна задачі параметричної оптимізації планів обслуговування. Стосовно до проблематики оптимізації параметрів процесів ТО ці задачі сформульовано наведеним нижче чином.

Рис. 1 Залежність ЕЙБР, ймовірностей помилкового, правильного і сумарного відновлень від напрацювання до відмови

Пряма задача: забезпечити

max ( min ) pE [ kф, ( k+1)ф ]

max ( min ) Kг [ kф, (k+1)ф ]

за умов, коли

CН (ф ) ? СН доп, (12)

де СН (ф ) - поточні ресурси, що є необхідними для забезпечення ТО;

СНдоп - максимально припустимий обсяг ресурсів, який доцільно використовувати для забезпечення ТО.

Іншими словами, необхідно вибрати такий період обслуговування, при якому забезпечується найбільша ЕЙБР або КГ серед тих виміряних значень цих показників в ряду к = 0, 1, 2, ... , де ці значення є найменшими. При цьому має виконуватись умова (12).

за умов, коли

pE [kф, (k+1)ф ] ? pED, k = 0, 1, 2, … (14)

Kг [kф, (k+1)ф ] ? КгD, k = 0, 1, 2, … . (15)

Іншими словами, необхідно вибрати такий період обслуговування, при якому забезпечується мінімум витрат ресурсів експлуатації, не перевищуючи при цьому припустимі значення ЕЙБР (тобто, задане значення pED ) або КГ (тобто, припустиме значення КгD ).

В роботі запропоновано шляхи вирішення цих оптимізаційних задач. Здебільшого, здійснювалась маніпуляція з нелінійними цільовими функціями та обмеженнями, тобто з нелінійними рівняннями. Тому використовувались наближені методи оптимізації: графічні методи, обчислення нев'язок і т. ін. Як результат, розроблено оптимальні періодичний і послідовний плани обслуговування. На підставі порівняння оптимальних рішень щодо періодичного та послідовного планів показано, що за критерієм мінімуму необхідної кількості актів контролю послідовний план на 30-40% кращий за періодичний план. Тим не менш, зручність програмної реалізації процесів контролю обумовлює широке використання періодичних планів обслуговування обладнання FR на практиці.

Остання частина третього розділу присвячена вирішенню наступних важливих задач обслуговування за системою ДОГС. По-перше, розроблено процедури протидії перенавантаженням трафіком. Розглянуто кілька технологій виявлення перенавантажень на ділянках FR-мережі. Запропонована схема і відповідна технологія пошуку перенавантажень за параметрами трафіку через постійні віртуальні з'єднання. Визначено параметри, що мають бути інстальовані в обладнанні, для організації протидії перенавантаженням трафіком. По-друге, розроблена узагальнена процедура діагностики обладнання Frame Relay, що дозволяє здійснювати пошук причин та місця знаходження виниклих в процесі експлуатації проблем. По-третє, вибрано граничні значення параметрів інсталяції FR-обладнання за критерієм безвідмовності, а також обґрунтовано вибір інсталяційних параметрів FR-обладнання, що забезпечують цілісність та пов'язаність каналів FR на інтерфейсі UNI.

У четвертому розділі запропоновані шляхи реалізації розроблених моделей обслуговування за системою ДОГС. Розглянуто базові схеми вимірювань та вимірювальні точки для оцінювання параметрів обладнання. Умови та порядок вимірювань. Визначено кореспондовані події та їх характерні наслідки. Визначено структури тестових потоків для вимірювання похідних даних. Показано, як здійснювати контроль показників обслуговування за системою ДОГС. Окремий підрозділ присвячено розробці процедур контролю параметрів послуг передавання фреймів Frame Relay. Визначено також дії персоналу у разі виявлення невідповідності показників обслуговування нормованим значенням цих показників. Розроблено процедуру контролю відповідності (КВ): визначено загальні умови організації КВ, вибрано узагальнені мережні характеристики, що використані для визначення показників КВ, запропоновано організаційні форми експлуатаційного контролю, а також види КВ за ступенем глибини контролю. Розроблено схему використання процедур поточного профілактичного контролю обладнання FR. Визначено основні процедури тестування цього обладнання (базове тестування взаємодії, тестування характеристик, тестування поведінки, оцінка порогу визначеності). Запропоновано процедуру тестування контрольованого елемента обладнання (IUT) на відповідність специфікаціям FR. Розроблено процедуру КВ з використанням мережних аналізаторів протоколів. Визначено сферу застосувань, коли використання процедури аналізу протоколів є доцільним. Розкрито зміст основних робіт з пошуку та усунення пошкоджень, які можуть виникати під час експлуатації обладнання FR. Визначено шляхи використання аналізаторів мережних протоколів при пошуку та усуненні пошкоджень в обладнанні FR.

Основні результати та висновки

В дисертаційній роботі вирішена наукова задача розробки технології диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом на основі обладнання FR, яка враховує специфіку реальних умов його застосування на глобальних мережах канального рівня та в мережах Інтернет.

У роботі вперше отримані наступні результати:

1. Надано визначення основних параметрів та характеристик, необхідних для побудови моделей обслуговування за системою ДОГС: параметри якості обслуговування, класи послуг, класи обслуговування, види систем обслуговування тощо. Обгрунтовано вибір показників якості диференційованого обслуговування за системою ДОГС. Серед вибраних показників - дванадцять показників якості надання мережних послуг (включаючи показники ефективності використання ресурсів FR-мережі за функціональним призначенням), шість показників точності передавання фреймів і два показника (а саме, експлуатаційна ймовірність безвідмовної роботи обладнання та коефіцієнт його готовності), які характеризують ефективність технічного обслуговування обладнання FR. Вибрані показники із вичерпною повнотою дозволяють здійснювати оцінку якості обслуговування за системою ДОГС.

2. Визначено нормативи на показники якості диференційованого обслуговування за умов використання обладнання FR. Ці показники визначено з урахуванням нормативів на показники якості передавання пакетів ІР за системою ДОГС, що рекомендовані впливовими міжнародними організаціями у сфері телекомунікацій.

3. Розроблено моделі та процедури обслуговування за системою ДОГС. Основна увага приділена розробці та аналізу моделей технічного обслуговування обладнання Frame Relay, оскільки параметри цих моделей вирішальним чином впливають на рівень так званої мережної досконалості обладнання FR (маються на увазі показники NP, перш за все, експлуатаційної ймовірності безвідмовної роботи та коефіцієнту готовності обладнання).

4. Виконано аналіз розроблених моделей обслуговування обладнання FR. Такий аналіз здійснено щодо двох загальних випадків, коли відмови носять поступовий або лавиноподібний (раптовий) характер, оскільки обидва випадки мають місце у експлуатаційній практиці.

5. Розроблено оптимальні періодичний і послідовний плани обслуговування обладнання FR. В процесі розробки сформульовано пряма та зворотна задачі параметричної оптимізації планів обслуговування. Запропоновані шляхи вирішення цих оптимізаційних задач. На підставі порівняння оптимальних рішень щодо періодичного та послідовного планів обслуговування показано, що за критерієм мінімуму необхідної кількості актів контролю послідовний план на 30-40% кращий за періодичний план.

6. Здійснено вибір значень параметрів інсталяції обладнання FR для протидії перенавантаженням трафіком. Розглянуто кілька технологій виявлення перенавантажень на ділянках FR-мережі. Запропоновано схему і відповідну технологію пошуку перенавантажень за параметрами трафіку через постійні віртуальні з'єднання. Визначено параметри, що мають бути інстальовані в обладнанні, для організації протидії перенавантаженням трафіком.

7. Розроблено процедуру діагностики обладнання FR, що дозволяє здійснювати пошук причин та місця знаходження виниклих в процесі експлуатації проблем.

8. Запропоновано базові схеми та методи вимірювань показників диференційованого обслуговування. Детально розглянуто процедури вимірювання показників якості послуг із транспортування фреймів.

9. Розроблено процедуру контролю відповідності (КВ) показників ДОГС. Визначено загальні умови організації КВ. Запропоновано організаційні форми експлуатаційного контролю, а також види КВ за ступенем глибини контролю. Розроблено схему використання процедур поточного профілактичного контролю обладнання FR. Визначено основні процедури тестування цього обладнання (базове тестування взаємодії, тестування характеристик, тестування поведінки, оцінка порогу визначеності). Запропоновано процедуру тестування контрольованого елемента обладнання (IUT) на відповідність специфікаціям FR. Розроблено процедуру КВ з використанням мережних аналізаторів протоколів. Визначено сферу застосувань, коли використання процедури аналізу протоколів є доцільним.

10. Розкрито зміст основних робіт з пошуку та усунення пошкоджень, які можуть виникати під час експлуатації обладнання FR. Визначено шляхи використання аналізаторів мережних протоколів під час пошуку та усуненні пошкоджень в обладнанні FR.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Курушкін В.Є. Створення аналітичних моделей технічного обслуговування телекомунікаційного обладнання // Науково-технічний журнал “Захист інформації”. - 2006, № 3, с. 107 - 112.

2. Конахович Г.Ф., Курушкін В.Є. Контроль цілісності програмного забезпечення мережного обладнання методом тестування відповідності // Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. - 2006, № 2, с. 90 - 96.

3. Конахович Г.Ф., Курушкін В.Є. Оптимізація процедур технічного обслуговування телекомунікаційного обладнання // Вісник Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій. - 2006, № 3, том 4, с. 168 - 171.

4. Курушкін В.Є. Визначення параметрів якості обслуговування при використанні обладнання Frame Relay // Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. - 2006, № 3, с. 87 - 92.

5. Курушкін В.Є. Базові методи вимірювань параметрів якості обслуговування в мережах передачі даних // Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. - 2007, № 1, с. 90 - 95.

Анотація

Курушкін В.Є. Розробка технології диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом на базі обладнання Frame Relay. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. - Національний авіаційний університет, Київ, 2007.

Розроблено систему диференційованого обслуговування з гарантованим сервісом (ДОГС) на базі використання обладнання, що реалізує специфікації технології FRAME RELAY (FR). Враховано реальні умови використання такого обладнання в організаціях, що експлуатують мережі передачі даних (МПД). Обґрунтовано вибір показників обслуговування за системою ДОГС. Розроблено моделі стратегій обслуговування обладнання FR. Виконано аналіз та параметрична оптимізація розроблених моделей. Розроблено методи та схеми вимірювань показників обслуговування, процедури аналізу протоколів, усунення перенавантажень трафіком, контролю відповідності параметрів, пошуку та усунення проблем в обслуговуванні.

Ключові слова: телекомунікаційні системи, мережі передачі даних, системи надання послуг, обладнання FRAME RELAY, технічна експлуатація, контроль стану, параметрична оптимізація.

Аннотация

Курушкин В.Е. Разработка технологии дифференцированного обслуживания с гарантированным сервисом на базе оборудования Frame Relay. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Национальный авиационный университет, Киев, 2007.

В диссертации решены задачи, связанные с разработкой системы дифференцированного обслуживания с гарантированным сервисом (ДОГС) на базе оборудования Frame Relay (FR).

Даны определения основных параметров, необходимых для построения моделей обслуживания по системе ДОГС: параметры качества обслуживания, классы услуг, классы обслуживания, виды систем обслуживания и т.д. Обоснован выбор показателей качества дифференцированного обслуживания по системе ДОГС. Определены нормативы на показатели качества обслуживания при условии использования оборудования FR. Разработаны модели стратегий обслуживания оборудования FR для условий, когда процедуры контроля работоспособности не вносят дефектов в работоспособную контролируемую систему. Получены аналитические выражения в замкнутой форме для эксплуатационной вероятности безотказной работы оборудования FR и для коэффициента готовности этого оборудования. Выполнен анализ разработанных моделей обслуживания. Такой анализ выполнен для двух случаев, когда отказы носят постепенный и внезапный характер. Разработаны оптимальный и последовательный планы обслуживания. В процессе разработки сформулированы и решены прямая и обратная задачи параметрической оптимизации планов обслуживания. Показано, что по критерию минимума необходимого количества актов контроля последовательный план на 30-40% лучше последовательного. Выбраны значения параметров инсталляции оборудования FR для противодействия перегрузкам трафиком. Предложены соответствующие технологии выявления перегрузок. Разработана процедура диагностики оборудования FR, которая позволяет выполнять поиск причин и места нахождения возникших проблем. Предложены базовые схемы и методы измерений показателей дифференцированного обслуживания. Детально рассмотрены процедуры измерений показателей качества услуг по передаче фреймов. Разработана процедура контроля соответствия (КС) показателей ДОГС. Предложены организационные формы эксплуатационного контроля, а также виды КС по степени глубины контроля. Определены основные процедуры тестирования оборудования FR (базовое тестирование взаимодействия, тестирование характеристик, тестирование поведения, оценка порога определённости). Предложена процедура тестирования контролируемого элемента (IUT) на соответствие спецификациям FR. Разработана процедура КС с использованием анализаторов протоколов.

Ключевые слова: телекоммуникационные системы, сети передачи данных, системы предоставления услуг, оборудование FRAME RELAY, техническая эксплуатация, контроль состояния, параметрическая оптимизация.

Annotation

Elaboration of the technology of differential service with guaranteed service on the basis of equipment Frame Relay. - Manuscript.

The dissertation for the scientific degree of a candidate of technical sciences (specialty - 05.12.02 - systems and nets of telecommunication). - National Aviation University, Kyiv, 2007.

In the dissertation there are solved the problems connected with elaboration of the system of differential service with guaranteed service on the basis of equipment Frame Relay (FR). The data of determination of the main parameters, which are necessary for creating of the models of service as per the system of differential service with guaranteed service: parameters of the quality of service, classes of services, types of service systems etc. In the dissertation there is a proved choice of the indexes of the quality of differential service with guaranteed service. There are determined normatives for the indexes of the quality while using equipment Frame Relay. There are elaborated models of the strategies of service of equipment Frame Relay for the conditions when the procedures of control of the efficiency don't make defects in the efficient controlled system. There are obtained analytical expressions in closed form for exploitative probability of faultless work of equipment Frame Relay and of the coefficient of readiness of this equipment. There is an analysis of elaborated models of service. Such analysis is done for two occasions, when faults are gradual and sudden. There are elaborated optimal and gradual plans of service. In the elaboration there are formulated and solved direct and reverse tasks of parametrical optimization of service plans. It is shown that according to the criteria of the minimum of necessary quality of control acts gradual plan is 40% better than the sudden one. There are chosen parameters of installation of equipment Frame Relay for resistance against overload of traffic. There are suggested appropriate technologies of revealing of overload. There are elaborated procedure of diagnostics of equipment Frame Relay which lets make search of reasons and the place of revealing of new problems. There are suggested basic schemes and methods of dimension of indexes of differential service. There are in detail examined procedures of dimension of quality of frame transmission. There is elaborated procedure of control of conformity of indexes of differential service with guaranteed service. There are suggested organized forms of operational control and types of controls of conformity according to the degree of depth of control. There are determined main procedures of testing of equipment Frame Relay (basic testing for interaction, testing of characteristics, testing of conduct, estimation of limits of determination). There is a suggested procedure of testing of the controlled element for conformity to the specifications of FR. There is elaborated procedure of controls of conformity with using analysators of protocols.

Keywords: telecommunications systems, networks of data transmission, equipment FRAME RELAY, technical operation, the control of a condition, parametrical optimization.

Размещено на Allbest.ru