Оценка устойчивости сетей связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка устойчивости сетей связи

Войцеховский А.И.

Функционирование сетей связи в интересах обеспечения процесса управления производством, организацией, регионом и т. п. происходит в различных, как правило, мешающих условиях. При этом на сеть связи и ее элементы (узлы, линии) воздействуют дестабилизирующие факторы, различные по природе происхождения и характеру проявления. Устойчивость сети связи в конкретных условиях функционирования является одним из основных свойств, характеризующих качество предоставляемых сетью услуг связи. Настоящая статья посвящена вопросам оценки устойчивости сетей связи.

Определение. Под устойчивостью сети связи понимают способность сети связи выполнять заданные функции в установленном объеме с требуемым уровнем качества в течение определенного периода или в произвольный момент времени при воздействии различных дестабилизирующих факторов [1].

Устойчивость сети связи определяется тремя группами факторов (рисунок 1):

Потоки вызовов от пользователей на предоставление различных услуг связи Q(t).

Дестабилизирующие факторы, создающие поток дестабилизирующих воздействий W(t).

Стабилизирующие воздействия U(t).

Рисунок 1 - Факторы, определяющие устойчивость сети связи

Различные по природе возникновения дестабилизирующие факторы позволяют выделить три категории устойчивости: надежность, помехоустойчивость и живучесть, определяемые условиями функционирования сети связи [1]. Факторы, обусловленные надежностью, нарушениями условий электромагнитной совместимости, непреднамеренными и преднамеренными помехами, воздействуют на сеть связи и ее элементы многократно и характеризуются устойчивой повторяемостью в процессе функционирования сети. Процесс функционирования сети связи с учетом этой группы факторов можно рассматривать как близкий к стационарному, а их воздействие оценивать вероятностно-временными характеристиками, принятыми в теории надежности.

Факторы, обусловленные живучестью, не обладают устойчивой повторяемостью за время функционирования сети связи и приводят, как правило, к полному разрушению элемента сети или к длительному его восстановлению.

В зависимости от характеристик потока вызовов от пользователей на предоставление услуг связи, условий функционирования сети связи и действий управляющего объекта изменяется реальная пропускная способность сети и ее элементов, что влияет на качество предоставляемых услуг связи.

Устойчивость характеризует способность сети выполнять заданные функции в условиях дестабилизирующих воздействий за счет устойчивости отдельных элементов сети и сети связи в целом, а также за счет эффективного управления сетью. Таким образом, в зависимости от характера проявления дестабилизирующих факторов можно выделить объектовую (элементную), структурную и функциональную составляющие понятия устойчивости. При этом каждая из составляющих устойчивости, в зависимости от условий функционирования сети связи, может характеризоваться живучестью, надежностью и/или помехоустойчивостью.

Объектовая (элементная) устойчивость характеризует способность отдельного элемента сети связи (узла, линии) выполнять заданные функции при воздействии различных дестабилизирующих факторов. В качестве интегрального показателя объектовой устойчивости принимается вероятность сохранения работоспособного состояния объекта (элемента) сети связи:

,

где (,) - вероятность исправной работы объекта (элемента) сети связи, определяемая условиями функционирования - соответственно живучестью, надежностью, помехоустойчивостью.

Необходимо отметить, что при расчете объектовой (элементной) устойчивости основным показателем живучести является условная вероятность выживания элемента сети связи в предположении, что воздействие дестабилизирующего фактора на элемент сети связи состоялось:

,

где , - сохранившийся после воздействия дестабилизирующего фактора и минимально заданный уровни работоспособности элемента сети связи соответственно.

Структурная устойчивость характеризует способность сети связи выполнять заданные функции при воздействии различных дестабилизирующих факторов за счет разветвленности ее структуры. Для оценки структурной устойчивости сети используют такие показатели, как количество остовых деревьев, линейные функционалы связности, среднюю длину маршрута и др. Наиболее корректным является показатель, характеризующий предельные возможности создаваемого варианта сети связи по обеспечению связности между соответствующими элементами сети - вероятность связности заданной пары узлов, определяемая как вероятность наличия хотя бы одного возможного пути прохождения каналов между ними в сети связи, когда для обмена информацией могут быть использованы все возможные пути установления соединения.

При расчете структурной устойчивости показателем объектовой (элементной) живучести выбирается уже безусловная вероятность выживания элемента сети связи:

,

где - вероятность того, что в течение промежутка времени Дt элемент сети связи подвергается воздействию предполагаемого дестабилизирующего фактора. сеть связь перегрузка

Функциональная устойчивость характеризует способность сети связи выполнять свои задачи по передаче сообщений за счет мер со стороны системы управления, позволяющих восстановить пропускную способность между заданной парой узлов, т. е. за счет стабилизирующих воздействий. Снижение пропускной способности направлений связи в результате воздействия различных дестабилизирующих факторов влечет появление перегрузки на данном направлении. Стабилизирующие воздействия могут быть направлены на перераспределение ресурсов сети, строительство новых или восстановление поврежденных элементов (объектов) связи.

Существует несколько способов борьбы с перегрузками в сетях связи за счет перераспределения ресурсов сети [3].

Основные способы реализуются протоколами транспортного, сетевого и канального уровней ЭМВОС. Основными из способов являются управление потоками данных от пользователей на предоставление услуг связи, включая повторную передачу и определение тайм-аута, подтверждения о приеме, и маршрутизация, включая определение очередей и порядка обслуживания.

Таким образом, процессы управления потоками данных и маршрутизации позволяют на основе оставшегося после воздействия дестабилизирующего фактора физического ресурса сети связи сформировать логическую структуру сети для передачи сообщений пользователей, а оценка их эффективности определяет уровень функциональной устойчивости сети связи.

Для оценки функциональной устойчивости можно использовать следующие группы показателей, характеризующие указанные процессы:

период обновления информации о маршрутах в сети и о наличии перегрузок на направлениях связи;

ресурсы сети связи (время, пропускная способность, время работы объекта управления (центрального процессора)), расходуемые на передачу и обработку данной информации.

Для отражения вклада процессов обеспечения устойчивости (защищенности элементов, разветвленности структуры, системы управления) в формирование логической структуры сети связи можно использовать уровень реальной пропускной способности, выраженный в показателе своевременности связи:

,

где - вероятность того, что время установления (разъединения) связи (при необходимости) и время передачи заданного объема сообщений не превысят требуемых значений;

, - соответственно время установления (разъединения) связи (при необходимости);

- время передачи заданного объема (M) сообщений;

, , - соответствующие требуемые значения.

Кроме показателя своевременности, для оценки качества связи могут быть использованы другие показатели, например, показатель достоверности и др.

На рисунке 2 представлена формализованная последовательность, которая составляет сущность оценки устойчивости сети связи.

Оценка устойчивости сетей связи включает следующие этапы:

задание исходных данных (количество абонентов и их требования к услугам сети связи, граф сети связи, пропускная способность элементов и др.);

определение показателей элементной устойчивости (живучесть, помехоустойчивость, надежность);

формирование направлений связи между узлами сети, оценка структурной устойчивости (устойчивости направлений связи);

описание алгоритма коммутации и алгоритма установления соединений (маршрутизации), алгоритма управления потоками данных от пользователей, применяемых в исследуемой сети связи, оценка эффективности данных алгоритмов;

оценка качества услуг связи.

Для моделирования процессов управления потоками данных и маршрутизации в зависимости от этапов, соответствующих числу воздействий дестабилизирующих факторов, удобно использовать дискретные модели оценки устойчивости сетей связи.

В дальнейшем работа будет проводиться в направлении конкретизации моделей дестабилизирующих факторов, определения совокупности показателей качества услуг связи и требований к ним, описания и анализа алгоритмов коммутации, установления соединения, управления потоками данных, разработки методики определения эффективности использования возможностей остаточного ресурса сети связи.

Рисунок 2 - Формализованная последовательность оценки устойчивости сети связи

Предложенная последовательность оценки устойчивости сети связи позволит предъявить требования к сети связи, реализация которых обеспечит свойство устойчивости на заданном уровне при заданных затратах и других ограничениях, а также может применяться при реконструкции или развитии сети связи, разработке стратегий управления сетью связи и оценке качества услуг связи в экстремальных условиях функционирования сети.

Литература

1. Ломовицкий, В.В. Основы построения систем и сетей передачи информации [Текст]: учебное пособие для вузов / Ломовицкий В.В [и др.]; под. ред. В. М. Щекотихина. - М.: Горячая Линия-Телеком, 2005. - 382 с.: ил.

2. Исаков, Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей систем военной связи [Текст] / Е.Е. Исаков. - СПб: 2004. - 238 с.

3. Таненбаум, Э. Компьютерные сети [Текст] / Э. Таненбаум. - 4-е изд. Серия "Классика computer science"- СПб.: Питер, 2007. - 992 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru