Система контролю цифрових телекомунікаційних мереж зі спільноканальною сигналізацією

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 681.5.017

05.11.16 - Інформаційно-вимірювальні системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Система контролю цифрових телекомунікаційних мереж зі спільноканальною сигналізацією

Лисогор Володимир Григорович

Вінниця - 2005



Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Квєтний Роман Наумович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри автоматики та інформаційно-вимірювальної техніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Володарський Євген Тимофійович Національний технічний університет України "КПІ", професор кафедри автоматизації експериментальних досліджень

доктор технічних наук, професор Філіпський Юрій Костянтинович Одеський національний політехнічний університет, професор кафедри теоретичних основ радіотехніки

Провідна установа: Державне підприємство "Науково-дослідний інститут метрології, вимірювальних і управляючих систем" (ДП "НДІ "Система" "),м. Львів

Захист відбудеться " 21 " січня 2006 р. о 9.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.02 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95

Автореферат розісланий " 13 " грудня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Павлов С.В.



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Взаємодія двох незалежних технологій - електрозв'язку і обчислювальної техніки привела до бурхливого розвитку засобів телекомунікацій, що різко розширило можливості доступу та використання великих об'ємів інформації незалежно до того, де вона зберігається. Головною складовою сучасних телекомунікаційних систем є цифрові телекомунікаційні мережі (ЦТМ). Незважаючи на велику різноманітність таких систем вони мають спільні риси, що обумовлює виробіток спільних підходів до їх використання, проектування та контролю і вимагає розробки єдиних методів проектування інформаційно-вимірювальних систем (ІВС) для контролю їх параметрів, що забезпечують відповідні якість зв'язку та надійність і своєчасність отримання інформації. Загальним підходом до створення ЦТМ є використання в них (чи разом з ними) систем сигналізації, що обумовлюють отримання сигналів про проходження та синхронізацію інформаційних потоків. Єдиним світовим стандартом міжстанційної сигналізації мережі загального користування є спільно-канальна сигналізація №7 (СКС7).

Відсутність єдиної методології створення ІВС для контролю ЦТМ з СКС7 з підвищеною надійністю, що обумовлена надто високими вимогами по надійності мережі СКС7 (наприклад інтенсивність помилок відповідно до рекомендацій міжнародних стандартів не повинна перевищувати ), й обумовлює актуальність теми дисертаційної роботи.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на основі науково-технічних робіт кафедри автоматики та інформаційно-вимірювальної техніки ВНТУ та ІВП “ІнноВінн” в 1997-2004 роках, а також згідно тематичних планів підготовки та освоєння нової продукції ІВП “ІнноВінн” в рамках інноваційного проекту № 64 від 12.10.2001 Технологічного парку “Інститут монокристалів” за темою “Розробка, виготовлення та впровадження інформаційних систем та апаратно-програмних комплексів для забезпечення проблем галузі телекомунікацій на внутрішньому та зовнішньому ринках” (Направлення НДР ІВП “ІнноВінн” - “Аналіз та тестування телекомунікаційних мереж з сигналізацією СКС7”, тема НДР: “Розробка першої вітчизняної системи моніторингу первинної та місцевої мережі зв'язку. Розробка комплексу обладнання та програмного забезпечення для системи моніторингу, що передбачає створення центра контролю мережі”). Результати роботи використано в процесі виконання договору між ІВП “ІнноВінн” та ЗАТ “Технопарк “ІМК” № 24/04 від “07” квітня 2004 р. на науково-дослідні роботи за темою “Науково-дослідні роботи з розробки математичних моделей для оцінювання якості зв'язку у телекомунікаційних системах” та договору між ІВП “ІнноВінн” та ВАТ “Укртелеком” № 109-Пл/03/574-5-522 “Виготовлення, поставка та впровадження обладнання єдиної системи контролю і вимірів мережі СКС-7”.

Мета дослідження полягає в підвищенні надійності та ефективності функціонування системи контролю цифрової телекомунікаційної мережі з СКС7. Досягнення мети вимагало вирішення ряду задач:

розробка концепції побудови ІВС на базі сигнальної інформації для контролю ЦТМ;

розробка та дослідження математичних моделей для розрахунку параметрів контролю об'єкта досліджень з метою знаходження співвідношень, що дозволяють розрахувати ці параметри за даними аналізу сигнальної інформації;

розробка алгоритму визначення параметрів контролю ЦТМ за допомогою розроблених математичних моделей та розробка підходу до узагальнення алгоритму для охоплення не лише однієї ланки СКС7, а усієї ЦТМ;

розробка структурної схеми ІВС для контролю ЦТМ з СКС7;

розробка методів проектування ІВС з урахуванням високого ступеня надійності самої ЦТМ;

розробка, дослідження та впровадження апаратно-програмних засобів ІВС;

експериментальні дослідження функціонування розробленої ІВС при реальному навантаженні.

Об'єктом дослідження є процес контролю цифрової телекомунікаційної мережі зі спільно-канальною сигналізацією №7 (СКС7), а предметом - параметри та характеристики цифрової телекомунікаційної мережі з СКС7, методи проектування ІВС з підвищеною надійністю.

При вирішенні поставлених у роботі задач, використано методи теорії масового обслуговування, імовірнісного аналізу, теорії графів, спектрального аналізу, оптимального проектування та синтезу ІВС.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше запропоновано концепцію побудови ІВС з підвищеною надійністю для контролю цифрових телекомунікаційних мереж з СКС7, що на відміну від існуючих дозволяє розрахувати та контролювати основні параметри об'єкту контролю на основі сигнальної інформації та забезпечує незалежну від об'єкту синхронізацію роботи.

2. Вперше запропоновано математичну модель та вдосконалено метод визначення часу затримки у ЦТМ, що на відміну від існуючих не мають обмежень на складність структури ЦТМ та кількість ланок сигналізації.

3. Вперше розроблено методологію проектування ІВС із підвищеною надійністю, що на відміну від існуючих дає змогу комплексно оцінювати надійність систем контролю. Методологія включає:

узагальнену модель надійності системи контролю, яка на відміну від існуючих включає всі складові надійності та дозволяє розв'язати задачу оптимального розподілу заданих показників надійності системи між підсистемами;

математичну модель надійності систем контролю по раптовим відмовам, що на відміну від існуючих дозволяє отримати точне розв'язання задачі оптимізації системи по критерію середнього часу безвідмовної роботи;

математичну модель для оцінювання метрологічної надійності та математичні моделі похибок системи, що вперше отримані з використанням теорії лінійних випадкових процесів;

марківську модель надійності програмного забезпечення систем контролю, що дає змогу оцінити надійність всього програмного комплексу за результатами тестування окремих модулів.

Практична цінність роботи полягає в розробці комплексу методів, способів, методик та алгоритмів для створення системи контролю ЦТМ зі спільноканальною сигналізацією з підвищеною надійністю та ефективністю. Розроблено способи та алгоритми для розрахунку часових параметрів ЦТМ за даними аналізу сигнальної інформації. Розроблено спосіб керування навантаженням у ЦТМ на основі інформації з системи контролю. Розроблено низку методик та алгоритмів та проведено розрахунки для надійнісного аналізу та оптимального проектування ІВС. За період з 1997 по 2004 рік розроблено та впроваджено низку приладів, засобів та систем комплексної автоматизації контролю ЦТМ. Результати використано при побудові конкретних ІВС ЦТМ з СКС7, що розроблено при безпосередній участі здобувача та впроваджено в розробках на підприємствах ВАТ "Укртелеком", ТОВ ІВП "ІнноВінн" та ВАТ "РеКом" (м. Орел).

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційної роботи були отримані автором особисто. У роботах, що написані у співавторстві, здобувачу належать такі ідеї і розробки: аналіз і розробка моделі обробки сигнальних повідомлень та загальні математичні моделі для оцінки затримок сигнальних одиниць [2], аналіз критеріїв якості послуг в телекомунікаційних системах [3], інтервальні моделі складних систем [4], розробка критеріїв для оцінки якості обслуговування [5], аналіз проблем впровадження систем управління телекомунікаційними мережами та розробка підходу та сформульовано принципи побудови систем управління [7], розробка структурної схеми розподілення засобів вимірювання на мережі оператора зв'язку [8], аналіз проблем впровадження систем контролю та вимірювання [9], розглянуто основні аспекти проблеми забезпечення захищеності системи контролю [10], аналіз основних процесів функціонування телекомунікаційних систем [11], розробка програмного комплексу підсистеми ІВС "Білінгова система "АСТРА"" [12], розробка алгоритму аналізу процесу взаємодії центрів електрозв'язку [13], окреслено основні напрями розробки первинного цифрового перетворювача [14], запропонована методологія та розглянуто особливості побудови підсистеми АМК-ІВ системи контролю [15], розробка системи інформаційного обміну [16], розробка структури підсистеми ІВС "Білінгова система "АСТРА"" [17], розробка програмного комплексу АПУС [18], розробка алгоритму роботи АПУС [19], розробка пристрою супутникового часу для системи моніторинг [20], розробка способу керування навантаженням [21].

Апробація результатів роботи. Результати роботи доповідались на 6 наукових конференціях:

VI міжнародна науково-технічна конференція "Контроль і управління в складних системах" КУСС-2001, м. Вінниця, 2001;

"EAST-WEST DESIGN & TEST WORKSHOP" EWDTW'04, ALUSHTA, 2004;

10 ювілейна міжнародна наукова конференція "Теорія і техніка передавання, приймання та обробки інформації", Харків, 2004;

14 міжнародна науково-технічна конференція "Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини", SIET 14-04, Хмельницький, 2004;

науково-практичні конференції професорсько-викладацького складу, співробітників і студентів ВНТУ за участю інженерно-технічних працівників міста Вінниці і області (Вінниця, ВНТУ, 2004, 2005).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 19 наукових статей, з яких 11 у наукових виданнях, що входять до переліку ВАК України, та отримано 2 патенти на винаходи.

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаної літератури із 125 джерел на 11 стор., двох додатків на 16 стор. Загальний обсяг дисертації становить 212 стор., основного тексту (без додатків) 150 стор., і містить 49 ілюстрацій, 13 таблиць.

Автор висловлює глибоку подяку всім співробітникам кафедри "Автоматики та інформаційно-вимірювальної техніки" Вінницького національного технічного університету та інноваційно-впроваджувального підприємства "ІнноВінн" за багаторічну співпрацю, підтримку і допомогу в отриманні та впровадженні наукових та практичних здобутків цієї дисертації.

сигнальний алгоритм апаратний програмний



Основний зміст

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми досліджень, визначено їх об'єкт і предмет. Зазначено зв'язок роботи з науковими планами і темами, сформульовано мету і задачі роботи. Визначено методи дослідження та наукову новизну, а також практичну цінність отриманих результатів. Вказано відомості про апробацію та кількість публікацій за матеріалами дисертації.

У першому розділі розглянуто загальну класифікацію цифрових телекомунікаційних мереж, проведено аналіз особливостей вимірювання та контролю параметрів ЦТМ. До таких особливостей відносяться: необхідність узагальнення результатів вимірювання отриманих з різних первинних перетворювачів; кількість первинних перетворювачів дорівнює кількості ланок сигналізації у мережі, що контролюється; надійність роботи первинних перетворювачів має бути на порядки вища за надійність мережі. Також проведено огляд проблеми контролю ЦТМ з СКС7, наведено основні недоліки існуючих підходів до створення такого класу ІВС.

В результаті проведеного аналізу визначено, що найбільш ефективним методом визначення характеристик ЦТМ є аналіз сигнальної інформації. Тому побудові ІВС повинно передувати комплексне дослідження первинного перетворювача та об'єкта вимірювання. У відповідності з поставленою метою необхідно вирішити наступні задачі: розробка концепції побудови ІВС на базі сигнальної інформації для контролю ЦТМ; розробка та дослідження математичних моделей для розрахунку параметрів контролю об'єкта досліджень з метою знаходження співвідношень, що дозволяють розрахувати ці параметри за даними аналізу сигнальної інформації; розробка алгоритму визначення параметрів контролю ЦТМ за допомогою розроблених математичних моделей та розробка підходу до узагальнення алгоритму для охоплення не лише однієї ланки СКС7, а усієї ЦТМ; розробка структурної схеми ІВС для контролю ЦТМ з СКС7; розробка способу керування навантаженням мережі за допомогою розробленої ІВС; розробка методів проектування ІВС з урахуванням високого ступеня надійності самої ЦТМ; розробка, дослідження та впровадження апаратно-програмних засобів ІВС.

У другому розділі розглянуто особливості об'єкту контролю та побудови інформаційно-вимірювальної системи, виокремленні основні вимоги до розроблюваної ІВС. Виходячи з того, що відсутній єдиний підхід до проектування систем контролю цифрових телекомунікаційних мереж з СКС7, який враховує особливості об'єкту контролю та надто високі вимоги до надійності системи, що обумовлені міжнародними стандартами, запропоновано концепцію побудови та розроблено структурну схему ІВС. Як головні особливості об'єкту контролю можна виділити:

Об'єкт контролю дорогий і високонадійний. Втрата працездатності ланки мережі СКС7 може призвести до значних економічних втрат, що залежать від часу простою (неготовності) мережі СКС7, що визначається оперативністю отримання інформації про порушення нормального функціонування мережі СКС7. Ця обставина зумовлює необхідність одержання високого рівня характеристик надійності СК.

ІВС характеризується багатозадачним режимом роботи, оскільки аналізуються і контролюються різні характеристики мережі СКС7. Деякі види відмов та збоїв можуть призвести не до повної втрати працездатності, а до погіршення ефективності СК при розв'язанні окремих задач.

ІВС в мережі СКС7 можна віднести до такого виду складних систем, для яких „аналітичне дослідження довільної ієрархічної системи винятково складне і швидше за все неможливе”, оскільки в процесі її функціонування може змінюватися її структура на ієрархічному рівнях.

Виходячи з аналізу, проведеного в розділі 1, сформульовано вимоги до ІВС:

Безперервність контролю.

Централізоване управління.

Незалежність від контрольованої мережі, типів комутаційного обладнання, версій ПО.

Охоплення всієї цифрової телекомунікаційної мережі.

Пасивність системи (відсутність впливу на мережу).

Масштабованість та орієнтація на подальших розвиток та стик з іншими системами.

Висока надійність.

Виходячи з особливостей об'єкту контролю та вимог до системи контролю ЦТМ з СКС7, що були показані в розділі 1, а також спираючись на перераховані принципи створення засобів вимірювання, можна сформулювати наступну концепцію побудови ІВС контролю ЦТМ.

Система повинна будуватися на базі незалежних, пасивних первинних перетворювачів - зчитувачів сигнальної інформації з мережі СКС7 ЦТМ.

Математичне забезпечення системи повинно дозволяти розрахунок основних параметрів об'єкту контролю - затримок на навантаження мережі з охопленням усієї мережі.

Система повинна задовольняти показникам надійності, а саме:

надійність за раптовими відмовами;

надійність програмного забезпечення;

метрологічна надійність;

надійність за випадковими збоями.

Рівень надійності системи повинен враховувати необхідний рівень надійності роботи об'єкту контролю.

Система повинна використовувати незалежні від об'єкту контролю джерела синхронізації та забезпечувати точність вимірювання затримки до 10-6.

Вихідні дані системи повинні задовольняти можливість їх обробки оператором для прийняття рішень по управлінню мережею.

Система повинна працювати у реальному масштабі часу.

Архітектура системи повинна дозволяти оптимізацію обчислювальних можливостей системи та характеристик мережі передачі даних по критеріям вартості та швидкодії.

Виходячи з вищенаведеної концепції побудови ІВС контролю ЦТМ можна зробити висновок, що основним параметром об'єкту контролю є затримки сигналів на навантаження в телекомунікаційній мережі. Тому необхідним є розробка математичного апарату для їх оцінки.

Математична модель розрахунку часових затримок в ланці сигналізації, на відміну від раніше розроблених, враховує багаторазові повторні передавання сигнальних одиниць в разі виявлення помилок передавання.

Середнє значення затримки значущої сигнальної одиниці в черзі у випадку, коли немає похибки передавання:,(1)

та дисперсія для цього випадку знаходиться за формулою:,(2)

де - постійна величина часу передавання в канал заповнюючої сигнальної одиниці; - навантаження на ланку сигналізації при відсутності помилок передавання в ланці сигналізації; - коефіцієнти для розрахунків, наведені в рекомендації Q.706; - випадкова величина часу передавання в канал значущої сигнальної одиниці, яка знаходиться за формулою; -момент часу надходження останнього біту даної сигнальної одиниці; - момент часу надходження першого біту сигнальної одиниці, знаходиться за формулою; - момент часу надходження останнього біту попередньої сигнальної одиниці; - час надходження одного імпульсу з частотою 64 кГц;  - -й початковий момент функції розподілу; - середній час передавання значущої сигнальної одиниці в канал.

Для випадку наявності похибки передавання, середнє значення затримки значущої сигнальної одиниці розраховується за формулою,(3)

і відповідно дисперсія для цього випадку розраховується за формулою,(4)

де - величина сигнального навантаження при наявності помилок в ланці сигналізації; - -й початковий момент функції розподілу; - віртуальний час обслуговування значущих сигнальних одиниць, який являє собою випадковий часовий інтервал з моменту початку першого передавання в канал значущої сигнальної одиниці і до моменту завершення успішного передавання цієї сигнальної одиниці при умові, що попередня сигнальна одиниця передана без спотворення.

Вперше розроблено математичну модель, яка дозволяє розрахувати час затримки значущої сигнальної одиниці для телекомунікаційної мережі теоретично будь-якої структури і стану. За основу було взято математичну модель для розрахунку затримок в ланці сигналізації.

Розрахункова формула загальної затримки сигнальної одиниці в телекомунікаційній мережі запишеться у вигляді(5) і відповідно дисперсія для загального випадку запишеться у вигляді,(6)

де - загальна затримка передавання сигнальної одиниці з -ї вершини в -ту в реальній телекомунікаційній мережі; - підграф загального графу маршруту з -ї вершини в -ту, який включає в себе ланки сигналізації, де ведеться передача сигнальних одиниць без похибок передавання; - підграф загального графу маршруту -ї вершини в -ту, який включає в себе ланки сигналізації, де присутня похибка передавання сигнальних одиниць; - навантаження ланки сигналізації на відповідній ділянці підграфу ; та - відповідно значення моментів часу надходження першого та останнього бітів сигнальної одиниці; - постійна величина часу передавання в канал заповнюючої сигнальної одиниці; - величина сигнального навантаження при наявності похибки передавання в ланці сигналізації; - -й початковий момент функції розподілу.

На рис.1 показано алгоритм розрахунку часових затримок.

Проведено аналіз вірогідності контролю часових затримок з урахуванням похибок за рахунок фазового тремтіння і дрейфу фази сигналу, нестабільності частоти синхронізації цифрових каналів та похибки квантування.

Проаналізовано закони розподілу сумарної похибки та оцінено вірогідність контролю для різних співвідношень параметрів та величини зони допуску часових затримок. При чому для врахування часової залежності похибки синхронізації використано модель лінійного випадкового процесу.

У третьому розділі сформульовано основні положення щодо методології проектування системи контролю ЦТМ з СКС7, що на відміну від існуючих, дозволяють врахувати вимоги підвищеної надійності системи на всіх етапах проектування і згідно всіх основних показників надійності (надійність по раптовим відмовам, надійність програмного забезпечення, метрологічна надійність).

У загальному випадку надійність контрольованого виробу повинна враховуватися при обґрунтуванні рівня характеристик надійності системи контролю, а також при виборі головного показника надійності системи контролю. Відповідно до нормативних документів, рівні показників надійності мережі СКС7 складають: неготовність пучка маршрутів сигналізації не повинна перевищувати 2•10_5 (час неготовності не повинен перевищувати в сумі 10 хвилин у рік); інтенсивність помилок не повинна перевищувати 10-10; інтенсивність втрати повідомлень за рахунок відмов не повинна перевищувати 10-7; інтенсивність порушення порядку проходження повідомлень не повинна перевищувати 10-10.

Аналізуючи нормативну літературу можна зробити висновок, що мережа СКС7 є специфічним об'єктом контролю з такими особливостями: складові частини розподілені в просторі на значні відстані; мережа має високий рівень надійності; з часом конфігурація мережі СКС7 змінюється за рахунок введення в експлуатацію нових цифрових АТС.

Багатозадачний режим функціонування системи контролю, наявність великого обсягу устаткування, складність програмного забезпечення, необхідність виконання контрольно-вимірювальних операцій, доцільність врахування впливу випадкових збоїв зумовлює необхідність аналізу різних аспектів комплексної надійності системи контролю:

надійність за раптовими відмовами;

надійність програмного забезпечення як обчислювальної компоненти ІВС;

метрологічна надійність;

надійність за випадковими збоями.

Розроблена математична модель надійності системи контролю по раптовим відмовам, в якій для забезпечення високого рівня надійності можуть використовуватися високонадійні елементи або резервовані елементи широкого застосування. Були розглянуті наступні види ієрархічних систем: проста однорівнева; розімкнута радіально-кільцева структура; замкнута радіально-кільцева структура; система з повною структурою; система з гіллястою структурою. За результатами розрахунків надійності ієрархічних структур, проведених в дисертаційній роботі, можна зробити наступні висновки:

1. Розімкнута і замкнута радіально-кільцеві структури за надійністю практично не відрізняються.

2. Застосування повної структури несуттєво підвищує надійність у порівнянні з радіально-кільцевими структурами.

3. Проста структура має мінімальні значення показників надійності і мінімальну вартість.

4. В простій структурі лінії зв'язку і вихідні об'єкти однаково впливають на надійність системи. У решти структур вплив лінії зв'язку на надійність несуттєвий.

5. Оптимальною за критерієм надійності і мінімальною ціною є система контролю із розімкнутою радіально-кільцевою структурою.

Проведено аналіз методів визначення показників надійності програмного забезпечення, як обчислювальної компоненти ІВС, що оснований на застосуванні імовірнісно-статистичних методів. Виконані розрахунки показників надійності програмного комплексу із застосуванням вихідних текстів програм та імовірнісної моделі Джелінського-Моранді. Аналіз результатів розрахунку виявив суттєвий недолік класичної імовірнісної моделі при її використанні на заключній стадії тестування, коли помилки проявляються дуже рідко.

Запропоновано апроксимувати результати тестування експоненційною функцією, параметри якої визначаються за методом найменших квадратів. За рахунок застосування цього методу значення імовірності безвідмовної роботи після закінчення тестування збільшилось із 0,87 до 0,99. Цей метод також дозволяє прогнозувати тривалість тестування програми.

Розроблена марковська модель надійності програмного комплексу як обчислювальної компоненти системи контролю (рис. 2), на основі якої надійність програмного комплексу може бути розрахована із використанням показників надійності програмних модулів, отриманих за результатами їх тестування.

На рис. 2 представлено марковську модель для прогнозу великих програмних комплексів. Структуру керування програми представлено в вигляді направленого графу, в якому кожна вершина відповідає конкретному програмному модулю, а дуга - можливій передачі керування з до . Кожній дузі відповідає величина імовірності переходу із вершини по дузі , а кожній вершині - імовірність безвідмовної роботи відповідного модуля . На рис. 2 використано наступні позначення: - АСТС; - заповнювач;  - концентратор даних; - архіватор даних; - СУБД; - реплікатор; - адміністратор програм; - дисплей стану (менеджер); - дисплей стану (сервер); - звіти (сервер); - дисплей стану (клієнт); -звіти (клієнт).

Проведено аналіз надійності системи контролю за метрологічними відмовами, обумовленими збільшенням похибки вимірювання затримок в мережі СКС7. Розрахована ймовірність безвідмовної роботи системи для різних значень граничної похибки.

Запропонована узагальнена модель надійності системи контролю, яка враховує всі складові надійності в комплексі. З метою використання цієї моделі розроблено спрощені формули для розрахунку узагальнених показників надійності системи контролю. Застосування запропонованої моделі дозволяє також розв'язати задачу оптимального розподілу завданих показників надійності системи контролю між підсистемами.

У четвертому розділі показано основні компоненти розробленої системи контролю та моніторингу цифрових телекомунікаційних мереж, в яких знайшли застосування теоретичні та практичні результати, що отримані в дисертації. В розділі 1 було визначено, що основним недоліком систем моніторингу є те, що вони не передбачають жорстку синхронізацію часу прийому сигнальних повідомлень. На основі проведеного огляду в розділі 1 провідних розробок та на основі концепції побудови системи, викладеної в розділі 2, сформульовано додатковий перелік технічних задач, які необхідно вирішити для розробки системи та пристроїв моніторингу: подолання впливу плезисинхронності телекомунікаційної мережі на точність прийому сигнальних повідомлень; забезпечення жорсткої синхронізації часу в цілому по системі моніторингу з метою уникнення збоїв у формуванні трас з'єднань швидкодіючих комутаційних мереж за методом кінцевих автоматів, працюючих в реальному часі. Розроблено структуру інтерфейсного модуля на основі контролера ланок сигналізації (рис. 3). На відміну від відомих пристроїв, обробку даних ПЦП контролер виконує на кожному з каналів за допомогою блоків паралельно-послідовного перетворення та буферної пам'яті.

Показано, що в умовах мережі спільноканальної сигналізації України недоцільно використовувати системи, орієнтовані на синхронну мережу, оскільки загальний недолік усіх розглянутих в роботі систем є те, що вони не передбачають жорстку синхронізацію часу прийому сигнальних одиниць. В роботі запропоновано синхронізувати час за допомогою приймачів точного часу, що підключені до одного із стандартних портів, який обслуговується операційною системою. Отже для розробки системи моніторингу необхідно вирішити наступний перелік задач: подолати вплив плезисинхронності телекомунікаційної мережі на точність прийому сигнальних повідомлень шляхом адаптації до параметрів кожного з вимірювальних каналів та створення програмно-апаратного розподілення процесів прийому даних та їх обробки незалежно від індивідуальних властивостей каналів; забезпечити жорстку синхронізацію часу в цілому по системі моніторингу з метою уникнення збоїв у формуванні трас з'єднань швидкодіючих комутаційних мереж за методом кінцевих автоматів, працюючих в реальному часі.

Найбільш прийнятним шляхом розв'язання проблеми визначення часу прийому сигнальних одиниць одночасно по всій системі моніторингу є синхронізація пристроїв, що реалізують прийом за допомогою приймачів точного часу системи GLONASS/GPS та надання пристроям функцій визначення астрономічного часу.

З урахуванням вищенаведеного було розроблено та детально розглянуто загальну та структурну схеми ІВС, а також структуру програмного забезпечення. Результатом проведеної роботи стала розробка та впровадження на мережі СКС7 ВАТ "Укртелеком" єдиної ІВС, побудованої на основі принципів, що описані вище.



Висновки

У дисертаційній роботі отримано такі основні результати:

1. Використання існуючих засобів контролю не дозволяє у повній мірі розв'язувати задачу комплексного контролю ЦТМ і вимагає розробки методології створення і застосування ІВС з підвищеною надійністю для контролю основних показників ЦТМ з СКС7.

2. Запропоновано концепцію побудови ІВС з підвищеною надійністю для контролю ЦТМ з СКС7, що базується на аналізі особливостей об'єкту контролю та враховує основні вимоги міжнародних стандартів до таких систем. Головними рисами запропонованого підходу є можливість розрахунку основних часових показників та параметрів навантаження по сигнальній інформації, що отримується з незалежних первинних перетворювачів-зчитувачів сигнальної інформації з системи СКС7 ЦТМ, та врахування підвищених вимог по головних показниках надійності (надійність за раптовими вимогами, надійність програмного забезпечення, метрологічна надійність, надійність за випадковими збоями) при проектуванні ІВС.

3. Запропоновано математичну модель та розроблено метод визначення часу затримки у ЦТМ. Цей метод розширено на ЦТМ будь-якої складності з теоретично необмеженою кількістю ланок сигналізації.

4. Проведено аналіз вимог до надійності мережі СКС7 як специфічного об'єкту контролю, у результатів якого обґрунтована доцільність розробки методів забезпечення та підвищення надійності системи контролю із врахуванням складових показника надійності по раптовим та метрологічним відмовам, а також по відмовам програмного забезпечення. Наведено обґрунтування вибору в якості основного показника надійності системи контролю мережі СКС7 середнього часу безвідмовної роботи.

5. Проведено аналіз надійності системи контролю як складної дворівневої ієрархічної системи. В результаті розрахунку і порівняння показників надійності основних типів ієрархічних систем показано, що оптимальною за критерієм надійності та мінімальної вартості є система контролю з розімкнутою радіально-кільцевою структурою.

6. Розроблено математичну модель надійності системи контролю по раптовим відмовам, в якій для забезпечення високого рівня надійності можуть використовуватися високонадійні елементи або резервовані елементи широкого застосування. Використання розробленої моделі вперше дозволило отримати точне розв'язання задачі оптимізації структури підсистеми контролю для випадку, коли в якості основного показника надійності завдано середній час безвідмовної роботи. Наведені результати оптимізації системи контролю, яка забезпечує її мінімальну вартість.

7. Проведено аналіз методів визначення показників надійності програмного забезпечення, основаних на застосуванні статистичних та імовірнісних методів. Виконано розрахунки показників надійності програмного комплексу із застосуванням вихідних текстів програм та імовірнісної моделі Джелінського-Моранді. Аналіз результатів розрахунку виявив суттєвий недолік класичної імовірнісної моделі при її використанні на заключній стадії тестування, коли помилки проявляються дуже рідко. Запропоновано апроксимувати результати тестування експоненційною функцією, параметри якої визначаються за методом найменших квадратів. За рахунок застосування цього методу значення імовірності безвідмовної роботи після закінчення тестування збільшилось із 0,87 до 0,99. Запропонований метод дозволяє також прогнозувати тривалість тестування програми.

8. Розроблено марковську модель надійності програмного комплексу системи контролю, на основі якої надійність програмного комплексу може бути розрахована із використанням показників надійності програмних модулів, отриманих за результатами їх тестування.

9. Проведено аналіз надійності системи контролю за метрологічними відмовами, обумовленими збільшення похибки вимірювання затримок в мережі СКС7. Запропоновано для опису зміни похибки в часі використовувати лінійні випадкові процеси. Розроблена математична модель похибки системи контролю, яка враховує різні складові. Наведені результати розрахунку підсумкової похибки, а також залежність середнього часу безвідмовної роботи від похибки.

10. Запропоновано узагальнену модель надійності системи контролю, яка враховує всі складові надійності. З метою використання цієї моделі розроблені спрощені формули для розрахунку узагальнених показників надійності системи контролю. Застосування запропонованої моделі дозволяє також розв'язати задачу оптимального розподілу завданих показників надійності системи контролю між підсистемами.

11. Отримано практичні оцінки основних параметрів ЦТМ за допомогою ІВС, що розроблені з застосуванням результатів дисертаційної роботи. Практичні результати добре узгоджуються з теоретичними, які представлено в другому та третьому розділах дисертаційної роботи.

12. Результати досліджень використано при створенні системи моніторингу ЦТМ з СКС7 на підприємстві ІВП "ІнноВінн" у 2000-2004 роках при безпосередній участі та під керівництвом здобувача. Розроблені технічні засоби первинних перетворювачів-зчитувачів "Аналізаторів сигналізацій телекомунікаційних систем (АСТС)" та програмне забезпечення системи моніторингу, впроваджене в ІВП "ІнноВінн" на підприємствах ВАТ "Укртелеком" та "Ростелеком", про що свідчать акти про впровадження.



Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1. Лисогор В.Г. Оптимізація систем контролю цифрових телекомунікаційних мереж за надійнисними критеріями // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2005 .- №3. - С. 8-15.

2. Лисогор В.Г., Квєтний Р.Н. Посвятенко В.П. Математична модель затримок в ланці сигналізації // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005.-№4 Ч1., Т.2 (68).- С. 201-206.

3. Лисогор В.Г., Квєтний Р.Н., Посвятенко В.П. Моделі оцінки якості послуг в телекомунікаційних системах // Збірник тезисів докладів по матеріалам 10-ї Ювілейної міжнародної наукової конференції "ТЕОРІЯ І ТЕХНІКА ПЕРЕДАВАННЯ, ПРИЙМАННЯ ТА ОБРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ". - Харків: ХНУРЕ- 2004.- Частина 2. - С. 122-123.

4. R. Kvetny, V. Lysogor, A. Boyko. Interval Modeling Complex Systems // "EAST-WEST DESIGN & TEST WORKSHOP" EWDTW'04. ALUSHTA, 2004. - P. 189-192

5. Лысогор В.Г., Кветный Р.Н., Посвятенко В.П. Модели оценки качества обслуживания в системах сквозного контроля сетей связи // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини SIET 14-04. Спеціальне видання науково-технічного журналу "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах" .- Хмельницький. - 2004.- С. 51-54.

6. Лисогор В.Г. Аналіз надійності системи контролю цифрової телекомунікаційної мережі по раптовим відмовам // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2004.-№2(8).-С. 186-193.

7. Лисогор В.Г., Квєтний Р.Н., Скидан О.Ю. Принципи побудови систем автоматизованого управління телекомунікаційними мережами // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2003.-№1-2(5-6).-С. 153-158.

8. Лысогор В.Г., Качковский А.И., Скидан О.Ю. Средства локального контроля цифровых сетей // Вестник связи.- 2003.- №10.- С. 82-83.

9. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А., Качковский А.И. Комплексные решения для автоматизации деятельности оператора связи // Вестник связи.- 2002.- №10.-С. 91-92.

10. Лысогор В.Г., Качковский А.И., Скидан О.Ю. Борьба с рефайлом: технический аспект проблемы // Зв'язок .- 2002.- №6 .- С. 19-21.

11. Лисогор В.Г., Скидан Ю.А., Скидан О.Ю. Управління технологічними процесами, вимірювання параметрів сигналів, моніторинг та тестування мереж у розробках ІВП "ІнноВінн" // Матеріали VI міжнародної конференції КУСС-2001.-Вінниця: ВНТУ.-2001.-Том 2.- С. 82-84.

12. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А. Биллинговая система "АСТРА". Опыт работы и внедрения // Вестник связи International. - 2000.- №1 .- С. 24-25.

13. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А., Качковский А.И., Шимотюк А.И., Скидан О.Ю. Взаимодействие центров электросвязи и АМТС: Средства контроля и диагностики // Зв'язок .- 1999.- №6.- С. 41-42.

14. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А., Качковский А.И., Буняк Ю.А., Мартыновский А.Л., Носальский А.А., Скидан О.Ю. Мониторинг и тестирование сетей с сигнализацией SS7 // Зв'язок .- 1998. - №4.- С. 35-37.

15. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А., Качковский А.И., Скидан О.Ю. Автоматизированный междугородный коммутатор - новые возможности и варианты применения // Зв'язок .- 1998.- №3.- С. 36-38.

16. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А., Яблонский В.Ф., Скидан О.Ю. Информационные технологии на службу УГПЭ "Укртелеком" // Зв'язок .- 1998.- №2.- С.43-46.

17. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А., Чумаченко С.Л., Золотарев А.В. Автоматизированная система расчетов с абонентами (АСТРА) за предоставленные услуги // Зв'язок .- 1998.- №1.- С. 44-46.

18. Лысогор В.Г., Насыров И.З., Гальпер Д.Ю., Скидан Ю.А., Буняк Ю.А. АПУС. Вспомогательная аппаратура для электромеханических АТС // Вестник связи .- 1997.-№4.- С. 79-87.

19. Лысогор В.Г., Скидан Ю.А., Качковский А.И., Мартыновский А.Л. АПУС - мощное средство для диагностики станционного оборудования и анализа трафика // Зв'язок .- 1997.- №4.- С. 49-53.

20. Пат. 5288 України, МКИ H04M1/24. Пристрій для системи моніторингу спільноканальної сигналізації. Лисогор В.Г., Скидан Ю.А., Качківський О.І., Буняк Ю.А. (Україна) - №20041008830; Заявл. 28.10.2004; Опубл. 15.02.2005; Бюл. №2. _ 4 с.

21. Пат. 5289 України, МКИ H04M1/24. Спосіб керування навантаженням у телекомунікаційній мережі з спільноканальною сигналізацією. Лисогор В.Г., Скидан Ю.А., Батранін А.В., Буняк Ю.А. (Україна) - №20041008831; Заявл. 28.10.2004; Опубл. 15.02.2005; Бюл. №2. - 13 с.



Анотація

Лисогор В.Г. Система контролю цифрових телекомунікаційних мереж зі спільноканальною сигналізацією. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.16 - інформаційно-вимірювальні системи. Вінницький національний технічний університет, Вінниця - 2005.

У результаті виконання дисертаційної роботи запропоновано концепцію побудови ІВС з підвищеною надійністю, що базується на аналізі властивостей об'єкту контролю та враховує основні вимоги нормативних документів до таких систем. Запропоновано математичну модель та розроблено метод визначення часу затримки сигнальних одиниць у ЦТМ. Цей метод розширено для ЦТМ будь-якої складності з теоретично необмеженою кількістю ланок сигналізації. Проведений аналіз вимог, запропонованих до надійності мережі СКС7 як специфічного об'єкту контролю. Наведено обґрунтування вибору в якості основного показника надійності системи контролю мережі СКС7 середнього часу безвідмовної роботи.

Розроблено математичну модель надійності системи контролю по раптовим відмовам, що дало змогу вперше отримати точне розв'язання задачі оптимізації структури підсистеми контролю для випадку, коли в якості основного показника надійності завдано середній час безвідмовної роботи.

Проведений аналіз методів визначення показників надійності програмного забезпечення, основних на застосуванні статистичних та імовірнісних методів. Виконані розрахунки показників надійності програмного комплексу із застосуванням вихідних текстів програм та імовірнісної моделі Джелінського-Моранді. Аналіз результатів розрахунку виявив суттєвий недолік класичної імовірнісної моделі. Запропоновано апроксимувати результати тестування експоненційною функцією.

Розроблено марковську модель надійності програмного комплексу системи контролю. Розраховано надійність програмного комплексу.

Запропоновано узагальнену модель надійності системи контролю. Розроблені спрощені формули для розрахунку узагальнених показників надійності системи контролю.

Розроблено систему моніторингу ЦТМ з СКС7 на ІВП "ІнноВінн". Програмне забезпечення системи моніторингу впроваджено на підприємствах ВАТ "Укртелеком". Розроблені технічні засоби первинних перетворювачів-зчитувачів Аналізаторів сигналізацій телекомунікаційних систем (АСТС).

Ключові слова: інформаційно-вимірювальна система, затримки сигнальних одиниць, цифрова телекомунікаційна мережа, марковська модель надійності програмного забезпечення, надійність системи контролю за метрологічними відмовами, система контролю цифрової телекомунікаційної мережі зі спільноканальною сигналізацією №7, узагальнена модель надійності системи контролю.



Аннотация

Лысогор В.Г. Система контроля цифровых телекоммуникационных сетей с общеканальной сигнализацией. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.16 - информационно-измерительные системы. Винницкий национальный технический университет, Винница - 2005.

В результате выполнения диссертационной работы предложена концепция построения ИИС с повышенной надежностью, которая базируется на анализе свойств объекта контроля и учитывает основные требования нормативных документов к таким системам. Предложена математическая модель и разработан метод определения времени задержки сигнальных единиц в ЦТС любой сложности и топологии с теоретически неограниченным количеством звеньев сигнализации. Проведен анализ требований, предложенных к надежности сети ОКС7 как специфического объекта контроля. Приведено обоснование выбора в качестве основного показателя надежности системы контроля сети ОКС7 среднего времени безотказной работы.

Разработана математическая модель надежности системы контроля по внезапным отказам, которая дала возможность впервые получить точное решение задачи оптимизации структуры подсистемы контроля для случая, когда в качестве основного показателя надежности задано среднее время безотказной работы.

Проведен анализ методов определения показателей надежности программного обеспечения, основанных на использовании статистических и вероятностных методов. Выполнены расчеты показателей надежности программного комплекса с использованием исходных текстов программ и вероятностной модели Джелинского-Моранди. Анализ результатов расчета показал существенный недостаток классической вероятностной модели. Предложено аппроксимировать результаты тестирования экспоненциальной функцией.

Разработана марковская модель надежности программного комплексу системы контроля. Рассчитана надежность программного комплекса.

Предложена обобщенная модель надежности системы контроля. Разработаны упрощенные формулы для расчета обобщенных показателей надежности системы контроля.

Разработана система мониторинга ЦТС с ОКС7 на ИВП "ИнноВинн". Программное обеспечение системы мониторинга внедрено на предприятиях ОАО "Укртелеком". Разработаны технические средства первичных преобразователей Анализаторов сигнализаций телекоммуникационных систем (АСТС).

Ключевые слова: информационно-измерительная система, задержки сигнальных единиц, цифровая телекоммуникационная сеть, марковская модель надежности программного обеспечения, надежность системы контроля по метрологическим отказам, система контроля цифровых телекоммуникационных сетей с общеканальной сигнализацией №7, обобщенная модель надежности системы контроля.



Annotation

Lysogor V.G. SS7 Digital Telecommunication Network Control System. - A manuscript.

A thesis for Ph. D. degree on speciality 05.11.16 - Information Measuring Systems. Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia - 2005.

As a result of this dissertation a conception for information measurement system (IMS) with advanced reliability construction was suggested which based on control object features analyses and took account of ITU-T main requirements for this kind of systems. Mathematic model is made and signal units time delay definition method is developed for digital telecommunication network (DTN) of different complexity and topology with a number of signal links which is theoretically unlimited. The analyses of requirements advanced for Signalling System No7 (SS7) network reliability as a specific control object. The choice of no-failure operation mean time as main reliability criteria is grounded.

The mathematical model of non-relevant failure control system reliability is developed, which made it possible first to get exact solution for the control subsystem structure optimization problem in case when no-failure operation mean time is chosen as a main index of reliability.

Methods for software reliability indexes definition, based on using statistic and probabilistic methods, were analyzed. Software reliability indexes were calculated using incoming software texts and probabilistic model of Gelinsky-Moranda. Calculation results were analyzed and a considerable disadvantage of classical probabilistic model was shown. It was proposed to approximate the results of tests using exponential function.

The Markov model of control system software reliability was developed, software complex reliability was calculated.

The generalized model of control system reliability and simplified formula for generalized control system reliability indexes are given.

Monitoring system for SS7 DTN is developed on the InnoVinn Ltd. Monitoring system software is implanted at Ukrtelecom enterprises. Technical tools of telecommunication network analyzers sensing devices are developed.

Key words: information measurement system, signal unit delay, digital telecommunication network, Markov model of control system software reliability, control system reliability in metrological indexes, Signalling System No7 Digital Telecommunication Network control system, a generalized model of control system reliability.

Размещено на Allbest.ru

...