Підвищення ефективності функціонування системи управління телекомунікаційними мережами оператора телекомунікацій в умовах переходу до мереж нового покоління

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК 621.391

05.12.02 - Телекомунікаційні системи та мережі

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИМИ МЕРЕЖАМИ ОПЕРАТОРА ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ В УМОВАХ ПЕРЕХОДУ ДО МЕРЕЖ НОВОГО ПОКОЛІННЯ

Слюсар Володимир Олександрович

Київ - 2008



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій Міністерства транспорту та зв'язку України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Беркман Любов Наумівна, Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, директор навчально-наукового інституту телекомунікацій і інформатизації, завідуюча кафедрою телекомунікаційних систем

Офіційні опоненти: Заслужений діяч науки і техніки, доктор технічних наук, професор, Лучук Андрій Михайлович, Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, професор кафедри ІТ

кандидат технічних наук, Чумак Олександр Ілліч, заступник начальника факультету з навчальної роботи Об'єднаного інституту при Національній академії Оборони України

Захист відбудеться «21» листопада 2008 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.861.01 Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій Мінтрансзв'язку України за адресою: 03110, Київ, вул. Солом'янська, 7.

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

Автореферат розісланий « 17 » жовтня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.861.01, д.т.н., доц. Н.І.Кунах

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми та стан питання. Сучасному етапу розвитку телекомунікаційних мереж властива низка особливостей. По-перше, формується платоспроможний попит на нові телекомунікаційні послуги у споживачів, що приносять операторам телекомунікацій основні доходи. По-друге, нові технології передачі, комутації та обробки інформації дозволяють ефективно модернізувати телекомунікаційні мережі, істотно підвищивши конкурентоспроможність операторів телекомунікацій. Це досягається за рахунок поступового переходу до мереж наступного покоління - NGN (Next Generation Network), які підтримують широкий спектр інфокомунікаційних послуг.

В умовах конвергенції телекомунікаційних та інформаційних технологій, переходу до мереж нового покоління, різноманітності типів та розгалуженості мереж, зростаючого попиту споживачів на нові послуги та підвищення вимог до якості їх надання, конкуренції операторів на ринку телекомунікацій тощо виникають усе нові й нові завдання, пов'язані з управлінням телекомунікаційними мережами.

Від організації системи управління телекомунікаційними мережами залежить надійність і, відповідно, конкурентоспроможність оператора телекомунікацій. На початковому етапі розвитку, або в умовах жорстких фінансових обмежень, можна обійтися мінімальними можливостями у сфері управління. Проте для оператора телекомунікацій, який займає достатньо стабільне положення на ринку телекомунікацій, пропонує широкий спектр послуг, і, відповідно, має у власному розпорядженні велику кількість обладнання, потрібна система автоматизованого управління телекомунікаційними мережами. Крім того, з'являється необхідність виробити єдину концепцію автоматизації управління для подальшого розвитку телекомунікаційної мережі.

Критеріями оптимальної роботи системи управління телекомунікаційними мережами є її продуктивність і надійність, які, в свою чергу визначаються конкретними показниками оцінки, наприклад, часом реакції, коефіцієнтом помилок, вартістю системи управління тощо. Ці параметри, що прямо або побічно впливають на критерії оптимальності, можуть змінюватися з метою підвищення показників ефективності роботи системи управління. При розробці оптимальної системи управління необхідно задавати порогові значення критеріїв оптимальності.

Побудова раціонального варіанту системи управління телекомунікаційними мережами пов'язана з вибором великої і різнорідної множини параметрів - типів і моделей обладнання, яке використовується, модифікацій цього обладнання, об'єктів управління, типів операційних систем, стеків протоколів, їх параметрів тощо.

Саме тому в даний час на перший план виходять задачі оптимізації систем управління телекомунікаційними мережами, вирішувати які слід, починаючи з вибору критерію оптимізації, визначення структури і сукупності параметрів системи управління. До найбільш визначальних критеріїв побудови оптимальної системи управління є час виконання транзакції бізнес-процесу управління, вартість системи управління, завадостійкість її каналів і достовірність інформації управління.

На сьогодні не розроблено концепцію побудови системи управління телекомунікаційними мережами в умовах переходу до мереж наступного покоління в Україні. Не розроблено методику векторного синтезу оптимальної системи управління для таких мереж. Тема дисертаційної роботи, яка присвячена підвищенню ефективності функціонування системи управління телекомунікаційними мережами оператора телекомунікацій в умовах переходу до NGN є значущою.

Рішенню завдання глобального синтезу системи управління сучасними телекомунікаційними мережами присвячено багато робіт українських та закордонних вчених. Створення методів побудови систем управління телекомунікаційними мережами, теорії масового обслуговування і теорії завадостійкості, пов'язано з роботами таких вчених, як Варакін Л.Є., Вітербі Е.Д., Лазарєв В.Г., Аріпов М.Н., Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Нетес В.А., Нечипоренко В.І., Якубайтіс Е.А., Назаров М.В., Фінк Л.М., Куо Ф.Ф., Бертсекас Д.В., Галлагер Р., Захаров Г.П., Гуткін Л.С., Батіщев Д.І., Красовський О.А., Поспєлов Г.С., Шеннон К., Шахгільдян В.В., Шнепс М.А., Блек Ю., Гандел Р., Девід Е., Болгер Дж., Сігалл А. та інші.

У науковій літературі досліджуються різноманітні концепції побудови систем управління телекомунікаційними мережами, але більшістю всі вони мають недоліки - в основному придатні для однорідних телекомунікаційних мереж, не враховують процес конвергенції сучасних телекомунікаційних мереж, що є властивим для мереж операторів телекомунікацій зі значним ринковим впливом, таких як ВАТ “Укртелеком”.

У відомій науково-технічній літературі на сьогодні практично не проаналізовані методи підвищення ефективності системи управління мережею наступного покоління, які впливають на якість проектування і реалізації телекомунікаційних мереж оператора телекомунікацій.

Виникає необхідність розробки методики підвищення показників якості системи управління телекомунікаційними мережами, особливо часу виконання транзакції в системі управління, достовірності отримання інформації управління з урахуванням фактору вартості системи управління і визначення оптимальної системи управління за обраними показниками якості.

Дисертаційна робота, яка присвячена дослідженню та розробці методики побудови системи управління телекомунікаційними мережами оператора телекомунікацій в умовах переходу до NGN, наукові розробки якої сприяють реалізації концепції розвитку телекомунікацій України, прискоренню рішень важливого завдання - інформатизації держави, є актуальною

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи безпосередньо пов'язана з виконанням програми розвитку галузі телекомунікацій України щодо побудови системи управління телекомунікаційними мережами. Обраний напрямок досліджень безпосередньо пов'язаний з напрямками науково-дослідних робіт, що проводились протягом 2004-2007 років в Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій (ДУІКТ) і Українському науково-дослідному інституті зв'язку (УНДІЗ), (номери державної реєстрації №№ 0107U011932, 0107U007482, 0105U009797).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є побудова ефективної системи управління телекомунікаційними мережами оператора телекомунікацій в умовах переходу до NGN, розробка методики розрахунку часу виконання транзакцій бізнес-процесу в системі управління, що ґрунтується на основі теорії масового обслуговування та методики розрахунку достовірності отримання інформації управління із застосуванням фазорізницевої модуляції високої кратності і високого порядку.

Об'єктом досліджень є система управління телекомунікаційною мережею нового покоління, а предметом досліджень - показники якості системи управління цієї мережі.

Для досягнення поставленої мети вирішуються такі завдання:

проведення порівняльного аналізу методів побудови системи управління телекомунікаційною мережею нового покоління;

визначення функціональної моделі системи управління діяльністю оператора телекомунікацій згідно концепції TMN Міжнародного союзу електрозв'язку (ITU) і концепції Smart TMN Форуму управління телекомунікаціями (TM Forum);

розробка методики визначення оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома показниками якості з застосуванням умовного критерію переваги;

розробка методики і алгоритму отримання узагальненого критерію оптимальності для побудови системи управління за трьома показниками якості з використання експертних оцінок і умовного критерію переваги;

розробка методики розрахунку часу виконання транзакцій бізнес-процесу в системі управління із врахуванням спектра параметрів мережі;

розробка методики формування й обробки сигналів з фазорізницевою модуляцією k-го порядку;

розробка алгоритму визначення достовірності прийому інформації у разі застосування багатопозиційних сигналів.

Завдання дисертаційної роботи розв'язувались із застосуванням теорії електрозв'язку, теорії масового обслуговування, теорії черг, методу статистичного моделювання, методів багатокритеріальної оптимізації, методу моделювання на ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає у наступному:

виконано порівняльний аналіз методів побудови системи управління телекомунікаційною мережею нового покоління;

визначено функціональну модель системи управління діяльністю оператора телекомунікацій згідно концепції TMN міжнародного союзу електрозв'язку ITU і концепції Smart TMN Форуму управління телекомунікаціями TM Forum ;

визначено функціональну модель системи управління телекомунікаційними мережами нового покоління згідно концепцій TMN і Smart TMN; телекомунікаційний мережа транзакція обслуговування

розроблено методику визначення оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома показниками якості з застосуванням умовного критерію переваги;

розроблено методику і алгоритм отримання узагальненого критерію оптимальності для побудови системи управління за трьома показниками якості з використання експертних оцінок і умовного критерію переваги.

розроблено методику розрахунку часу виконання транзакцій бізнес-процесу в системі управління із врахуванням спектра параметрів мережі;

розроблено методику формування й обробки сигналів з фазорізницевою модуляцією k-го порядку;

розроблено алгоритм визначення достовірності прийому інформації у разі застосування багатопозиційних сигналів.

Вірогідність наукових результатів, висновків та рекомендацій, викладених в дисертаційній роботі, обґрунтована результатами експериментальних досліджень, коректним використанням математичного апарату та моделюванням на ПЕОМ.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи знайшли застосування в науково-дослідній роботі науково-аналітичного центру (НАЦ “Телеком”, ДУІКТ) “Методи оптимального управління різнорідними телекомунікаційними мережами", в науково-дослідних роботах Українського науково-дослідного інституту зв'язку за темами: “Проведення досліджень щодо підвищення ефективності функціонування телекомунікаційних мереж”, “Розробка нормативних і технологічних документів оперативно-технічного управління телекомунікаційними мережами”.

Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі особисто автором проведено наступні дослідження та одержано такі результати: проведено порівняльний аналіз методів побудови системи управління телекомунікаційними мережами нового покоління [17, 18]; визначено функціональну модель системи управління телекомунікаційними мережами нового покоління згідно концепцій TMN і Smart TMN [1,2,3,4,5,6,7,8,11]; розроблено методику розрахунку часу виконання транзакцій бізнес-процесу в системі управління на основі теорії масового обслуговування [19]; запропоновано методику визначення синтезу оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома і трьома показниками якості з застосуванням умовного критерію переваги [18,19]; розроблено методику формування й обробки сигналів з фазорізницевою модуляцією k-го порядку, розроблено алгоритм визначення достовірності прийому інформації у разі застосування багатопозиційних сигналів [20].

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні результати доповідались на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми управління мережами та послугами телекомунікацій в умовах конкурентного ринку”, які проводились Українським будинком економічних та науково-технічних знань товариства “Знання” (УБЕНТЗ) спільно з УНДІЗ, Державним департаментом з питань зв'язку та інформатизації Мінтрансзв'язку і ВАТ «Укртелеком» в 2004-2007 рр., “Проблеми та перспективи підготовки фахівців в сфері інформаційно-комунікаційних технологій”, яка проводилась ДУІКТ, науково-практична конференція «Сучасні і майбутні інформаційні технології України», 15-17 березня 2000р., м.Київ, Україна., а також на міжнародних науково-практичних конференціях “Стратегія входження України у світовий інформаційних простір” (11-12 червня 1997р., Київ, Україна), «Сучасні і майбутні інформаційні технології України» (15-17 березня 2000р., м.Київ, Україна), «Нові технології в телекомунікаціях» (23-26 січня 2008р., Вишків, Україна), Conference «Network Management» (13-14 November 1997, Singapore).

Публікації. На тему дисертаційної роботи опубліковано 20 наукових праць (2 - одноосібно) та один навчальний посібник.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, переліку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг роботи складає 236 сторінок друкованого тексту, який у тому числі містить 157 сторінок основного тексту, 62 сторінки з рисунками (48) та таблицями (14), 9 сторінок списку використаних джерел (113 найменувань), 2 сторінки документів, що підтверджують впровадження результатів досліджень та 8 сторінок додатку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Вступ. У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета та завдання дослідження, перераховані основні наукові результати дисертації, викладена їх стисла характеристика. Приведено дані про особистий внесок автора, а також публікації за темою дисертації.

Перший розділ присвячений визначенню стратегії створення і розвитку системи управління телекомунікаційними мережами нового покоління.

Проведено аналіз сучасного стану розвитку мереж та послуг телекомунікацій, підкреслено, що нові технології передачі, комутації та обробки інформації дозволяють ефективно модернізувати телекомунікаційні мережі, істотно підвищивши конкурентоспроможність операторів телекомунікацій. Це досягається за рахунок поступового переходу до мереж наступного покоління - NGN (Next Generation Network), які підтримують широкий спектр інфокомунікаційних послуг. Визначено, що відмінна особливість ідеології NGN - використання технологій IP (Internet Protocol) для передачі та комутації. Ця властивість NGN стимулює розробку принципів побудови інфокомунікаційних мереж, які відповідають таким вимогам:

можливість поетапного перетворення транспортних і телефонних мереж, які є в даний час основою системи телекомунікацій в Україні;

збереження інвестицій операторів телекомунікацій, які були направлені на розвиток транспортних і телефонних мереж в попередні роки;

здатність надати потенційним клієнтам сучасні види інфокомунікаційних послуг для забезпечення високої конкурентоспроможності експлуатаційних компаній;

мінімізація витрат на побудову мереж NGN та їх поетапний розвиток.

В міру розширення телекомунікаційних мереж та відповідної номенклатури телекомунікаційних послуг, що надаються ними, у операторів телекомунікацій виникає гостра необхідність оптимізувати витрати на управління та адміністрування телекомунікаційних мереж. Одним з ефективних шляхів, що дозволяють значно зменшити експлуатаційні витрати, а також забезпечити безвідмовність телекомунікаційного обладнання, є застосування автоматизованих систем управління телекомунікаційними мережами.

Проаналізовано існуючий стан систем оперативно-технічного управління телекомунікаційними мережами операторів телекомунікацій, визначено недостатній рівень автоматизації процесів управління телекомунікаційними мережами. Зараз в телекомунікаційних мережах використовуються напівавтоматизовані процеси управління та окремі автоматизовані системи управління, що вирішують деякі завдання на рівнях управління елементами мережі та, частково, на рівні управління мережею. Лише в деяких нових цифрових телекомунікаційних мережах впроваджені та впроваджуються автоматизовані системи управління.

Широке впровадження новітніх телекомунікаційних технологій та швидке розширення номенклатури телекомунікаційних послуг, необхідність автоматизованого управління не тільки телекомунікаційними мережами, а й телекомунікаційними послугами, необхідність у близькому майбутньому інтеграції систем управління телекомунікаційними мережами, телекомунікаційними послугами та бізнесом у єдину систему управління діяльністю оператора телекомунікацій потребує створення автоматизованої системи оперативно-технічного управління телекомунікаційними мережами оператора телекомунікацій.

Проведено порівняльний аналіз існуючих концепцій і моделей управління телекомунікаційними мережами. В даний час питаннями стандартизації управління телекомунікаційними мережами займаються кілька міжнародних організацій. Найбільш важливими є: концепція TMN Міжнародного союзу електрозв'язку з питань телекомунікацій (ITU); модель Форуму управління телекомунікаціями (TeleManagement Forum - TM Forum), заснована на концепції Smart TMN; модель IETF, заснована на стандартних базових засобах мережного управління (Network Management Framework) мережі Internet; модель мережного управління АТМ-форуму (на основі моделі IETF з використанням елементів TMN); модель управління фірми IBM; моделі з застосуванням технології управління CORBA.

Концепція TMN передбачає ієрархію управління за такими рівнями: елементами мережі; мережею; послугами; бізнесом. На нинішній час стандарти щодо концепції TMN реалізовані в основному для рівнів елементного і мережного управління. Але зараз необхідно забезпечити повномасштабне управління процесом надання послуги з моменту початку його ініціалізації до моменту завершення. Логічним розвитком моделі TMN є концепція TM Forum - Smart TMN , яка передбачає можливість управління в умовах мережі з обладнанням багатьох виробників на всіх рівнях управління, обумовлених концепцією TMN. За концепцією TM Forum для опису моделі ведення бізнесу оператора вводяться поняття процесів і функцій. Функція - складова частина процесу, що ініціюється якою-небудь подією. Для виконання функції необхідні деякі вхідні дані, а результатом її є набір вихідних даних. Функції, як правило, завжди спеціалізовані. Процес - набір функцій. При цьому процес може містити в собі дочірні процеси, і усі вони здатні оперувати тим самим набором функцій, що надає можливість створити прозоре управління шляхом організації обміну інформацією між підпроцесами.

Проаналізовано перспективні напрямки розвитку систем управління телекомунікаціями в Україні. Встановлено, що на базі проведеного аналізу зроблено висновок, що найбільші перспективи для сфери управління телекомунікаціями має концепція TMN з врахуванням положень Smart TMN.

Визначено, що особливості управління мережами наступного покоління визначаються особливостями її архітектури, а саме:

а) організація з'єднання в NGN має принципові відмінності від його встановлення в традиційних телефонних мережах з комутацією каналів. Це пов'язано з тим, що медіатрафік і сигнальна інформація для управління обслуговуванням виклику в NGN передаються за різними маршрутами та обробляються різними мережними пристроями, а не єдиним вузлом комутації;

б) медіатрафік проходить, як правило, безпосередньо між шлюзами доступу або транспортними шлюзами. Сигналізація управління обслуговуванням виклику проходить через програмні комутатори Softswitch, а в простіших випадках - через прокси-сервери SIP або сторожі Н.323, але завжди не там, де медіашлюзи і медіатрафік;

в) під час надання послуги сеансового доступу споживачу до мережі вузол мережі, що відповідає за ідентифікацію споживача, не бере участь в передачі інформації, яка призначена для споживача, та, як наслідок - неможливо отримати всю необхідну інформацію щодо споживачів і параметрів з'єднання на єдиний пристрій управління.

Розглянуто вимоги, яким повинна задовольняти система управління NGN. Основними з цих вимог є:

а) необхідність розподілу функцій управління в декількох мережних пристроях, зокрема:

у пристрої управління викликами і сеансами зв'язку;

у пристрої мережі, що відповідає за перенесення призначеної для споживача інформації;

б) застосування відкритих інтерфейсів управління, що дозволяють управляти різнотипним обладнанням (включаючи мережні вузли, міжмережні шлюзи тощо), яке входить до складу NGN, зокрема, використання стандартизованих протоколів - CMIP, SNMP та інших протоколів управління, а також формальних мов для опису інтерфейсів (CORBA IDL, JAVA, GDMO);

в) структура системи управління NGN повинні забезпечувати гнучкість реалізації та сумісність з іншими рішеннями, високу надійність, та як результат - якість обслуговування.

г) оператор телекомунікацій повинен мати можливість модифікувати програмне забезпечення для реалізації специфічних функцій та впроваджувати нові послуги шляхом зміни конфігурації.

Наведено загальну структуру системи управління мережами телекомунікацій, яка побудована згідно з архітектурою eTOM. При цьому реалізація бізнес-процесів і взаємодія між ними базується на рішеннях сервіс-орієнтованої архітектури SOA.

З подальшою еволюцією NGN з великою часткою ймовірності можна припустити, що процес управління розглядатиметься не стосовно одного окремо оператора телекомунікацій або провайдера телекомунікацій, а до співтовариства таких операторів і провайдерів телекомунікацій, що беруть участь в наданні послуги кінцевому споживачу. Тільки за умови такого розуміння можна побудувати наскрізні (end-to-end) і безшовні (seamless) процеси надання телекомунікаційних послуг, які підтримуються в розподіленому (між учасниками процесу) середовищі платформ і систем управління. В термінах моделі eTOM це означає, що процеси рівня управління послугами значною мірою визначатимуться рівнем управління взаємодією з партнерами і постачальниками.

Вирішення зазначених питань являється суттю подальшого проведення досліджень і практичної реалізації, що визначають мету та задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі досліджено методи векторного синтезу оптимальних систем і представлено алгоритм і результат розрахунку оптимальної системи управління телекомунікаційними мережами за двома і трьома показниками якості.

Постановка задачі на оптимізацію системи управління телекомунікаційною мережею та її розв'язання складається з таких етапів: вибір і обґрунтування мети оптимізації; вибір кількості і складу критеріїв оптимізації; узгодження мети з наявними можливостями, тобто облік обмежень; реалізація способу досягнення мети (експериментального значення показника якості) з врахуванням обмежень.

Вибір і обґрунтування мети оптимізації передбачають визначення показників якості (критеріїв ефективності роботи системи управління) і цільових функцій, які якнайповніше відображають цілі оптимізації. Цей етап є одним з основних, оскільки від правильності вибору показника якості залежить рішення задачі в цілому.

Критерії оптимізації є варійованими параметрами процесу управління, прямо або побічно впливаючи на показники якості. Всю множину найчастіше використовуваних критеріїв ефективності роботи системи управління мережею телекомунікацій розділено на дві групи. Одна група характеризує продуктивність роботи СУ, друга - надійність. Продуктивність СУ вимірюється за допомогою показників двох типів - часових, оцінюючих затримку, що вноситься системою управління при виконанні обміну даними, і показників пропускної спроможності, що відображають кількість інформації, переданої мережею за одиницю часу. Як часова характеристика продуктивності системи управління використовується такий показник як час транзакції. У загальному випадку, час транзакції визначається як інтервал часу між виникненням запиту споживача до якої-небудь послуги системи управління і отриманням відповіді на цей запит. Зміст і значення цього показника залежать від типу послуги, від того, до якого серверу відбувається звертання, а також від поточного стану елементів мережі - завантаженості сегментів, через які проходить запит, завантаженості серверу тощо.

Надійність вимірюється інтенсивністю відмов і середнім часом напрацювання на відмову. Надійність системи управління мережею визначається надійністю серверів і робочих станцій системи управління, а також надійністю її мережі. З цієї точки зору можна сказати, що одним з показників надійності мережі і важливим критерієм ефективності системи управління є достовірність (імовірність помилки) прийому інформації в системі управління.

Проведено порівняльний аналіз існуючих методів математичного формулювання задач оптимального проектування. Кількість показників, які характеризують якість реальної системи, може бути дуже великою. Показано, що при виборі кількості критеріїв при розв'язанні задачі синтезу оптимальної системи управління необхідно враховувати, що, з одного боку, збільшення числа параметрів, які представляють часткові критерії оптимальності, повинно привести до вибору досконалішої системи, а з другого боку, ускладнює отримання результуючого критерію оптимальності без введення додаткових обмежень. Це означає, що чим більша кількість показників якості враховується при синтезі системи, тим більш досконалою буде синтезована система. На практиці існує оптимальна кількість показників якості, яку необхідно враховувати. Введення додаткових показників якості призводить не до покращення, а до погіршення результатів синтезу. Досліджено методи об'єднання суперечливих критеріїв та отримання загального критерію. Це дозволяє здійснити глобальний синтез СУ з урахуванням часткових критеріїв, необхідних для забезпечення точності параметрів мережі.

Розроблено методику синтезу оптимальної системи управління з застосуванням умовного критерію переваги (УКП) за двома критеріями (показниками якості): достовірністю отримання інформації системою управління (критерій k1) і часом затримки виконання транзакції в системі управління (критерій k2).

Розглянуто систему управління, що складається з трьох розподілених компонентів. Взаємозв'язок між цими компонентами здійснюється за допомогою різних сегментів мережі передавання даних (DCN). При здійсненні взаємодії кожний компонент СУ з відповідною ланкою мережі має визначені, заздалегідь відомі характеристики, як то: час виконання транзакції і достовірність (імовірність помилки) прийому інформації в системі управління. Таким чином, синтезована система управління є деяка платформа управління мережею, яка в цілому складається з трьох компонентів і самих мережних елементів як об'єктів управління. Запропоновано алгоритм вибору оптимальної системи:

Крок 1. Приймемо, що кожен варіант побудови системи управління відповідає координаті () простору допустимих реалізацій системи управління.

Крок 2. Для кожного компоненту системи управління знаходиться варіант з мінімальним значенням показника .

Крок 3. Для кожного компоненту системи управління знаходиться варіант з мінімальним значенням показника .

Крок 4. Для кожного компоненту з подальшого розгляду вилучаються усі інші варіанти.

Крок 5. Отримуємо деякий простір негірших систем, який складається з обраних варіантів для кожного компоненту, і який надалі необхідно розглядати як деяку кількість можливих варіантів побудови системи управління в цілому.

Крок 6. Для остаточного вибору оптимальної системи управління, яка складається з трьох компонентів, визначається функція втрат.

(1)

, (2)

де a - коефіцієнт, який визначає на скільки відсотків доцільно погіршувати достовірність інформації в системі заради зменшення часу виконання транзакції на 1%.

Вибір оптимальної системи великою мірою залежить від коефіцієнта a, який визначає ступінь допустимих відхилень того чи іншого критерію, тобто визначає наскільки важливіший один показник якості в порівнянні з іншим. Ця оцінка є суб'єктивною і визначається, як правило, за допомогою методу експертних оцінок.

Розроблено методику визначення узагальненого критерію оптимальності системи управління телекомунікаційними мережами у разі вибору в якості критеріїв оптимізації трьох показників якості функціонування системи управління:

час виконання транзакції управління;

достовірність отриманої інформації (імовірність помилки - Pош) в системі управління (Pош);

вартість системи управління (С ).

Відносна важливість вищевказаних показників визначається за допомогою методу експертних оцінок, і таким чином, отримані вагові коефіцієнти для цієї сукупності показників. Вагові коефіцієнти ci задовольняють таким умовам: и ci >0 ( m - кількість показників, що характеризують систему) і визначаються як: , де - вагові коефіцієнти в абсолютному вираженні, а ci - відносні (нормовані) вагові коефіцієнти.

Вважаємо оптимальною систему управління, що забезпечує виконання умов:

kр=fр( k1,k2 ,k3 ) = min (3)

kі? kіm , і = 1..3,

де kіm - значення показника якості kі максимально допустиме, з точки зору вимог замовника до системи управління. Під k1m,k2m,k3m вважаємо такі показники якості СУ:

k1m - сумарний максимально допустимий час виконання транзакції управління (цей показник визначається, виходячи з ресурсів обладнання, яке призначене для системи управління);

k2m - максимально допустима імовірність помилки каналів передачі інформації СУ;

k3m - - максимально допустима вартість системи управління.

Таким чином, в розглянутому випадку якість системи управління характеризується вектором К=<К1, …, Кm>, де m=3. Тоді, результуючий критерій оптимальності може бути визначений як:



, (4)

де cі (і = ) - вагові коефіцієнти, що були визначені за методом експертних оцінок; fi(kі) - деяка безрозмірна, у загальному випадку, нелінійна функція значень показників якості kі, що вибирається, виходячи з вимог до системи управління, і яка має зміст втрати, пов'язаної зі зростанням (погіршенням) даного показника якості.

Приймемо функцію fі (kі) рівною:

fі (kі) =[(kі - kі0) ? kіm]2 . (5)

Вибір функції fi(kі), як функції квадратичного характеру, пов'язаний з тим, щоб показати, що еквівалентна вага показника kі тим більша, чим ближче величина (kі-kі0) до гранично допустимого значення kіm.

В формулі (5) kі0 є мінімально можливе значення показника якості kі в межах множини допустимих систем Mд при заданій сукупності вихідних даних {Y, Оs} та ігноруванні значень всіх інших (m-1) показників якості.

З урахуванням співвідношень (4) і (5) отримуємо узагальнений критерій оптимальності:

fр = . (6)

Розроблено програмне забезпечення, що реалізує алгоритми визначення оптимального варіанту побудови системи управління за двома та трьома обраними показниками якості.

В третьому розділі розроблено методику визначення повного часу транзакції в системі управління мережею наступного покоління.

Визначено, що побудова системи управління телекомунікаційними мережами, котра відповідає сучасним вимогам, і реалізує всі рівні ієрархії TMN-концепції, можлива тільки за допомогою процесного підходу. Це означає необхідність переходу від орієнтації на окремі функціональні завдання до побудови всього менеджменту на основі управління бізнес-процесами таким чином, що процес може включати функції всіх рівнів управління і система управління телекомунікаційними мережами трансформується в систему управління підприємством телекомунікацій в цілому.

Перехід до процесно-орієнтованого менеджменту робить необхідним і рішення задачі максимального скорочення часу реакції діяльності підприємства на будь-які зовнішні або внутрішні зміни. Скорочення часу освоєння нових послуг, впровадження нових технологій та інших інновацій, забезпечує підприємству підтримку конкурентоспроможності на внутрішньому і зовнішньому ринку. Як інтеграційна платформа для бізнес-процесів системи управління може використовуватися сервіс-орієнтована архітектура (service-oriented architecture, SOA), в якій всі функції визначені як незалежні сервіси з інтерфейсами. Звернення до цих інтерфейсів в певній послідовності дозволяє реалізувати будь-який бізнес-процес.

У свою чергу архітектура SOA передбачає використання розподілених прикладень і розподілених сховищ даних, необхідних для виконання однієї транзакції бізнес-процесу. Дані можуть розміщуватися в декількох різних базах і в різних системах або вузлах. Такі розподілені бази даних можуть бути побудовані на основі програмного забезпечення одного або декількох постачальників. У тих випадках, коли інформацію необхідно одержувати з декількох джерел баз даних, використовують розподілені запити. Виконання оновлення даних в декількох базах реалізується за допомогою розподілених транзакцій.

Визначення часу виконання для основних транзакцій бізнес-процесів в системі управління телекомунікаційними мережами є необхідною умовою щодо створення мережі управління з максимальною продуктивністю. Головною методологічною основою для аналізу часу виконання транзакцій є теорія масового обслуговування.

Досліджено клієнт-серверну і сервіс-орієнтовну архітектури системи управління. Проаналізовано існуючі парадигми розподіленого управління на прикладі дволанкової і трьохланкової моделі. Клієнт-серверна архітектура системи управління складається з компоненту представлення даних, прикладного компоненту та компоненту управління ресурсом. Якщо ці три компоненти прикладення різним чином розподіляються між двома вузлами, то модель СУ є дволанковою (рис.1).

Подальший розвиток ідея розподіленої транзакції знайшла в сервіс-орієнтованої архітектурі (SOA). Архітектура SOA передбачає використання розподілених прикладень і розподілених сховищ, в яких виконання оновлення даних реалізується за допомогою розподілених транзакцій. Постачальник послуги надає інтегровану інформацію, споживач послуги може звертатися до інтегрованої інформації через інтерфейс WSDL, HTTP/SOAP або інший інтерфейс, вибраний для прив'язки.

Ідея, яка є основою SOA - це підвищення віддачі від інформації та її багатократне використання, тобто створення розширюваних телекомунікаційних послуг для різних споживачів. Моделювання і визначення послуг - ключовий аспект SOA. Однією з великих переваг сервіс - орієнтованої архітектури є розробка послуг, що допускають багатократне використання і включення функції в бізнес-процес. Набір з найбільш широко використовуваних функцій може бути представлений у формі сервісів.

Час відгуку для транзакції визначається багатьма чинниками, зокрема:

складністю інтегрованого запиту: скільки підоперацій, наприклад, фільтрацій, з'єднань, сортувань тощо повинен виконати сервер СУ для виконання запиту;

обсягом даних: чим більший обсяг даних, тим більше часу потрібно для виконання кожної підоперації і, отже, на виконання всього запиту;

пропускною спроможністю мережі: пропускна спроможність мережного підключення між сервером СУ і віддаленою базою даних (джерелом даних) визначає, наскільки швидко сервер СУ зможе звернутися до віддаленої бази даних а, отже, і загальний час відгуку інтегрованого запиту;

здатністю сервера СУ визначити оптимальну стратегію виконання запиту для кожного джерела даних: якщо сервер СУ володіє інформацією про можливості обробки запиту джерел, то може бути визначено, які з вкладених операцій делегувати іншим пристроям, а які виконати на рівні сервера СУ.

В теорії телетрафіку, яка є частиною теорії масового обслуговування, встановлено основні взаємозв'язки параметрів інформаційного обміну, де виділяють декілька систем обслуговування, в тому числі з втратами заявок і з очікуванням, а також їх комбінації. Зазначимо, що для СУ характерна лише система з очікуванням, тому що система з втратами приводить до втрати інформації про деякий негативний процес, котрий відбувся в мережі, якою управляють. Та як наслідок, неприймання заходів до його усунення. Тому для розрахунку і оцінки параметрів СУ будемо використовувати апарат теорії телетрафіка при обслуговуванні заявок з очікуванням.

Розглянемо систему управління, для якої інтенсивність вхідного потоку інформації управління залежить від стану системи, причому джерело вимог є внутрішнім і генерує обмежений потік заявок. Швидкість надходження інформації управління залежить від кількості об'єктів управління, що змінюють стан за певний період часу (наприклад, за добу) і розміру кадру управляючої інформації. Інформація, що надійшлапоступила до системи в мить, коли вільний хоча б один обслуговуючий пристрій, негайно обробляється. Якщо всі обслуговуючі пристрої у момент надходження інформації зайняті обробкою іншої інформації, то вона не покидає систему, а стає в чергу і чекає, поки один з пристроїв не стане вільним. Отже, в замкнутій системі масового обслуговування вхідний потік вимог формується з вихідного.

Інформація в системі управління може ініціюватися за запитом від одного з пристроїв центру управління (запит від робочої станції), а може ініціюватися будь-яким мережним елементом у зв'язку зі зміною статусу (або стану) одного або декількох його параметрів. У першому варіанті транзакції в системі управління складаються з чотирьох фаз: субакції запиту, субакції відповіді, субакції підтвердження отримання запиту і субакції підтвердження отримання відповіді.

У другому і третьому варіантах транзакції в системі управління складаються з субакції передачі зміни статусу і субакції підтвердження отримання інформації, тобто повна транзакція утворюється з двох фаз.

З застосуванням сервіс - орієнтованої архітектури в моделі СУ повна транзакція буде складатися з значної кількості фаз, а саме:

субакції запиту до інтегруючого серверу;

субакції запиту до реєстру послуг;

субакції запиту до віддалених серверів - прикладенням або/і баз даних;

субакції підтвердження отримання запиту;

субакції отримання відповіді;

субакції підтвердження отримання відповіді.

Субакція запиту складається з часу формування запиту, часу передачі по каналу зв'язку, часу затримки в черзі до серверу, якому запит був адресований, і часу обробки запиту сервером.

Отже повний час транзакції можна визначити так:

, (8)

де tф - час формування запиту; tп - час передачі по каналу зв'язку; W - час затримки в черзі до віддаленого серверу; tобр - час оброблення запиту віддаленим сервером; n - кількість фаз в транзакції.

Стан системи характеризується загальною кількістю вимог, що знаходяться на обслуговуванні і в черзі (рівним k, k=0, 1,..., n) і мають таку інтерпретацію: S0 -пристрій обслуговування вільний; S1 - пристрій обслуговування зайнятий, черги немає; S2 - пристрій обслуговування зайнятий, одна заявка в черзі; Sn - пристрій обслуговування зайнятий, n-1 заявка в черзі.

При цьому кількість об'єктів управління дорівнює n, а кількість обслуговуючих приладів - m. Якщо - інтенсивність надходження інформації управління, а - інтенсивність потоку обслуговування, то імовірність 0-го стану системи описуватиметься так:

де .

Імовірність того, що вимогу буде поставлено у чергу:

Визначаємо такі характеристики імовірності системи управління:

- середню довжину черги

; (9)

- середній час затримки повідомлення віддаленим сервером:

. (10)

За визначеною методикою проведено розрахунок залежності часу затримки виконання транзакції в СУ від різних параметрів, які визначають характеристики систем управління. Як і передбачалось, затримка збільшується пропорційно інтенсивності надходження команд управління. Для забезпечення її величини (затримки), яка не перевищує заданої, необхідно при збільшенні інтенсивності команд системи управління збільшити продуктивність комутаційних вузлів і пропускну спроможність каналів. Але як показали розрахунки, значне зменшення часу затримки інформації в СУ відбувається при збільшенні пропускної спроможності каналів мережі управління і продуктивності вузлів до певного рівня. Подальше підвищення ресурсів СУ приводить до зниження виграшу в часі затримки.

Розроблено методику розрахунку затримки інформації в СУ допоможе вирішити завдання оптимального проектування як системи управління мережами телекомунікацій, так і самих мереж в цілому, що дозволить, у свою чергу, здійснити ефективніше управління телекомунікаційними мережами.

В четвертому розділі досліджено метод визначення достовірності отримання управляючої інформації із застосуванням фазорізницевої модуляції високої кратності. Запропоновано методику побудови ефективного цифрового каналу передачі управляючої інформації з використанням багатопозиційних сигналів з фазорізницевою модуляцією, а також сигналів з фазорізницевою модуляцією k-го порядку і розроблено алгоритм визначення достовірності отриманої системою управління інформації.

Розглянуто принципи побудови багатопозиційних фазомодульованих сигналів та сигналів з комбінованими способами модуляції.

Досліджено загальні алгоритми формування й обробки багатопозиційних сигналів з фазорізницевою модуляцією.

Показано, що властивості ФРМ, які названі властивостями інваріантності до відповідних заважаючих впливів, є насправді наслідком функціональних властивостей кінцевих різностей функцій, що відображають реальні сигнали

Розроблено загальні алгоритми формування й обробки сигналів з фазорізницевою модуляцією k-го порядку.

Представлено відповідні структурні схеми.

Досліджено систему, інваріантну до адитивної перешкоди у виді гармонійного коливання з випадковими амплітудою, частотою і фазою.

Принципи формування і обробки фазомодульованих сигналів зображено на схемах (рис.5,а,б):

Визначено фазорізницеву модуляцію другого порядку (ФРМ-2) як спосіб формування ФМ сигналу, при якому інформація вкладається в значення різниць другого порядку початкової фази посилок сигналу. Інформаційним параметром сигналу при ФРМ-2 є різниця між різницями фаз, що визначається трьома посилками:

(11)

З (11) випливає, що початкова фаза наступної n-ї посилки переданого в канал зв'язку сигналу:

(12)

Її також можна представити у вигляді двох рекурентних співвідношень:

(13)

Формувач початкових фаз посилок сигналу при ФРМ-2, який працює за алгоритмом (13), складається з двох послідовно підключених формувачів фази при ФРМ-1, а пристрій обробки - з двох послідовно підключених обчислювачів різниць фази першого порядку (рис.5, б).

Звернемося до основної властивості ФРМ-1 і ФРМ-2 - властивості інваріантності. У техніці цим терміном позначають нечутливість системи до тих чи інших зовнішніх дій або дестабілізуючих факторів. При цьому деяка характеристика чи параметр системи є інваріантом перетворень, які викликаються дією завад чи дестабілізуючими факторами.

За допомогою ФРМ-1, як уже відзначалося, вдається усунути неоднозначність рішення на виході демодулятора, яка викликана невизначеністю початкової фази прийнятого сигналу. Це пояснюється тим, що різниця фази першого порядку є інваріантом перетворення, яке полягає в додаванні до інформаційних фаз посилок сигналу довільної загальної початкової фази. Дійсно, якщо до інформаційних фаз (п - 1)-ї і п-ї посилок сигналу п-1 і п додалася довільна і невідома в місці прийому початкова фаза п , то різниця фаз (п-1-)-ї та п-ї посилок ніяк не зміниться від такого перетворення:

Таким чином, фазорізницева модуляція першого порядку інваріантна до початкової фази сигналу. Важлива позитивна сторона ФРМ-1 полягає ще й в тому, що зазначена властивість інваріантності фактично зберігається при всіх методах прийому відповідних сигналів. При оптимальному некогерентному й автокореляційному прийомі не потрібно ніякої інформації про початкову фазу, а при когерентному прийомі початкова фаза повинна бути відома з точністю до фіксованих зсувів, які залежать від кратності модуляції, наприклад з точністю до 180° при однократній ФРМ-1, що цілком можливо здійснити. Найпростіші схеми модемів з ФРМ-1, які реалізують властивість інваріантності до початкової фази сигналу. Можна сказати, що розглянуті некогерентні демодулятори сигналів з ФРМ-1 абсолютно інваріантні, тобто цілком нечутливі до початкової фази сигналу.

Показаний перехід до ФРМ-2 дозволяє досягнути повної нечутливості не тільки до довільної початкової фази, але й до довільних зсувів частоти. Це пояснюється тим, що різниця фази другого порядку є інваріантом перетворення, який полягає в довільному зсуві частоти несучого коливання. Дійсно, припустимо, що номінальна частота несучого коливання = m2/T, де m -- ціле число, змінилася на довільну величину . Тоді якщо фаза (п - 1)-ї посилки дорівнює (п-1 + 0 ), то фаза п-ї посилки стане рівною (п-1 + 0 +Т), а фаза (п +1)-ї посилки (п-1 + 0 +2Т). Неважко тепер побачити, що різниці фази першого порядку

не залежать від початкової фази 0 , однак залежать від зсуву частоти , у той час як різниця фази другого порядку не залежить ні від 0, ні від :

Достовірність передачі даних відображає ступінь відповідності отриманого повідомлення переданому. Оцінкою достовірності є коефіцієнт помилок. Отже, достовірність прийому можна знайти шляхом:

а) визначення ймовірності помилки при ідеальних опорних коливань для різних відношень сигнал/завада. Це дозволить визначити потенційну завадостійкість демодулятора у разі використання різних груп багатопозиційних сигналів;

б) визначення ймовірності помилки при формуванні варіантів сигналів для різних інтервалів усереднення. Визначення мінімального інтервалу усереднення, при якому завадостійкість близька до потенційної;

в) порівняння різних систем сигналів за завадостійкістю за розглянутим методом обробки;

г) визначення тривалості початкового входження в зв'язок, а також тривалості входження після різних за величиною стрибків фази сигналу.

В розділі наведено графіки залежності імовірності помилки від відношення енергії сигналу до спектральної щільності потужності шуму для системи сигналів з амплітудно-фазовою, фазо-різницевою модуляцією високої кратності. Аналіз цих графіків підтверджує висновок про перевагу використання когерентних методів прийому для багатопозиційних сигналів.

Представлена в даному розділі методика допоможе вирішити завдання оптимального проектування мережі передавання даних в системі управління мережами телекомунікацій.



ВИСНОВКИ

Сукупність наукових розробок, сформульованих і обґрунтованих у дисертаційній роботі, складає вирішення завдання побудови системи управління телекомунікаційними мережами оператора телекомунікацій в умовах переходу до мереж нового покоління, а також підвищення якісних показників функціонування такої системи.

В дисертаційній роботі отримані такі теоретичні та науково-практичні результати:

1. Досліджено тенденції створення систем управління сучасними телекомунікаційними мережами. Запропоновано концепцію побудови системи управління як системи інтегрованого управління будь-якими за структурою, складом й обсягами телекомунікаційними мережами. Цю концепцію побудови системи управління доцільно впровадити в телекомунікаційних мережах України для досягнення ефективнішого управління як традиційними, так і новітніми мережами з мінімальними витратами.

2. Визначено, що особливості управління мережами наступного покоління визначаються особливостями її архітектури, а саме:

а) організація з'єднання в NGN має принципові відмінності від його встановлення в традиційних телефонних мережах з комутацією каналів. Це пов'язано з тим, що медіатрафік і сигнальна інформація для управління обслуговуванням виклику в NGN передаються за різними маршрутами та обробляються різними мережними пристроями, а не єдиним вузлом комутації;

б) медіатрафік проходить, як правило, безпосередньо між шлюзами доступу або транспортними шлюзами. Сигналізація управління обслуговуванням виклику проходить через програмні комутатори Softswitch, а в простіших випадках - через прокси-сервери SIP або сторожі Н.323, але завжди не там, де медіашлюзи і медіатрафік;

в) під час надання послуги сеансового доступу споживачу до мережі вузол мережі, що відповідає за ідентифікацію споживача, не бере участь в передачі інформації, яка призначена для споживача, та, як наслідок - неможливо отримати всю необхідну інформацію щодо споживачів і параметрів з'єднання на єдиний пристрій управління.

3. Сформульовано вимоги, що пред'являються до систем управління NGN:

а) необхідність розподілу функцій управління в декількох мережних пристроях, зокрема: у пристрої управління викликами і сеансами зв'язку; у мережному пристрої, який відповідає за перенесення призначеної для споживача інформації;.

б) застосування відкритих інтерфейсів управління, що дозволяють управляти різнотипним обладнанням (включаючи мережні вузли, міжмережні шлюзи тощо), яке входить до складу NGN, зокрема, використання стандартизованих протоколів - CMIP, SNMP та інших протоколів управління, а також формальних мов для опису інтерфейсів;

в) структура системи управління NGN повинна забезпечувати гнучкість реалізації та сумісність з іншими рішеннями, високу надійність, та як результат - якість обслуговування;

г) оператор телекомунікацій повинен мати можливість модифікувати програмне забезпечення для реалізації специфічних функцій та впроваджувати нові послуги шляхом зміни конфігурації.

4. Розроблено структуру автоматизованої системи управління діяльністю оператора телекомунікацій, а також визначено місце системи управління телекомунікаційними мережами в цій структурі. Автоматизована СУ діяльністю забезпечує автоматизацію процесів оперативного управління діяльністю підприємства у відповідності з моделлю ТОМ (Telecom Operаtіons Mаp) форуму TM Forum. Принципи побудови СУ як системи з різнорідним обладнанням відповідають концепції TMN з врахуванням положень Smart TMN та композитного підходу на базі комбінації новітніх технологій. Практична реалізація бізнес-процесів і взаємодія між ними базується на архітектурі eTOM і відповідає рішенням сервіс-орієнтованої архітектури.

...