ВАРИАНТ  ОЦЕНКИ  ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ  ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ  ФРАГМЕНТА  МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ  СЕТИ  СВЯЗИ

Дроздов  Игорь  Александрович

канд.  техн.  наук,  доцент,  Академия  Федеральной  службы  охраны  Российской  Федерации,  РФ,  г.  Орёл

E-mail: 

Константинов  Сергей  Владимирович

преподаватель,  Академия  Федеральной  службы  охраны  Российской  Федерации,  РФ,  г.  Орёл

E-mail: 

Стенин  Дмитрий  Дмитриевич

студент,  Академия  Федеральной  службы  охраны  Российской  Федерации,  РФ,  г.  Орёл

VARIANT  OF  THE  ESTIMATION  OF  THE  FUNCTIONAL  FAIL  SAFETY  FRAGMENT  OF  THE  MULTISERVICE  COMMUNICATION  NETWORK

Igor  Drozdov

candidate  of  Technical  Science,  Associate  Professor,  Academy  of  Federal  Security  Guard  Service  of  the  Russian  Federation,  Russia  Orel

Sergey  Konstantinov

teacher,  Academy  of  Academy  of  Federal  Security  Guard  Service  of  the  Russian  Federation,  Russia  Orel

Dmitry  Stenin

student,  Academy  of  Academy  of  Federal  Security  Guard  Service  of  the  Russian  Federation,  Russia  Orel

АННОТАЦИЯ

В  статье  сформулированы  предложения  по  оценке  функциональной  отказоустойчивости  мультисервисной  сети  связи  с  учетом  особенностей  функционирования  её  элементов.  Предложенная  модель  функциональной  отказоустойчивости  МСС  способствуют  принятию  обоснованных  решений  по  её  модернизации  и  переконфигурированию,  что  позволяет  обеспечить  отказоустойчивость  логических  соединений  и  повысить  оперативность  процесса  восстановления  работоспособности.

ABSTRACT

In  article  sentences  are  formulated  according  to  the  functional  fail  safety  of  a  multiservice  communication  network  taking  into  account  singularities  of  functioning  of  its  elements.  The  offered  model  of  the  functional  fail  safety  МСС  promote  acceptance  of  well-founded  decisions  on  its  upgrade  and  reconfiguring  that  allows  to  provide  fail  safety  of  logical  connections  and  to  raise  efficiency  of  process  of  recovery  of  serviceability.

Ключевые  слова :  функциональная  отказоустойчивость;  логическое  соединение;  маршрут.

Keywords :  functional  fail  safety;  logical  connection;  route.

Сокращения

ММТ  —  мультимедийный  трафик

МСС  —  мультисервисная  сеть  связи

СУ  —  сетевой  узел

УУ  —  управляющее  устройство

В  мультисервисных  сетях  связи  (МСС)  необходимые  условия  по  обеспечению  отказоустойчивости  при  передаче  мультимедийного  трафика  (ММТ)  определяет  связанность  [1].  Этих  условий  бывает  недостаточно,  так  как  большинство  существующих  и  перспективных  типов  сетей,  образующих  МСС,  имеют  ограничения  по  количеству  сформированных  соединений.  Причем,  для  качественной  передачи  ММТ  по  любому  маршруту,  число  маршрутизирующих  сетевых  узлов  (СУ)  не  должно  превышать  допустимого  значения.  Данный  критерий  определяется  требованиями  к  величине  отклонения  от  расчетных  значений  при  прохождении  ММТ  через  сети  разных  типов.  Поэтому,  при  определении  возможных  путей  установления  соединений  между  парами  СУ  в  процессе  оценки  отказоустойчивости  МСС  не  учитываются  пути,  не  соответствующие  требованиям  структурной  и  функциональной  отказоустойчивости  [2],  а  также  временным  параметрам  реакции  обеспечивающих  подсистем  на  изменение  состояния  МСС,  хотя  объективно  эти  пути  могут  иметь  место. 

Рассмотрим  фрагмент  МСС,  изображенный  на  рис.  1.  Предположим,  что  в  данном  фрагменте  МСС  имеются  неисправные  соединения  c₁₈  и  c₂₉,  а  количество  СУ,  маршрутизирующих  трафик  в  соединениях,  не  превышает  трех.  Структура  конфигурации  системы  в  данной  ситуации  остается  связанной.  Однако  установление  соединения  между  СУ₉  с  одной  стороны,  и  СУ₂,  СУ₃,  СУ₄  —  с  другой,  становится  невозможным,  так  как  число  маршрутизирующих  трафик  СУ  возрастает  до  четырех  или  пяти.

В  общем  случае,  между  СУ_i  и  СУ_j  МСС  могут  быть  пути,  не  обеспечивающие  установление  соединений  и  передачу  по  ним  трафика  с  требуемым  качеством,  что  не  согласуется  с  принципиальной  возможностью  МСС  по  предоставлению  услуг  потребителям  различных  классов  обслуживания  в  условиях  различного  рода  помех  и  неопределенностей.  Следовательно,  показатели  оценки  отказоустойчивости  требуют  уточнения  на  основе  моделей  оценки  структурной  отказоустойчивости.

Рисунок  1.  Фрагмент  МСС

Необходимо  также  учесть  то,  что  алгоритмы  работы  управляющих  устройств  (УУ)  СУ  (мультиплексоров,  маршрутизаторов,  коммутаторов)  как  правило,  не  обеспечивают  поиск  всех  возможных  маршрутов  установления  соединений.

В  исходном  состоянии  МСС  из  всего  набора  маршрутов,  доступных  данному  СУ,  встроенной  программой  работы  УУ  определяются  оптимальные.  При  этом  возможна  ситуация,  когда  запрашиваемое  логическое  соединение  не  может  быть  установлено  даже  при  наличии  в  МСС  работоспособных  маршрутов  с  числом  узлов  маршрутизации,  не  превышающим  заданное,  до  того  момента,  пока  не  будут  выполнены  изменения  программы  функционирования  УУ  СУ  (изменения  маршрутных  таблиц).  Например,  если  программой  УУ  СУ₁  поиск  маршрутов  установления  соединений  с  СУ₉  определен  только  через  СУ₂  (первый  маршрут)  и  СУ₈  (второй  маршрут),  то  при  повреждении  ветвей  c₁₈  и  c₂₉  соединение  между  СУ₁  и  СУ₉  не  может  быть  установлено,  несмотря  на  то,  что  доступен  рабочий  маршрут  через  СУ₆,  СУ₇,  СУ₈.  Становится  очевидным,  что  функциональные  особенности  элементов  МСС  напрямую  влияют  на  возможность  установления  логических  соединений.

Функциональной  отказоустойчивостью  будем  называть  способность  МСС  обеспечивать  установление  соединений  и  передачу  ММТ  в  зависимости  от  особенностей  функционирования  ее  элементов.  Причем  для  различных  видов  услуг  и  классов  обслуживания  должны  быть  определены  собственные  характеристики  функциональной  отказоустойчивости  МСС,  так  как  к  ним  предъявляются  различные  требования.

Представим  функциональную  отказоустойчивость  МСС  в  виде:

,  (1)

где:  R_св(G)  —  связность  МСС; 

  —  допустимое  число  узлов  маршрутизации  в  логическом  соединении;

  —  алгоритм  установления  соединений  в  СУ.

Имеет  смысл  получить  расчетные  выражения  для  оценки  отказоустойчивости  соединения.  В  результате,  в  достаточной  степени  удастся  учесть  особенности  функционирования  элементов  МСС. 

Воспользуемся  графом  фрагмента  МСС,  представленного  на  рис.  1.  Будем  считать,  что  количество  узлов  маршрутизации  в  r-м  логическом  соединении  ограничено  их  допустимым  количеством  .  При  этом  общее  число  СУ  в  данном  логическом  соединении  может  быть  представлено  в  виде      

Вероятность  повреждения  r-го  маршрута  при  установлении  логического  соединения  в  МСС  может  быть  определена  следующим  выражением:

  (2)

Если  предположить,  что  из  общего  количества  маршрутов  установления  логических  соединений  U_ij,  алгоритмом  работы  УУ  СУ  может  быть  предусмотрено  для  использования  в  структуре  МСС  только  C_ij  маршрутов,  то  функциональная  отказоустойчивость  логического  соединения  будет  определяться  формулой:

  (3)

При  повреждении  элементов  МСС,  участвующих  в  формировании  логического  соединения,  под  воздействием  системы  управления  сетью,  за  время,  определяемое  требованиями  по  качеству  обслуживания  определенного  вида  трафика,  в  логическое  соединение  могут  быть  добавлены  дополнительные  маршруты  установления  логических  соединений  d_ij.  В  результате  выражение  (3)  примет  вид: 

  (4)

Следует  отметить,  что  величина  C+d  в  каждый  момент  времени  функционирования  логического  соединения  существенно  зависит  от  его  эксплуатационной  надёжности,  что  важно  при  оценке  отказоустойчивости  в  задачах  мониторинга.

Таким  образом,  модели  (3)  и  (4)  дают  возможность  рассчитать  функциональную  отказоустойчивость  логического  соединения  H(J_ij)  с  учетом  эксплуатационной  надёжности  и  функциональных  особенностей  его  элементов.

Достаточно  часто  возникает  необходимость  оценки  функциональной  отказоустойчивости  МСС  в  целом. 

Если  длина  путей  в  логическом  соединении  МСС  ограничена,  как  и  в  предыдущем  случае,  допустимым  числом  узлов  маршрутизации  ,  а  алгоритмом  работы  СУ  предусмотрено  использование  лишь  C  путей  из  общего  их  количества,  определяемого  структурой  МСС,  то  значение  функциональной  отказоустойчивости  сети  H(G)  при  учете  требований,  определяемых  функциональными  особенностями  УУ  СУ,  может  быть  рассчитано  формулой:

  (5)

где:    —  максимально  допустимое,  с  учетом  наложенных  ограничений,  число  СУ  и  ветвей  в  i-ом  дереве  графа  ; 

C(G)  —  число  деревьев,  максимально  допустимое  алгоритмами  СУ,  попарно  не  имеющих  общих  ребер  в  графе    МСС,  причем 

Полученная  модель  дает  возможность  оценивать  функциональную  отказоустойчивость  МСС  в  целом,  в  случае,  когда  равны  между  собой  значения  вероятностей  выхода  из  строя  ветвей  и  СУ  системы  [3].

Предположим,  что    при  оценке  связности  конфигураций  структуры  МСС.  Тогда  формула  для  расчета  H(G)  будет  выглядеть  как:

  (6)

Следовательно,  из  выражений  (4),  (5)  и  (6)  можно  определить  H(G),  при  наличии  указанных  выше  функциональных  особенностей  ее  элементов.

Используя  значения  требований  по  H(G),  предъявляемых  к  МСС  СУ,  представляется  возможным  определить  необходимое  число  независимых  маршрутов  установления  соединений  C_ij,  образующих  логическое  соединение. 

Эту  задачу  можно  решить  следующим  образом.  Обозначим  через    допустимую  вероятность  отсутствия  доступных  маршрутов  в  произвольной  МСС,  используемых  для  установления  соединений  между  СУ_i  и  СУ_j.  Тогда

  .  (7)

После  соответствующих  преобразований  получаем

;    (8)

То  есть  для  обеспечения  требуемой  H(G),  логическое  соединение  J_ij  должно  содержать  C_ij  независимых  физических  маршрутов,  определенных  по  формуле  (8).

Так  как  эксплуатационная  надёжность  путей  прохождения  трафика  C_ij  изменяется  во  времени,  то  приведенное  выше  условие  может  быть  использовано  в  системе  контроля  состояния  МСС,  при  необходимости  быстрой  оценки  ее  отказоустойчивости.

Во  многих  случаях  функциональную  отказоустойчивость  МСС  для  каждого  вида  трафика  целесообразно  определять  допустимым  снижением  ее  пропускной  способности.  Тогда,  если  известны  требования  к  пропускной  способности  МСС  для  передачи  всех  видов  трафика  с  определенным  классом  обслуживания,  модель  функциональной  отказоустойчивости  МСС  может  быть  построена  на  основе  выражения  (4):

  (9)

где:  d₁  —  общее  число  логических  соединений,  организуемых  для  потребителей  определенного  класса  обслуживания;

d₂  —  количество  видов  трафика,  которые  должны  передаваться  через  МСС  с  учетом  требований  определенного  класса  потребителей; 

—  пропускная  способность,  резервируемая  для  передачи  определенного  вида  трафика  для  потребителей  определенного  класса  обслуживания  в  логическом  соединении; 

  —  вероятностная  характеристика  отказоустойчивости  одного  логического  соединения,  определяемая  для  каждого  из  организуемых  в  МСС  логических  соединений. 

Таким  образом,  предложенные  варианты  оценки  отказоустойчивости  позволяют  решать  обширный  круг  задач  по  определению  требуемых  ресурсов  МСС,  способствуют  принятию  обоснованных  решений  по  ее  модернизации  и  переконфигурированию  с  целью  обеспечения  отказоустойчивости  логических  соединений  и  повышению  оперативности  процесса  восстановления  работоспособности. 

Список  литературы:

1.ГОСТ  Р  53111-2008.  Устойчивость  функционирования  сети  связи  общего  пользования.  Требования  и  методы  проверки.  М.:  Стандартинформ,  2009.  —  19  с.

2.Курносов  В.И.,  Лихачев  А.М.  Методология  проектных  исследований  и  управление  качеством  сложных  технических  систем  электросвязи.  СПб.:  ТИРЕКС,  1998.  —  496  с. 

3.Нечепуренко  М.И.,  Попков  В.К.,  Майнагашев  С.М.  и  др.  Алгоритмы  и  программы  решения  задач  на  графах  и  сетях.  Новосибирск:  Наука.  Сиб.  отделение,  1990.  —  515  с.