Методика расчета потоковой структуры сети передач и управляющей информации в системе управления сетью тактовой сетевой синхронизации

УДК 621.39

А. К. Канаев, Е. В. Опарин, М. А. Камынина

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОТОКОВОЙ СТРУКТУРЫ сети передачи УПРАВЛЯЮЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ СЕТЬЮ ТАКТОВОЙ СЕТЕВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

Представлена методика формирования потоковой структуры сети передачи управляющей информации в системе управления сетью тактовой сетевой синхронизации с применением метода сечений. Указанная методика позволяет обоснованно задавать значения резерва пропускной способности направляющих систем и систем передачи, предназначенного для передачи информации контроля и управления сетью тактовой сетевой синхронизации, что позволяет обеспечить требуемые значения оперативности, непрерывности и устойчивости управления сетью ТСС.

система управления сетью тактовой сетевой синхронизации, потоковая структура, сеть тактовой сетевой синхронизации, метод сечений.

Введение

Сеть тактовой сетевой синхронизации (ТСС) является одной из основных составляющих современной телекоммуникационной системы (ТКС). Особая важность сети ТСС вытекает из необходимости формирования, передачи и распределения сигналов синхронизации по цифровой сети, что необходимо для поддержания устойчивого и надёжного функционирования всей ТКС [1].

Возникновение отказов на сети ТСС способно привести к значительному ухудшению качества передаваемой информации вплоть до полного её срыва. В силу указанной особенности важную роль приобретает процесс управления сетью ТСС с обеспечением требуемых показателей её функционирования. Особенно актуальными становятся вопросы управления сетью ТСС в периоды возникновения отказов, когда требуется скорейшее восстановление её функционирования для обеспечения устойчивости всей ТКС [1].

1 Структура системы управления ТСС

Система управления (СУ) сетью ТСС является неотъемлемой частью системы управления ТКС и предназначена для решения задач мониторин-

149

га, контроля, учёта, планирования и регулирования процессов формирования, передачи, распределения и доставки сигналов синхронизации, а также управления аппаратурой сети ТСС. Система управления сети ТСС имеет многоуровневую иерархическую структуру. Управление оборудованием сети ТСС осуществляется региональными СУ с выходом на общесетевую СУ [1].

Структура региональной сети управления с выходом на единую СУ представлена на рисунке 1 [1]. Серверы региональной и единой СУ ТСС (рис. 1) содержат программное обеспечение, в состав которой входит ИСППР с базой знаний и системой выработки стратегий по управлению ТСС.

Региональный

Рис. 1. Общий вид структуры СУ ТСС

2 Требования, предъявляемые к системе управления сетью ТСС

Управление сетью ТСС является распределённым и обеспечивается функционированием всех подсистем, входящих в систему ТСС. В общем случае можно выделить следующие функции СУ ТСС (табл. 1) [2].

Учитывая тот факт, что управление сетью ТСС осуществляется по схеме менеджер-агент, функции СУ можно рассматривать на уровне СЭ и менеджеров [3].

150

ТАБЛИЦА 1. Функции системы управления ТСС

№ п/п Функция Общее описание

1 Управление эффективностью Оценка качества функционирования сети ТСС и эффективности процессов взаимодействия элементов ТСС (сбор статистических данных и их анализ), выработка и исполнение управляющих воздействий при уровне качества сигналов синхронизации ниже допустимых

2 Управление конфигурацией Установка параметров сети ТСС и сетевых элементов в соответствии с потребностями в синхросигналах и уровнем его качества

3 Управление отказами Управление при отказах оборудования сети ТСС, генерация аварийных сообщений и сообщений о событиях. Выработка и осуществление действий по восстановлению функционирования сети ТСС

4 Управление ресурсами Учет и контроль использования ресурсов и оборудования сети ТСС, информирование об объёмах потребляемых ресурсов сети ТСС

5 Управление безопасностью Обеспечение безопасности (контроль доступа, обслуживание и анализ регистрационных файлов безопасности). Управление доступом к ресурсам сети ТСС

При формировании и функционировании СУ ТСС особую важность приобретает задача обеспечения передачи информации, связанной с мониторингом состояния элементов сети ТСС и управлением ими по имеющимся в наличии линиям связи в рамках существующей топологии сети ТКС.

Пропускная способность направляющих систем и систем передачи в различные периоды функционирования ТСС может различаться, а с течением времени топология сети ТСС может изменяться, при этом могут варьироваться и маршруты передачи информации между узлами ТСС, поэтому особую актуальность приобретает задача формирования потоковой структуры СУ ТСС, которая заключается в обеспечении резерва пропускной способности направляющих систем и систем передачи под трафик СУ ТСС, имеющий более высокий приоритет по сравнению с трафиком пользователей.

3 Расчет потоковой структуры сети управления ТСС на основе метода сечений

Исходными данными для формирования потоковой структуры СУ ТСС являются: корреспондирующие пары (КП), между которыми необходимо обеспечить передачу информации контроля и управления; объём передаваемой

151

информации контроля и управления между узлами КП; связность каждой корреспондирующей пары, которая характеризует число независимых путей между узлами КП.

Приводимая методика позволяет формировать потоковую структуру по различным критериям или их комбинациям: минимальное расстояние, равномерность распределения потоков, минимальная стоимость и т. д. В качестве примера приведено формирование потоковой структуры по критерию кратчайшего пути между узлами КП. Методика формирования потоковой структуры представлена на рисунке 2 [4], [5].

В качестве примера рассмотрим построение потоковой структуры для сети ТСС, состоящей из 10 узлов, граф G которой представлен на рисунке 3.

Матрица расстояний L — l . приведённой на рисунке 3 цифровой сети будет иметь следующий вид (рис. 4).

Для формирования потоковой структуры системы управления ТСС необходимо предварительно построить минимальное остовное дерево исходного графа Gminod, которое для данной сети (см. рис. 3) будет иметь вид, приведенный на рисунке 5.

При построении потоковой структуры СУ ТСС с заданным критерием структурной надёжности зададим ранг сечения r(o) = 3. Данный ранг сечения определяет число независимых путей, которые должны быть обеспечены между узлами КП.

Зададим КП, между которыми должна быть обеспечена передача информации контроля и управления, в результате чего получим соответствующие направления связи:

-- {^1^3; О^О^; a 0^3; 0^ 0^ ; ^3^^; 0 ^0^ 7 ; 0g 0^ ; 0^ 0^; 0^ Q ^ ^.

Отметим, что при задании корреспондирующих пар пр., узел 0 соответствует узлу, из которого передаётся информация управления, а узел 0j является узлом, который принимает информацию управления.

Заданные направления связи и объём передаваемой информации по каждому из них указаны в матрице (рис. 6).

Результатом формирования потоковой структуры будет являться определение пропускных способностей ветвей графа, способных обеспечить заданный объём передаваемой информации для заданных направлений связи при заданной структурной надежности. Отметим, что в данные значения пропускных способностей входят только пропускные способности, предназначенные для информации управления без учёта передачи данных пользователей [4].

Для построения потоковой структуры СУ ТСС в соответствии с методикой (см. рис. 2) будем поочередно рассматривать ветви Gminod, таким образом потоковая структура в нашем случае будет построена за девять этапов.

152

153

Рис. 2. Блок-схема методики расчета потоковой структуры сети управления ТСС на основе метода сечений

a

Рис. 3. Исходный граф G цифровой сети

Рис. 4. Матрица расстояний телекоммуникационной сети

154

a

5

«1 «2 «3 «4 «5 «6 «7 «8 «9 «10

«1 5

a2 7

a3 15

«4 5 ^1

«5 8

«6 4

«7

6 ^1

«9 7

«10 8

Рис. 6. Заданные направления связи

В качестве иллюстрации рассмотрим первый этап. Исключаем из минимального остовного дерева Gminod ветвь l в результате множество всех узлов разделится на две доли A] и A2, минимальное остовное дерево Gminod

155

примет вид, показанный на рисунке 7. Построим на данных долях узлов Aj и A2 двудольный граф OlDG. Двудольный граф G1dg представляет собой два столбца узлов, где с одной стороны расположены узлы доли Aj, с другой стороны - узлы доли A2.

Используя матрицу расстояний телекоммуникационной сети L = находим ребра, которые соединяют узлы в разных долях двудольного графа GDg. Очередность выбора ребер берем в зависимости от их длины (в начале выбираем самые короткие). Число ребер должно быть равно заданному рангу сечения г(а) = 3, то есть в нашем случае двудольный граф G1dg будет содержать три ребра. При недостаточном количестве ребер необходимо ввести дополнительные рёбра, желательно с минимальной длиной, стремясь при этом к выравниваю рангов узлов исходного графа.

На данном этапе двудольный граф G1dg примет вид, показанный на рисунке 7. При построении двудольного графа GlLG} были выбраны ребра a]a2, a1a6, а также введено в исходный граф G дополнительное ребро alay Для наглядности длины данных ребер приведены в двудольном графе G1dg (см. рис. 7). При добавлении нового ребра a1a3 исходный граф G примет следующий вид (рис. 8).

Рассмотрим направления связи, которые реализуются при данном построении двудольного графа Gl£G}. В данном случае реализуется только одно направление связи: {a1a3} c объёмом передаваемой информации 5 Мбит/с. Таким образом, суммарная пропускная способность равна 5 Мбит/с:

= Vaa

ac

Рис. 7. Минимальное остовное дерево Gmmod и двудольный граф на первом этапе

156

a

Рис. 8. Исходный граф G с добавлением ребра a1a3

Данную пропускную способность V1Z необходимо распределить между тремя ветвями: a1a2, a1a6, a1a3 - пропорционально их длине, то есть для

определения пропускной способности ребра a.a2 необходимо умножить про-

12 12

пускную способность на соответствующий коэффициент kl :

Bu) = V*- kl12,

где в обозначении B12 верхний индекс - соответствующее ребро, нижний индекс - направления связи, для которых рассчитывается пропускная способность ветвей; в обозначении ^12 верхний индекс - соответствующее ребро, нижний индекс - соответствующий этап процедуры формирования потоковой структуры.

Аналогичным образом для остальных двух рёбер имеем:

<3) = V*- k1

16.

41,3)

B1u) = V*- k1

13

Заметим, что в сумме соответствующие коэффициенты умножения должны давать единицу:

157

k12 + k13+k16 = 1.

В результате последующего расчета получаем:

В^23) = 2,425 Мбит/с, Bj33) = 1,455 Мбит/с, В^63) = 1,12 Мбит/с.

В зависимости от того, по какой сетевой технологии построена сеть передачи данных СУ, возможна корректировка результатов расчёта пропускной способности. При использовании технологии с коммутацией каналов, как правило, в настоящее время используются потоки, кратные потоку E1, поэтому в данных сетях рассчитанную пропускную способность необходимо оптимизировать с учётом дискретности увеличения шага пропускной способности. При использовании технологии с коммутацией пакетов шаг пропускной способности может быть до единиц бит, однако современная практика показывает целесообразность выбора шага в 1 Мбит/с.

При формировании потоковой структуры в общем случае может возникнуть такая ситуация, когда производится расчет пропускной способности одного и того же ребра при разных этапах работы процедуры расчета пропускной способности. В данном случае для исключения нерационального расходования ресурсов предложена следующая процедура: на каждом этапе производится сравнение используемого ребра с уже введённым и рассчитанным ребром. При этом выбирается та пропускная способность ребра, при расчете которого учитывается наибольшее число направлений связи; в том случае, если ребро используется при различных направлениях связи, рассчитанные пропускные способности суммируются [4], [5].

Вычисления на последующих этапах работы процедуры расчета потоковой структуры сети передачи управляющей информации в системе управления ТСС на основе метода сечений выполняются аналогично. В результате окончательного расчета потоковая структура будет иметь вид, показанный на рисунке 9.

Заключение

Сформированная методика расчета потоковой структуры сети передачи управляющей информации в системе управления сетью ТСС на основе метода сечений позволяет обоснованно задавать значения резерва пропускной способности направляющих систем и систем передачи, предназначенного для передачи информации контроля и управления сетью ТСС, что позволяет обеспечить требуемые значения оперативности, непрерывности и устойчивости управления сетью ТСС.

158

a

a

10

Рис. 9. Потоковая структура СУ ТСС

Применение данной методики обеспечит минимальное время доставки информации контроля и управления в органы управления сетью ТСС, а также минимальное время на выработку управляющих воздействий в условиях возникновения перегрузки в узлах и линиях сети ТКС и при возникновении отказов.

Библиографический список

1. Сетевая синхронизация в системах связи / М. Н. Колтунов, Н. Н. Леготин, М. Л. Шварц. - М. : SYRUS SYSTEMS, 2007. - 240 с. - ISBN 978-5-85493-104-4.

2. Теоретические основы управления современными телекоммуникационными сетями / А. Н. Буренин, В. И. Курносов. - М. : Наука, 2011. - 464 с. - ISBN 978-5-84430094-3.

3. Основы SNMP / Д. Мауро, К. Шмидт. - 2-е изд. - СПб. : Символ-Плюс, 2012. -520 с. - ISBN 978-5-93286-203-2.

4. Сети ЭВМ / В. М. Глушков, Л. А. Калиниченко, В. Г. Лазарев, В. И. Сифоров. -М. : Связь, 1977. - 280 с.

5. Теоретические и методологические основы построения системы сигнализации объединённой автоматизированной цифровой системы связи / В. Е. Кузнецов, А. М. Лихачёв. - М. : Изд-во МО РФ, 2001. - 416 с. - ISBN 5-256-01412-9.

© Канаев А. К., Камынина М. А., Опарин Е. В., 2012

159