автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка алгоритмов экспертного анализа параметров качества цифровых сетей

На правах рукописи

Бакланов Игорь Геннадиевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ЭКСПЕРТНОГО АНАЛИЗА ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.12.13 — Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики (МТУСИ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Хромой Б.П.

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор Портнов Э.Л. к.т.н., доцент Деарт В.Ю.,

Ведущая организация:

ЛОНИИС

(Ленинградский Отраслевой Научно-Исследовательский Институт Связи)

Защита состоится «

в

1

ло

//

2003 года

часов на заседании диссертационного совета

К 219.001.03. при Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, 8-а, МТУСИ, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ.

Автореферат разослан « & * </0 _2003 года

Ученый секретарь кандидат технических наук,

диссертационного совета профессор К 219.001.03. Попова А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В период последних десятилетий в России наблюдается широкое внедрение цифровых систем связи. Построение современных сетей неразрывно связано с построением систем эксплуатации. Пронизанные «бинарной» логикой, цифровые системы связи демонстрируют пороговый эффект ухудшения своей работы, когда система связи деградирует по многим показателям одновременно и непредсказуемо для оператора. По этой причине в мировой практике особое значение уделяется целому ряду превентивных мер, направленных на предотвращение возможных неисправностей. Особое внимание отводится принципам построения систем эксплуатации, от классической эксплуатации телефонной сети общего пользования до современных систем контроля качества трафика мультисервисных сетей (Assurance Systems) национального и транснационального масштаба.

Проблема построения эффективной системы эксплуатации неразрывно связана с задачей нормирования и контроля параметров качества сети оператором. Иерархия приоритетов здесь построена следующим образом: системы связи — качество — эксплуатация как деятельность, направленная на улучшение параметров качества.

Особенностью развития цифровых систем связи в России в последние десять лет является перекос в построении систем эксплуатации, так как проблема качества в это время была отнесена к низкоприоритетным. Как следствие, построение систем эксплуатации шло по остаточному признаку, а деятельность и структура систем эксплуатации строились в соответствии с нормами 30-50-х гг., что в значительной мере определило отставание отечественных систем эксплуатации от мирового уровня. Например, официальная статистика по уровню оснащенности предприятий измерительными средствами дает данные от 1,5 до 3% от необходимых количеств. Из этого следует важный вывод: системы эксплуатации для большинства государственных операторов должны строиться фактически заново с «чистого листа». Вопросы контроля качества также фактически не решались в отрасли до последнего времени, когда была разработана программа сертификации качества предоставления услуг на основе требований стандарта IS09000/9001. В соответствии с предложенными в этом стандарте методиками, контроль качества в системах связи выполняется маркетингово-социологияескими-Ж-

еос. НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА С. Петербург О»

ftpf /V/ /

JÈÏÉlL

тодами, не связанными напрямую с технической специализацией отрасли связь. В то же время методы точного контроля параметров качества оказались исключенными из рассмотрения и широкого обсуждения связного сообщества.

В этой ситуации целесообразно ориентироваться сразу на решение не только вопросов построения эффективных систем эксплуатации, но и вопросов контроля качества.

Положив в основу рассмотрения эффективности построения систем эксплуатации предприятий связи принцип первоприоритет-ного контроля качества, в диссертационной работе были сделаны исследования по современным методам экспертного анализа сетей и измерению параметров качества, а также применимости к области телекоммуникаций математического аппарата классической теории контроля качества, изначально ориентированной на промышленное производство.

Основными методами технического контроля качества в телекоммуникациях являются:

встроенные средства диагностики современных цифровых устройств связи;

• независимые средства контроля (измерительные средства и средства контроля индикаторного типа); территориально-распределенные измерительные комплексы.

Применительно к проблеме контроля качества основным инструментом являются территориально-распределенные измерительные комплексы. В мировой технологии эксплуатации систем связи такие комплексы получили распространение наравне с измерительными приборами и встроенными средствами диагностики. Терри-ториально-распределенные комплексы являются следствием интеграционных процессов в технологии измерений и отражают влияние процессов создания систем глобального управления деятельностью человека на сферу отрасли связь.

Суть измерительных комплексов заключается в том, что на сети устанавливается большое количество элементарных приборов, функциональность каждого из которых значительно ниже функциональности специализированных приборов, но в тоже время выше, чем у индикаторов. Данные от элементарных приборов передаются в единый центр, где оперативно и долговременно обрабатываются с использованием различных алгоритмов экспертного анализа.

Идеология измерительных комплексов основывается на использовании вместо традиционных средств измерений с заданной методикой и локальной точкой измерения параметров целой системы

измерительных средств, объединенных в сеть сбора и обработки информации, т.е. на синтезе между классическими методиками эксплуатации, современными информационными системами, базами данных и системами управления бизнес-процессами предприятий.

В части методик измерений параметров сетей измерительные комплексы дают следующие преимущества:

• одновременность измерений в нескольких точках на сети;

• долговременный анализ параметров;

• возможность реализации режима измерений

с накоплением данных и с анализом распределения параметров как по времени, так и в пространстве;

• широкое применение методов статистического анализа для получения информации о сети в целом

и об отдельных ее подсистемах.

В части общей технологии эксплуатации они обеспечивают решение следующих:

• обеспечивают формирование политики в области контроля качества техническими средствами в противовес используемым в настоящее время социологическим методам;

• дают возможность эффективного контроля инвестиционной и инновационной политики;

• обеспечивают решение задачи сравнения сетей разного состава и топологии;

• уменьшают количество высококвалифицированного персонала;

• дают новое качество эксплуатации.

Для решения проблем связи в России территориально-распре-деленные измерительные комплексы представляют собой чрезвычайно важное направление развития эксплуатации по следующим причинам:

1. В настоящее время только эта технология может позволить сформировать эффективную систему эксплуатации сетей операторов в обстановке полной деквалификации служб эксплуатации

2. Комплексы позволяют решить проблему контроля качества, эффективного планирования, развития и инвестиционной деятельности предприятий связи

3. В ситуации крайне низкого уровня оснащенности предприятий измерительными средствам, измерительные комплексы могут внедряться вне конкурентных автономных технических решений

4. Для развития отечественной инженерно-технической школы идеология комплексов представляет собой важное направление, которое может позволить отечественной промышленности средств связи опередить по инновациям развитые западные страны.

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена тем, что требование построения эффективных систем эксплуатации и решение вопроса централизованного контроля качества приводят к необходимости всестороннего исследования методов технического контроля качества и разработке алгоритмов экспертного анализа. В таком исследовании целесообразно рассматривать в качестве наиболее мощного инструмента территориально-распределенные измерительные комплексы. Также существенно, что в настоящее время Россия готова использовать технологию распределенных измерительных комплексов, причем создавать свои современные технические решения на основе этой технологии, выходящие на уровень мировых разработок.

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование методов и разработка алгоритмов экспертного анализа параметров качества первичной и вторичной сетей связи с использованием территориально-распределенных измерительных комплексов в качестве основного инструмента контроля и формирование устойчивых алгоритмов сбора и обработки данных в таких комплексах и принципов их эффективного функционирования для решения задач контроля качества. Для этого было сформулировано две задачи исследования. Стратегической и теоретической задачей исследования является разработка принципов использования математического аппарата теории контроля качества применительно к телекоммуникациям, поскольку измерительные комплексы обеспечивают теоретическую возможность такого применения. Практической задачей исследования являлась разработка алгоритмов экспертного анализа параметров качества с помощью измерительных комплексов с точки зрения выявления процессов ухудшения параметров качества в системе связи.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математической статистики, теории вероятностей, теории телетрафика, теории сетей связи, теории случайных процессов, математической теории качества, а также технологический подход, разработанный автором.

Научная новизна диссертационной работы основана на разработанных методиках экспертного анализа параметров качества системы связи с использованием территориально-распределенных измерительных комплексов и алгоритмах функционирования этих комплексов в системе эксплуатации оператора связи.

Подробнее, в работе были сделаны следующие новые исследования и разработки:

1. Разработана методика экспертного анализа параметров качества первичной сети, основанная на обнаружении периодических процессов ухудшения качества и разложения данных по параметру битовых ошибок (BER) по составляющим случайного и системного процессов возникновения ошибок в системе.

2. Для оптимизации загрузки информационной составляющей измерительного комплекса разработан метод представления данных в комплексах для первичной сети.

3. Для анализа качества телефонной сети общего пользования рассмотрены принципы функционирования территориально-измерительных комплексов интрузивного типа. Разработан алгоритм оптимизации тестовой нагрузки от измерительного комплекса на сеть на основе модели поведения интенсивности потока вызовов телефонной сети.

4. В работе исследовались принципы построения единой системы контроля качества первичной и вторичной сети на основе применения математического аппарата теории контроля качества. Отдельно рассмотрены вопросы выбора генеральной совокупности объектов контроля, разработаны методы сплошного и выборочного контроля применительно к телекоммуникациям.

Личный вклад. Все результаты, приведенные в диссертации, включая программное обеспечение для решения поставленных в диссертационной работе задач, получены автором лично.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные в диссертации алгоритмы были реализованы в следующих инновационных проектах:

• система мониторинга «Симфония» производства компании Metrotek;

• система мониторинга Flexanet производства компании Trend Communication (UK);

• система мониторинга Spyder (подсистема трафикового анализа) производства НПО «Экран»;

• концепция автоматизированной системы эксплуатации VisioNet PR-GROUP.

В настоящее время все перечисленные системы находятся в штатной или опытной эксплуатации ведущих операторов связи. Имеются положительные отзывы о внедрении от организаций ООО «Метротэк», ЗАО «Экран», ООО «ПР ГРУПП».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на серии семинаров по современным технологиям эксплуатации в МРК «Южная телекоммуникационная компания», «Уралсвязьинформ», «Волга-Телеком» и «СевероЗападный телеком», на Международном форуме информатизации (МФИ), проводящихся на базе МТУСИ (2001), на научно-практических семинарах Самарской Академии Информатизации (2001,2002), научно-практических семинарах «Гипросвязь-СПб».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

На защиту выносятся следующие положения:

1. Принятая в настоящее время методика контроля параметров цифровых систем передачи в соответствии с нормами ITU-T peK.G.821,G.826 и М.2100 оказывается малоэффективной для эксплуатации за счет использования интегральных параметров. Интегральные параметры, эффективно применимые для контроля качества, оказываются недостаточными для эксплуатационных измерений. Основной целью эксплуатационных измерений является контроль самих процессов ухудшения. Для решения такой задачи необходимо использовать дифференциальные данные, отражающие зависимость параметров качества от времени. В результате на уровне отдельных данных более эффективным оказывается комбинированный гистограмм-хронограммный алгоритм представления данных.

2. Системное применение алгоритма гистограмм-хронограмм-ного анализа к первичной сети в целом значительно увеличивает объем служебной информации. Разработанный в диссертации алго-

ритм дифференциального представления информации с временными метками позволяет значительно уменьшить этот объем, расширяя емкость информационной составляющей измерительного комплекса на несколько порядков.

3. Использование алгоритма анализа временных меток позволяет эффективно обнаружить любые пространственные и временные периодические нарушения в параметрах качества первичной сети. Таким образом, измерительный комплекс первичной сети может идентифицировать: системные сбои в работе оборудования первичной сети, нарушения в системе синхронизации, неисправности в работе кодеков систем радиосвязи (РРЛ и спутниковые каналы).

4. Применение алгоритма анализа временных меток совместно с алгоритмом фильтрации причинно-следственных событий позволяет разложить совокупные данные о параметрах ошибок и неисправностей на сети на составляющие регулярного и случайного процессов, что позволяет сформировать алгоритм экспертного анализа первичной сети.

5. Отличительной особенностью вторичных сетей является наличие в них механизма оперативной коммутации. В результате возникает объективная трудность с применением к таким сетям методов математической теории контроля качества, так как генеральная совокупность объектов контроля динамично изменяется. По этой причине формирование методов контроля качества во вторичной сети шло по пути частных решений. В результате в современных принципах контроля качества вторичной телефонной сети существует методический разрыв, связанный с автономным применением методов интрузивного (тестовые вызовы) и неинтрузивного (системы мониторинга, сбор статистики) контроля. Указанные методы интрузивного и иеинтрузивного контроля развиваются в настоящее время независимо и практически не связаны друг с другом. Использование методов территориально-распределенных измерений позволяет устранить этот методологический разрыв, связав определенным алгоритмом сценарий генерации вызовов интрузивной системы и данные от системы мониторинга.

6. В диссертационной работе был разработан связующий алгоритм между системами интрузивного и неинтрузивного контроля, в результате чего были разработаны принципы формирования адаптивного сценария генерации тестовых вызовов. Тем самым устраняется методологический разрыв, формируется единая система контроля качества телефонной сети и создаются условия для эффективного применения ко вторичным сетям теории контроля качества.

7. В условиях динамично изменяющегося количества вызовов в системе связи, которое представляет собой генеральную совокупность объектов контроля качества, использование равномерной схемы генерации тестовой нагрузки (эквивалент выборки) является неэффективным и приводит к плавающей точности оценки. Применение мультипликативной модели поведения генеральной совокупности вызовов в телефонной сети позволило создать адаптивный алгоритм генерации тестовой телефонной нагрузки для системы интрузивного тестирования ТфОП. Применение его уменьшает ошибку в анализе параметров качества системы и обеспечивает полностью автоматизированный круглосуточный цикл контроля качества.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, трех глав, Заключения, списка использованной литературы и 2 приложений. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста. Библиография включает 100 наименований. Приложения размещены на 7 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, определена практическая ценность работы и'приведена аннотация по главам. Перечислены научные и практические результаты диссертационной работы, выносимые на защиту.

В ГЛАВЕ 1 делается анализ современной ситуации в системе эксплуатации предприятий связи России и стран СНГ. Показана приоритетность построения современных систем эксплуатации и причины, породившие определенный перекос в построении отечественных систем эксплуатации. Показаны современные тенденции в развитии систем эксплуатации и методы их построения. В настоящее время существует два подхода к построению систем эксплуатации: распределенная система эксплуатации (для отечественной практики — самый распространенный метод) и централизованная система (на основе систем мониторинга и современных систем управления). Отдельно проанализирована роль измерительных средств, оборудования синхронизации и современных концепций управле-

ния в системе эксплуатации цифровой связи. На основе рассмотренной приоритетности делается вывод о первостепенной важности вопросов контроля качества для построения эффективной системы эксплуатации. Таким образом, принцип примата контроля качества должен быть положен в основу построения современных систем эксплуатации.

В главе делается обзор современной технической прессы, посвященный вопросам контроля качества в телекоммуникационных системах прямыми техническими методами. Приведены основные стандарты и методы по контролю качества в системах связи.

В соответствии с классической теорией контроля качества существует два основных принципа контроля: выборочный контроль на основе различных методов формирования выборок и сплошной контроль, предусматривающий анализ всей совокупности объектов контроля. Применительно к телекоммуникациям, перечисленные методы трансформируются соответственно в методы интрузивного и неинтрузивного контроля качества. В работе рассмотрены варианты применимости обоих методов контроля качества в системах связи.

Помимо приведенного выше методического деления задач контроля качества на интрузивные и неинтрузивные системы, в решении проблемы контроля качества в российской науке и практике установилось следующее деление задач. Все вопросы о нормировании и измерении параметров качества были разделены на четыре категории:

• нормирование качества первичной сети;

• нормирование качества вторичной сети (телефонии);

• нормирование качества мультисервисных сетей (передача данных);

• нормирование и контроль качества услуг.

В части перечисленных направлений деятельности связного сообщества был накоплен значительный материал, обзор которого и библиография приведена в главе 1.

Для построения эффективной системы эксплуатации необходимо первоприоритетно рассмотреть вопросы контроля параметров качества. Подсистема контроля качества может эффективно строиться:

на основе распределенных по сети измерительных средств с приложением методик регламентных измерений;

• на основе централизованных средств сбора и обработки статистики в системах управления;

• на основе комбинированных принципов с использованием территориально-распределенных измерительных комплексов.

Из перечисленных методов наиболее подходящим инструментом контроля является территориально-распределенные измерительные комплексы.

Типовая структура такого комплекса представлена на рис.1. Он состоит из двух подсистем: подсистемы сбора и подсистемы обработки информации. Подсистема сбора информации состоит из совокупности элементарных приборов, имеющих определенные спецификой ТРИК методики измерений и тестовые сценарии, интерфейсов подключения приборов к измеряемому объекту (сети или ее участку), а также каналов обмена данными между элементарными приборами и системой обработки данных и для обмена данных приборов друг с другом (например, существуют различные методы рассылки сценариев тестирования).

Подсистема обработки данных включает в себя центр сбора данных от элементарных приборов, различные средства современного программного обеспечения для хранения (базы данных) и обработки статистическими методами данных от комплекса в целом, а также различные устройства и программное обеспечение верхнего уровня, обеспечивающего эффективное использование измерительного комплекса.

Рис.1. Тииовая структура территориалыго-распределенного измерительного комплекса

В главе сформулированы преимущества измерительных комплексов в качестве средства эксплуатации и средства контроля качества. Показана их тесная связь с технологией TMN, взаимная дополнительность и, как следствие, возможность использования измерительных комплексов в системах диагностики и управления. Сформулирована концепция «мягкого TMN» в связи с проблематикой распределенных измерений параметров качества. Указана связь технологии распределенного контроля качества с АСОТЭ и ACOTO. Обоснована целесообразность рассмотрения технологии распределенных измерений в качестве основного метода для построения современных систем эксплуатации.

Использование территориально-распределенных измерительных комплексов для первичной и вторичной сети существенно различается в методологическом плане, поскольку объектом контроля в первичной сети выступает канал (в диссертации — цифровой канал El в качестве основного элемента современной первичной сети), а во вторичной сети телефонии — сеанс связи в сети (вызов от его начала до его завершения). В связи с показанной спецификой сделан вывод о необходимости раздельного рассмотрения алгоритмов контроля параметров качества первичной и вторичной сетей.

Даны общие для обоих случаев основания функционирования и применения распределенных измерительных комплексов. Использование методов распределенных измерений демонстрирует качественно новый уровень организации контроля качества в сетях связи за счет таких функций как:

• одновременность измерений,

• возможность широкого использования аппарата статистического анализа по временной и пространственной корреляции данных,

• многопараметричность результатов.

Рассматривая мировой и отечественный опыт в области методов контроля параметров качества систем связи, можно сделать вывод, что в настоящее время не существует единой теории качества в телекоммуникационных системах. Используемые методики развиваются отдельно, в частности можно указать методологический разрыв в принципах интрузивного и сплошного контроля качества во вторичных сетях. Можно также сделать вывод, что до настоящего времени математическая теория контроля качества использовалась в системах связи фрагментарно, а ее полномасштабное использование позволило бы создать единую систему контроля качества на единых научных принципах. В работе показано, что при-

менение территориально-распределенных методов контроля в качестве специального инструмента может обеспечить использование математического аппарата теории контроля качества.

В качестве вывода в главе 1 ставится вопрос об исследовании методов распределенного измерения и контроля параметров качества не только как нового специального инструмента контроля, но и с точки зрения технической основы для формирования единой системы эксплуатации в телекоммуникационных сетях. Для дальнейшего исследования сделан вывод о целесообразности рассмотрения отдельно методов контроля в первичной и вторичной сети и разработан общий метод исследования (рис.2).

Определение объекта Определение метода Применение аппарата и

контроля качества. интрузивного иги методов

генеральная не интрузивно го математической теории

совокупность объектов контроля качества контроля качества

Рис.2. Метод исследования проблемы распределенного контроля качества

В ГЛАВЕ 2 рассматриваются вопросы применения разработанного метода исследования в первичной сети. Основным элементом исследования является поток El, который представляет собой элемент генеральной совокупности. Этот элемент характеризуется набором параметров, соответствующих сигналам о неисправности (для систем El - 11 сигналов: LOS, AIS, LOF, RAI, CRC, CAS, MRAI, MAIS, REBE, LSS, SLIP) и параметрами ошибок (для систем El 4 типа ошибок: BITS, ECRC, EFAS, ECOD). Таким образом, каждый поток характеризуется в любой момент времени комбинированными вектор-данными:

1С= { Ari, E¡, tk } , где Ar. — вектор-данные по наличию неисправностей, i = 1,11, Ar. принимает значения 0 или 1 соответственно отсутствию/ наличию сигнала о неисправности, EJ — вектор-данные по абсолютному количеству ошибок за временной интервал разбиения tk.

В таком режиме представления данных в ТРИК первичной сети возможно эффективно использовать алгоритм гистограмм-хроног-раммного анализа (ГХА), который не только описывает структуру возникающих ошибок (гистограмма), но также учитывает причин-но-следственные связи между возникновением ошибок и сигналами о неисправностях в системе передачи.

Сравнительный анализ существующих методик измерений параметров цифровых каналов на основе Приказа №92 Минсвязи РФ

и ГХА показывает высокое эксплуатационное значение последнего. Причина в том, что классические методики позволяют только устанавливать параметры качества цифрового канала, тогда как использование ГХА позволяет идентифицировать первопричину возникшей неисправности, что более важно для целей эксплуатации.

В диссертации было сделано расширение принципов ГХА на специфику функционирования территориально-распределенных измерительных комплексов.

Первым этапом работы стало рассмотрение первичной сети в качестве объекта контроля качества и выбор генеральной совокупности объектов контроля. На основе этого выбора была построена модель цифровой первичной сети как совокупности первичных каналов (потоков Е1).

Было проведено исследование оптимального алгоритма представления данных с целью уменьшения объема передаваемой информации по технологической сети измерительного комплекса. В системах импортного производства (Celogic, Flexanet, Tau-Tron) для представления информации используется линейное представление в виде стандартных векторов X с фиксированным разбиением всего времени функционирования на стандартные интервалы tr В результате для работы такой системы необходимо использовать сравнительно высокоскоростной канал передачи данных (приблизительно 128-256 кбит/с на один измерительный модуль в 40-80 каналов Е1). В то же время сравнительный анализ данных показывает, что большая часть их представляет собой простое подтверждение исправности канала, т.е. не несет в себе проблемной информации. В связи с этим автором был разработан алгоритм оптимизации передачи данных на основе передачи информации с временными метками. В этом случае информация передается в виде вектор-данных 7= { Ar., Е., Тк}, где Тк является временной меткой возникновения любого отклонения от 0 любого из 15 параметров потока Е1.

Передача времени в виде абсолютного времени, а не номера отсчета, несколько увеличивает норму вектор-данных, так что norm (X) < norm (Y), в то же время частота генерации данных в сети значительно уменьшается / (Хп ) » / (Тп ). Моделирование эффективности при различных параметрах BER и статистической модели возникновения ошибок на основе биномиального распределения показывает следующую зависимость эффективного уменьшения объема передаваемых данных „ гЮ (рис.3). 71 ~ТЮ ~

а

2 а

е-

ю

10*

10

2 «о

а а

1*

2 А

10°

О Я

10

Оценка уровня эффективности сжатия данных для разных моделей ВЕЯ

Периодический ВЕН

х .

3 ш-1

10

Неординарный ВЕЯ

10 10" 10" Уровень ВЕЯ в относительных единицах

10"

Рис.3. Увеличение эффективности использования транспортной сети за счет использования алгоритма передачи данных с временными метками

Вторым этапом работы по формированию алгоритмов экспертного анализа (АЭА) данных о параметрах качества первичной сети стало исследование методов разделения процессов ухудшения качества в первичной сети на регулярную и случайные составляющие. Для этой цели были разработаны следующие алгоритмы:

• алгоритм выявления периодических процессов в первичной сети

• алгоритм выявления случайных процессов ухудшения качества в сети

Алгоритм выявления периодических процессов в первичной сети основан на преобразовании вектора данных {Т.} в матрицу {Л Г }в соответствии с принципом Л Г = Т.— Т., /</. В результате преобразования возникает треугольная вырожденная матрица разностей меток абсолютного времени. Выявление периодических процессов обеспечивается использованием аппарата статистического анализа по всей совокупности ненулевых элементов полученной матрицы. Возможно применение алгоритма по всей совокупности {Т.}, либо по подмножествам /у I , связанным с появлением определенных

сигналов Аг1, классов ошибок Е. или их совокупностей. На основании разделения процессов ухудшения качества в первичной сети на регулярные и нерегулярные процессы была предложена структура экспертной системы (рис.4)

Рис.4. Экспертная система ТРИК первичной сети

На основе исследования матрицы {А 7\} был детально разработан алгоритм экспертного анализа первичной сети, представленный на рис.5. Разработанный алгоритм был расширен на задачи многопараметрического анализа цифровых систем передачи, а также на задачи контроля качества в сложной составной первичной сети на основе технологий PDH и SDH. При рассмотрении задачи многопараметрического анализа специальное внимание было отведено учету иерархичной структуры данных сигналов о неисправностях в цифровых системах связи. Эта иерархичность приводит к появлению внутренних причинно-следственных связей между данными, поскольку сигналы о неисправностях генерируются каскадно. Для поиска таких причинно следственных связей был разработан специальный алгоритм (рис.6).

Отдельно было произведено исследование устойчивости алгоритма к возможной рассинхронизации элементарных приборов по системе точного времени. Было показано, что такая рассинхрони-зация не нарушает эффективной работы алгоритма.

Рис.5. Алгоритм выделения регулярной составляющей процесса возникновения битовых ошибок

^Нсу

Восстановление ГХАсретом КУЧИСТКМ»

)*

Нмыемктор«

процеосов {Ап. Т1, Т2>(кМ]

{Ал, Т1, Т2НЮ

Рис.6. Алгоритм поиска внутренних причинно-следственных связей в системе передачи

Обобщение результатов исследования привело к формированию экспертной системы анализа параметров качества первичной сети на основе трех разработанных алгоритмов экспертного анализа:

1. алгоритм выделения периодических составляющих количественных и качественных параметров первичной сети;

2. алгоритм поиска и фильтрации «вертикальных» связей между параметрами хронограмм;

3. алгоритм поиска и фильтрации «горизонтальных» связей между параметрами разных каналов.

Работа экспертной системы была представлена в виде универсального алгоритма поиска устранимых неисправностей в первичной сети (рис.7).

Рис.7. Универсальный алгоритм поиска устранимых неисправностей

в первичной сети

Практическая ценность разработанного алгоритма определяется тем фактом, что обнаруженные периодические (регулярные) процессы ухудшения качества определяются детерминированными причинами, так что всегда могут быть устранены службой эксплуатации. В результате, служба эксплуатации не только идентифицирует проблему, но также обеспечивает улучшение параметров качества сети связи.

ГЛАВА 3 посвящена исследованию принципов применения методов распределенного контроля качества во вторичной телефонной сети.

Особенностью вторичной сети телефонии является наличие в ней механизма оперативной коммутации, который приводит к сложности применения математического аппарата теории контроля качества. Эта особенность была детально рассмотрена и в результате в качестве объекта генеральной совокупности была выбрана совокупность всех вызовов (звонков) в системе связи.

Поведение генеральной совокупности было исследовано на практическом примере использования ТРИК. За основу исходных данных были приняты данные о количестве сообщений 1АМ в системе ОКС7 сети ЗАО «Комбеллга». Количество сообщений ТАМ вычислялось с интервалом в 1 мин. в течении января месяца 2003 г. Первичный анализ интенсивности потока вызовов в сети ЗАО «Комбеллга» показал высокую коррелированность трафика рабочих дней между собой (коэффициент корреляции 0,98-0,998) и трафика выходных дней (без различия субботы и воскресения) между собой (коэффициент корреляции 0,97-0,987). Корреляция между трафиком рабочих и выходных дней отсутствует (коэффициент 0,76-0,79). Исходя из этого, было решено строить модель на основании данных о рабочих днях (14440 записей на 17 рабочих дней).

Рассматривая дисперсию количества вызовов параллельно по дням, были обнаружены две важных закономерности поведения трафика. Трафик условно может быть разбит на три группы:

Трафик от 1-00 до 9-10 подчиняется модели БО) = фл + Щг), т.е. может быть представлен в виде суммы регулярной функции от времени и распределенной и не зависящей от времени случайной величины <рл. Соответствие этой модели подтверждается постоянством дисперсии по всем рабочим дням.

Трафик от 9-10 до 19-10 соответствует модели Б^) = <рп • Щ). Для выявления этой закономерности данные по работам дням были прологарифмированы, а затем анализировалась дисперсия по совокупности дней - 1п(фл) + В результате было показано постоянство дисперсии в заданном интервале (рис. 8).

900 1000,

Врем* в ямупд

а)

Рис.8. Поведение дисперсии по совокупности дней — данные по рабочим дням (а), логарифмированные данные (в)

Трафик от 19-00 до 1-00 представляет собой случайный процесс, не представимый в виде простых моделей.

Возможность представления потока вызовов в период с 9-10 до 19-10 (наиболее интересный период функционирования сети) в виде случайного процесса, разложимого на составляющие случайной величины и регулярной функции имеет высокую ценность для теории моделирования современных систем связи.

Для периода повышенной нагрузки оказалась применима мультипликативная модель S(t) — фл • R(t) . Исследование параметров распределения величины <ря велось на основании алгоритма, представленного на рис. 9.

Исходные денные

S(t>

Поиск среднего M(S)

Нормирование

денных

S-(t) = S{t)/M(S)

SUD-miS-f«)

Фильтрация

денных

заданного

интервала

Сглаживание данных методом усреднения с заданным размером окна

Выделение Ksi» SL(t)-Hm

Статистический анализ распределения Кв1

Рис.9. Алгоритм исследования параметров <р

В результате анализа было найдено условие корректного усреднения данных 1

О -> гт2> I), М < 10 мин

' 1а |-д

Было показано, что поведение <рл может быть аппроксимировано функцией нормального распределения (рис.10).

Эмпирическая функция распределения СОР

Рис.10. Сравнение функций нормального распределения и эмпирической функции

Были найдены доверительные интервалы аппроксимации эмпирической функции нормальным распределением для точности оценки Р = 95%.

ц е [-0.00113753; 0.00099672] об [0.5987; 0.61548]

В результате моделирования, таким образом, были получены два важных инварианта вызывного потока: табулированная функция Я(() и параметр распределения фя.

Полученные данные были использованы для разработки единой системы контроля качества на основе комбинации интрузивной и неинтрузивной частей территориально-распределенного измерительного комплекса (рис.11).

Рис.11. Методы сбора данных и два варианта распределенных комплексов

Для этой цели был сделан анализ методики работы интрузивной системы на основе разработанной системы «Симфония». Было показано, что отражением выборочного метода применительно к интрузивной системе является сценарий генерации вызывного трафика.

В результате сравнения фиксированного и адаптивного сценария была получена параметрическая зависимость интенсивности тестового трафика от интенсивности рабочего трафика при заданной постоянной точности оценки параметров качества \ (рис.12).

Рис.12. Зависимость интенсивности тестового трафика от интенсивности трафика в сети при условии сохранения точности оценки

Аналитически эта зависимость была получена в виде соотношения п = 1п ( N ^ ), где параметр й = с! (К, к) зависит от табулированной функции Щг) мультипликативной модели трафика, параметров точности оценки параметров качества и среднестатистического параметра качества для телефонных сетей р=А87?

к АБЯ = р — 0.1 - 0.4 .

Результаты разработанного алгоритма были обобщены на случай распределенной сети. Было показано, что в случае распределенной системы использование адаптивного сценария генерации вызывного трафика дает преимущества, связанные с гибким перераспределением тестовой нагрузки в соответствии с изменением распределения нагрузки в сети.

Предложенная выше концепция использования систем интрузивного типа с адаптивным сценарием дает возможность достижения методического единства измерения качества во вторичной сети (рис.13). Таким образом, преодолевается методологический разрыв интрузивных и неинтрузивных методов контроля качества и создается методи-

Рис.13. Объединение методов интрузивного и неинтрузивного контроля и формирование единой системы контроля качества

В ЗАКЛЮЧЕНИИ излагаются основные результаты и выводы диссертационной работы: 1. Проведенные исследования в области алгоритмов экспертного анализа параметров качества позволяют значительно оптими-

зировать функционирование больших измерительных систем. Построение системы эксплуатации на основе распределенных измерительных комплексов представляет собой ноу-хау, не реализованное в отечественной и мировой практике. Учитывая, что отечественное производство имеет слабые стороны в области аппаратных средств и сильные — в области программного обеспечения, рассмотренные методы организации эксплуатации соответствуют конъюнктуре отечественного производства. Следовательно, направления практических разработок, задаваемые исследованиями диссертации, могут обеспечить значительное превосходство российской инженерной школы по сравнению с импортными разработками.

2. Использование территориально-распределенных измерительных комплексов дает уникальную возможность объективно применить к области телекоммуникаций математический аппарат теории контроля качества. Применение единого математического аппарата позволяет создать единую технически-ориентированную систему контроля качества в телекоммуникациях, устранить методические разрывы между различными методами контроля качества в первичной сети и вторичной сети телефонной связи.

3. Разработанный алгоритм анализа качества первичной сети имеет прикладную ценность и позволяет реализовать уникальные возможности анализа первичной сети в целом, с учетом связи различных подсистем передачи в единое целое. Разработанный в работе прикладной алгоритм передачи данных с временными метками позволяет расширить емкость измерительного комплекса первичной сети на несколько порядков, решая тем самым вопрос о расширении охвата системы мониторинга до уровня национальных и областных систем контроля качества.

4. Рассмотренные методы контроля качества вторичной сети с использованием методов распределенного контроля позволяют устранить методический разрыв между интрузивными методами контроля и методами сплошного контроля, взаимно дополнить их и обеспечить формирование единой в методическом смысле системы контроля качества.

5. Разработанный алгоритм адаптивного сценария интрузивного тестирования системы телефонной связи позволяет добиться постоянной точности оценки параметров качества в разное время суток, обеспечивая одновременно автоматизацию измерений и круглосуточный контроль качества.

Все разработанные алгоритмы внедрены в виде отдельных модулей, подсистем и алгоритмов функционирования существующих в отечественной практике измерительных комплексов. Алгоритмы экспертного анализа легли в основу разработки единой системы автоматизированной эксплуатации VisioNet.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Бакланов И.Г. Роль территориально-распределенных измерительных комплексов (ТРИК) в организации измерений в современной системе электросвязи. Тезисы докладов на Международном форуме информатизации (МФИ-2000). М., 2000

2. Бакланов И.Г. Использование территориально-распределенных измерительных комплексов (ТРИК) для контроля качества (QoS) телефонной сети общего пользования. Тезисы докладов на Международном форуме информатизации (МФИ-2000). М., 2000

3. Бакланов И.Г. Использование территориально-распределенных измерительных комплексов (ТРИК) для обеспечения эксплуатации современных систем ОКС 7. Тезисы докладов на Международном форуме информатизации (МФИ-2001). М., 2001

4. Бакланов И.Г. Использование территориально-распределенных измерительных комплексов (ТРИК) для измерения качества сигнального трафика систем ОКС 7. Тезисы докладов на Международном форуме информатизации (МФИ-2001). М., 2001

5. «Принципы построения современных систем эксплуатации», под. ред Бакланова Пособие для операторов, системных интеграторов и специалистов, Metrotek, 2002, 350 стр.

6. Бакланов И.Г. Концепция «мягкого TMN» и роль измерительной техники в системах управления, Вестник связи, №8, 2002 г.

7. Бакланов И.Г. О сплиттерах, оптических кроссах и слепой службе эксплуатации SDH, Вестник связи, №3, 2003 г.

8. Бакланов И.Г. "Измерительная техника современных телекоммуникаций", Контрольно-измерительные приборы и системы связи, Апрель, 1997 г.

9. Бакланов И.Г. Технология контроля качества мультисервисных сетей. Тезисы доклада на научно-практическом семинаре, Самарская академия информатизации, «Волжский утес», 2001

10. Система автоматизированной эксплуатации VisioNet, Полное техническое описание v. 1.0, под ред. Бакланова И.Г., PR-GROUP, в 6 томах.

\

»16840

i

i

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА В СОВРЕМЕННЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

1.1. Задача построения эффективных систем эксплуатации и проблема контроля качества.

1.1.1. Проблема построения эффективной системы эксплуатации цифровых сетей.

1.1.2. Политика в области эксплуатации и проблема контроля качества.

1.1.3. Принципы построения современных систем эксплуатации.

1.2. Понятие территориально-распре деленного измерительного комплекса (ТРИК).

1.3. Основные типы ТРИК.

1.4. Анализ современных методов контроля качества в телекоммуникационных сетях с коммутацией каналов.

1.4.1. Классическая теория контроля качества и ее применение в телекоммуникациях.

1.4.2. Интрузивные и неинтрузивные методы контроля качества с системах связи.

1.4.3. Контроль качества в отечественных системах связи.

1.4.4. Нормирование и контроль качества в цифровой первичной сети.

1.4.5. Нормирование и контроль качества во вторичной телефонной сети.

1.4.6. Нормирование и контроль качества вмультисервичных сетях.

1.4.7. Нормирование и контроль качества услуг.

1.5. Использование ТРИК для контроля параметров качества сетей связи.

1.6. ТРИК как универсальное решение методологических и системных проблем эксплуатации

1.7. Основной метод исследования диссертационной работы.

В период последних десятилетий в России наблюдается широкое внедрение цифровых систем связи. Построение современных сетей неразрывно связано с построением систем эксплуатации. Особенностью современных цифровых систем связи является «бинарная» логика их работы, основанная на передачи любой информации в виде бинарных символов (0 или 1).

Пронизанные «бинарной» логикой, цифровые системы связи демонстрируют пороговый эффект ухудшения своей работы, когда система связи деградирует по многим показателям одновременно и непредсказуемо для оператора. Аналоговая система проявляется эффект постепенного ухудшения параметров, например, постепенное уменьшения отношения сигнал/шум, так что полезный сигнал в конце концов оказывается подавленным шумами. Цифровая система связи будет до последнего поддерживать приемлемый уровень качества передачи сигналов. В случае, если по каким-либо причинам это оказывается невозможным, система не обеспечивает соединения вообще. Таким образом, появляется «пороговый эффект» ухудшения качества, когда любая неисправность приводит к серьезным нарушениям и возникает неожиданно для оператора.

По причине этой особенности цифровой технологии в мировой практике особое значение уделяется целому ряду превентивных мер, направленных на предотвращение возможных неисправностей. Особое внимание отводится принципам построения систем эксплуатации, от классической эксплуатации телефонной сети общего пользования до современных систем контроля качества трафика мультисервисных сетей (Assurance Systems) национального и транснационального масштаба.

Проблема построения эффективной системы эксплуатации неразрывно связана с задачей нормирования и контроля параметров качества сети оператором. Иерархия приоритетов здесь построена следующим образом: системы связи - качество - эксплуатация как деятельность, направленная на улучшение параметров качества.

Особенностью развития цифровых систем связи в России в последние десять лет является перекос в построении систем эксплуатации, так как проблема качества в это время была отнесена к низкоприоритетным. Как следствие, построение систем эксплуатации шло по остаточному признаку, а деятельность и структура систем эксплуатации строились в соответствии с нормами 30-50-х гг., что в значительной мере определило отставание отечественных систем эксплуатации от мирового уровня. Например, официальная статистика по уровню оснащенности предприятий измерительными средствами дает данные от 1,5 до 3% от необходимых количеств. Из этого следует важный вывод: системы эксплуатации для большинства государственных операторов должны строиться фактически заново с «чистого листа». Вопросы контроля качества также фактически не решались в отрасли до последнего времени, когда была разработана программа сертификации качества предоставления услуг на основе требований стандарта IS09000/9001. В соответствии с предложенными в этом стандарте методиками, контроль качества в системах связи выполняется маркетингово-социологическими методами, не связанными напрямую с технической специализацией отрасли связь. В рамках пр01раммы по контролю качества услуг в этом случае в административной структуре предприятий начали создаваться отделы контроля качества, основным направлением которых стала деятельность по контролю нетехническими методами (анкетирование, социологические опросы, маркетинговые исследование, разработка альтернативных планов тарификации и пр.). В то же время методы точного контроля параметров качества оказались исключенными из рассмотрения и широкого обсуждения связного сообщества.

В этой ситуации целесообразно ориентироваться сразу на решение не только вопросов построения эффективных систем эксплуатации, но и вопросов контроля качества, причем в основу самом системы эксплуатации необходимо положить принцип приоритетности задач контроля качества

Положив в основу рассмотрения эффективности построения систем эксплуатации принцип первоприоритетного контроля качества, в предлагаемой работе были сделаны исследования по современным методам экспертного анализа сетей и измерению параметров качества, а также применимости к области телекоммуникаций математического аппарата классической теории контроля качества, изначально ориентированной на промышленное производство.

Основными методами технического контроля качества в телекоммуникациях являются:

• встроенные средства диагностики современных цифровых устройств связи;

• независимые средства контроля (измерительные средства и средства контроля индикаторного типа);

• территориально-распределенные измерительные комплексы

Из перечисленных методов наибольшее значение в настоящее время имеют территориально-распределенные измерительные комплексы (ТРИК), поскольку они являются новым и сравнительно с остальными методами эффективным инструментом контроля параметров качества в системах связи.

Территориально-распределенные измерительные комплексы (ТРИК) получили распространение наравне с измерительными приборами в мировой технологии эксплуатации систем связи в период последних десяти лет. ТРИК являются следствием интеграционных процессов в технологии измерений и отражают влияние процессов создания систем глобального управления деятельностью человека на сферу отрасли связь. Несмотря на привлекательность ТРИК в качестве инструмента эксплуатации, до настоящего времени не было проведено серьезного анализа этих объектов в части использования для эксплуатации систем связи.

Суть ТРИК заключается в том, что на сети устанавливается большое количество элементарных приборов (ЭП), функциональность каждого из которых значительно ниже функциональности специализированных приборов. Данные от ЭП передаются в единый центр, где оперативно и статистически обрабатываются с использованием различных алгоритмов экспертного анализа (АЭА).

С точки зрения метрологии, теории эксплуатации средств связи и смежных с ними дисциплин ТРИКи представляют собой уникальное, новое явление в области современных средств измерений. Традиционные методы контроля и измерения параметров качества в сетях связи были основаны на использовании традиционных средств измерений (приборов) с заданной методикой и локальной точкой подключения. ТРИК обеспечивают измерения параметров целой системы измерительных средств, объединенных в сеть сбора и обработки информации, т.е. синтез между классическими методиками эксплуатации, современными информационными системами, базами данных и системами управления.

В части практических методик ТРИКи дают следующие преимущества:

• одновременность измерений в нескольких точках на сети;

• долговременный анализ параметров;

• возможность реализации режима измерений с накоплением данных и с анализом распределения параметров, как по времени, так и в пространстве;

• широкое применение методов статистического анализа для получения информации о сети в целом и об отдельных ее подсистемах.

В части технологии эксплуатации ТРИКи дают следующие преимущества:

• обеспечивают формирование политики в области контроля качества техническими средствами в противовес используемым в настоящее время методам социологического анализа (анкетирование потребителей, маркетинговый анализ эффективности внедрения услуг и пр.);

• дают возможность эффективного контроля инвестиционной и инновационной политики;

• обеспечивают решение задачи сравнения сетей разного состава и топологии;

• уменьшают количество высококвалифицированного персонала;

• дают новое качество эксплуатации.

Первые применения ТРИК в мировой практике показали высокую их эффективность и рентабельность. Применения ТРИК в России были стимулированы деятельностью холдинга компаний, возглавляемого автором. До последнего времени общая теория ТРИК, принципы их функционирования не обсуждались в отечественной научно-технической литературе. Это было обусловлено во многом высокой стоимостью проектов по внедрению ТРИК и, как следствие, их малой распространенностью.

Для решения проблем связи в России ТРИКи представляют собой чрезвычайно важное направление по следующим причинам:

1. В настоящее время только технология ТРИК может позволить сформировать эффективную систему эксплуатации сетей операторов в обстановке полной деквалификации служб эксплуатации

2. ТРИК позволяет решить проблему контроля качества, эффективного планирования, развития и инвестиционной деятельности предприятий связи

3. В ситуации России, где по официальным данным оснащенность предприятий измерительной техникой составляет 1,5-3% от необходимых потребностей, ТРИК может внедряться вне конкурентных технических решений на основе отдельных приборов.

4. Для развития отечественной инженерно-технической школы ТРИК представляет собой важное направление, которое может позволить отечественной промышленности средств связи опередить по инновациям развитые западные страны.

Таким образом, актуальность рассмотрения проблемы контроля качества именно в контексте технологии ТРИК обусловлена тем, что в, настоящее время Россия готова использовать эту технологию, причем создавать свои современные технические решения на ее основе. В то же время даже основные алгоритмы функционирования ТРИК (за исключением заимствованных из мирового опыта и стандартизационных документов ITU-T) не разрабатывались и не рассматривались.

Применительно к проблеме контроля качества реализованные принципы одновременности измерений и централизованного контроля делают ТРИК основным инструментом эксплуатации. В настоящее время только эта технология может позволить сформировать эффективную систему эксплуатации сетей операторов в обстановке полной деквалификации служб эксплуатации

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена тем, что требование построения эффективных систем эксплуатации и решение вопроса централизованного контроля качества приводят к необходимости всестороннего исследования методов технического контроля качества и разработке алгоритмов экспертного анализа В таком исследовании целесообразно рассматривать в качестве наиболее мощного инструмента территориально- распределенные измерительные комплексы (ТРИК). Также существенно, что в настоящее время Россия готова использовать технологию распределенных измерительных комплексов, причем создавать свои современные технические решения на основе этой технологии, выходящие на уровень мировых разработок.

Целью диссертационной работы является исследование методов и разработка алгоритмов экспертного анализа параметров качества первичной и вторичной сетей связи с использованием территориально-распределенных измерительных комплексов в качестве основного инструмента контроля и формирование устойчивых алгоритмов сбора и обработки данных в таких комплексах и принципов их эффективного функционирования для решения задач контроля качества. Для этого было сформулировано две задачи исследования. Стратегической и теоретической задачей исследования является разработка принципов использования математического аппарата теории контроля качества применительно к телекоммуникациям, поскольку измерительные комплексы обеспечивают теоретическую возможность такого применения. Практической задачей исследования являлась разработка алгоритмов экспертного анализа параметров качества с помощью измерительных комплексов с точки зрения выявления процессов ухудшения параметров качества в системе связи.

Научная новизна диссертационной работы основана на разработанных методиках экспертного анализа параметров качества системы связи с использованием территориально-распределенных измерительных комплексов и алгоритмах функционирования этих комплексов в системе эксплуатации оператора связи

Подробнее, в работе были сделаны следующие новые исследования и разработки:

1. Разработана методика экспертного анализа параметров качества первичной сети, основанная на обнаружении периодических процессов ухудшения качества и разложения данных по параметру битовых ошибок (BER) по составляющим случайного и системного процессов возникновения ошибок в системе.

2. Для оптимизации загрузки информационной составляющей измерительного комплекса разработан метод представления данных в комплексах для первичной сети.

3. Для анализа качества телефонной сети общего пользования рассмотрены принципы функционирования территориально-измерительных комплексов интрузивного типа. Разработан алгоритм оптимизации тестовой нагрузки от измерительного комплекса на сеть на основе модели поведения интенсивности потока вызовов телефонной сети.

4. В работе исследовались принципы построения единой системы контроля качества первичной и вторичной сети на основе применения математического аппарата теории контроля качества. Отдельно рассмотрены вопросы выбора генеральной совокупности объектов контроля, разработаны методы сплошного и выборочного контроля применительно к телекоммуникациям.

Все результаты получены в диссертационной работе автором лично. Их практическая ценность была подтверждена рядом внедрений и использованием разработанных алгоритмов в ТРИК отечественного производства.

3.14. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ГЛАВЫ

1. При исследовании ТРИК вторичной сети была показана общая классификация методов контроля качества телефонных сетей на основе рассмотрения пассивных (на основе мониторинга сигнализации) и активных методов (на основе тестовых вызовов). В обоих случаях показаны принципы использования ТРИК

2. Было показано, что использование ТРИК позволяет в полной мере применить к задаче контроля качества в сетях связи математический аппарат теории контроля качества. В качестве генеральной совокупности в этом случае выступают вызовы (или соединения). Использование ТРИК и указанного математического аппарата позволяет создать единую систему контроля качества во вторичной сети телефонии, устраняя методологический разрыв между интрузивными и неинтрузивными методами, существующий в настоящее время.

Для применения интрузивных методов были рассмотрены два варианта построения системы: на основе фиксированного и адаптивного сценария обзвона абонентов. Были приведены оценки точности измерения параметров качества в каждом методе и рассмотрен вопрос об уровне тестовой нагрузки на сеть. Была выведена параметрическая зависимость между тестовым трафиком интрузивной системы и трафиком в сети при условии постоянной точности оценки параметров качества. На основании модели потока вызовов большой сети была рассмотрена эффективность использования разных сценариев на основе простой модели тестирования Са11-центра. На этой модели было показано, что адаптивный сценарий не несет никаких преимуществ в случае однородной сети. В случае многомодальной по распределению трафика сети адаптивный сценарий дает большие преимущества, позволяя перераспределяя тестовую нагрузку и тем самым уменьшая ее уровень в сети при заданном параметре точности оценки. Применимость того или иного метода зависит от конкретных параметров сети, ее функциональности, топологии и пр. Разработанные алгоритмы вошли в новое ТЗ на доработки системы «Симфония» версии 2.0 и подсистемы контроля качества телефонной сети VisioNet.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Заключении перечислим основные результаты и выводы диссертационной работы:

1. В основу построения современной системы эксплуатации должен быть положен принцип первичной приоритетности решения задачи контроля качества. Объективный анализ современного состояния отечественных систем эксплуатации показывает, что в настоящее время службы эксплуатации большинства предприятий России находятся в состоянии деквалификации, деморализации и крайне низкой технической оснащенности, так что имеет смысл говорить о необходимости построения систем эксплуатации «с нуля». Принципы нормирования, измерения и контроля качества систем связи в России до конца не проработаны, в ряде случаев имеют методологические разрывы или построены на нетехнических средствах. Единой политики в области измерения качества у отечественных операторов нет.

2. Системы эксплуатации могут быть построены на принципах централизованной или распределенной системы эксплуатации. В сложившейся в России ситуации только централизованные системы эксплуатации могут обеспечить решение своих задач. Особенно эффективным методом построения современных систем эксплуатации является использование территориально-распределенных измерительных комплексов (ТРИК), которое представляют собой универсальное решение всех перечисленных выше проблем. Реализованные принципы централизации обработки информации и одновременности измерений в этом случае обеспечивают формирование технически корректной единой системы контроля качества. Принцип независимости от оборудования оператора значительно повышает оперативность развертывания ТРИК и повышает его результативность. Унификация методик нормирования, измерения и контроля параметров качества, связанная с использованием методов распределенных измерений, основана на единстве математического аппарата, в основе которого должна быть положена математическая теория контроля качества. Все вышеизложенное делает ТРИК важным объектом исследования в контексте рассмотрения вопросов контроля параметров качества систем связи, что и определило направленность диссертационной работы.

3. Использование территориально-распределенных измерительных комплексов дает уникальную возможность объективно применить к области телекоммуникаций математический аппарат теории контроля качества. Применение единого математического аппарата позволяет создать единую технически-ориентированную систему контроля качества в телекоммуникациях, устранить методические разрывы между различными методами контроля качества в первичной сети и вторичной сети телефонной связи.

4. Рассмотренные в диссертационной работе методы контроля параметров цифровой первичной сети имеют стратегическую ценность и позволяют реализовать уникальные возможности анализа первичной сети в целом, с учетом связи различных подсистем передачи в единое целое. С точки зрения методик анализа параметров качества, такой подход позволяет перейти от контроля отдельных каналов к анализу первичной сети как сетевому элементу современной системы электросвязи. Тем самым достигается новое качество эксплуатации, обеспечивается идентификация процессов ухудшения качества, затрагивающих не только один участок первичной сети, но и всю первичную сеть.

Рассмотренный метод контроля нашел практическую реализацию в форме алгоритма экспертного анализа первичной сети. В основу алгоритма был положен принцип разделения данных о параметрах ошибок на регулярную и случайную составляющие. В работе было показано, что регулярная составляющая всегда может быть устранена усилиями системы эксплуатации, тем самым применение разработанного алгоритма может эффективно уменьшать параметр ошибки. В зависимости от степени соотношения регулярной и случайной компонент параметра ошибки, разработанный метод экспертного анализа позволяет в целом уменьшать параметр ошибки в цифровых сетях от нескольких до нескольких десятков процентов, что было показано в ходе применения алгоритма на сети ЮТК.

5. Рассмотрение методов контроля качества во вторичной сети с использованием ТРИК позволяет устранить методический разрыв между интрузивными методами контроля и методами сплошного контроля, взаимно дополнить их и обеспечить формирование единой в методическом смысле системы контроля качества. Разработанный метод эффективного контроля параметров качества путем формирования адаптивного сценария интрузивного тестирования системы телефонной связи позволяет добиться постоянной точности оценки параметров качества в разное время суток, обеспечивая одновременно автоматизацию измерений и круглосуточный контроль качества. Применение этого метода в рамках всей телефонной сети позволяет значительно (в пределах нескольких процентов ресурса) разгрузить ресурс сети за счет уменьшения уровня тестовой нагрузки в ЧНН и перераспределения ее в рамках всей сети. При этой точность измерения параметров качества останется неизменной за счет применения статистических методов анализа с накоплением.

6. Разработанный в диссертации новый метод передачи данных с временными метками позволяет расширить емкость ТРИК первичной сети на несколько порядков, решая тем самым вопрос о расширении охвата системы мониторинга до уровня национальных и областных систем контроля качества. Реализация методики передачи данных с временными метками в форме алгоритма позволяет расширить емкость измерительного комплекса без каких-либо изменений в параметрах его функционирования. Анализ устойчивости алгоритма показывает, что он может быть эффективно использован в любых разработках измерительных комплексов без каких-либо ограничений на стабильность синхронизации по системе точного времени.

7. Проведенные исследования в области методов экспертного анализа параметров качества позволяют значительно оптимизировать функционирование больших измерительных систем. Построение системы эксплуатации на основе распределенных измерительных комплексов представляет собой ноу-хау, не реализованное в отечественной и мировой практике. Учитывая, что отечественное производство имеет слабые стороны в области аппаратных средств и сильные - в области программного обеспечения, рассмотренные методы организации эксплуатации соответствуют конъюнктуре отечественного производства. Следовательно, направления практических разработок, задаваемые исследованиями диссертации, могут обеспечить значительное превосходство российской инженерной школы по сравнению с импортными разработками.

8. Проведенные исследования в области принципов функционирования ТРИК позволяют значительно оптимизировать работу больших измерительных систем. Направления работы, задаваемые исследованиями диссертации, имеют практическую ценность в части разработки уникальных измерительных и контрольных решений.

9. Все разработанные методы и формализации их в виде алгоритмов внедрены в виде отдельных модулей, подсистем и алгоритмов функционирования существующих в отечественной практике ТРИК. Методы экспертной оценки легли в основу разработки единой системы автоматизированной эксплуатации VisioNet.

СЛОВАРЬ СОКРАЩЕНИЙ

АЭА. Алгоритм экспертного анализа

ВОЛС. Волоконно-оптические линии связи

ГХА. Гистограмм-хронограммный анализ

КПВ. Контроль посылки вызова.

ОКС7. Система общеканальной сигнализации №7

ПСП. Псевдослучайная последовательность.

ТРИК. Территориально-распределенный измерительный комплекс

ТфОП. Телефонная сеть общего пользования

ФАПЧ. Фазовая автоподстройка частоты.

ЧНН. Часы наибольшей нагрузки

ЭМИ. Электромагнитное излучение.

ЭП. Элементарный прибор

ASR. Answer Seizure Ratio. Коэффициент успешных соединений, процент соединений, оканчивающихся подтверждением о выделении соответствующего ресурса. Фиксируется по наличию сообщения АСМ в ответ на запрос о предоставлении услуги (IAM)

ATM. Asynchronous Transfer Mode. Асинхронный режим переноса BER. Bit Error Rate. Параметр битовой ошибки CDR. Call Data Record. Запись о вызове.

IE. Information Element. Информационный элемент сообщения. NER. Network Effectiveness Ratio. Коэффициент эффективности сети, процент всех соединений, в результате которых вызов оканчивается элементом Cause нормального класса NTP. Network Timing Protocol. Протокол временной синхронизации PDH. Plesiochronous Digital Hierarchy. Плезиохронная цифровая иерархия QoS. Quality of service. Контроль качества услуг SDH. Synchronous Digital Hierarchy. Синхронная цифровая иерархия TMN. Telecommunication Management Network. Глобальная система управления связью

1. Андрианов ГА. Использование системы распределенного мониторинга ОКС №7 для обеспечения качества обслуживания в ТфОП. В стадии публикации.

2. Бакланов И.Г, Методы измерений в системах связи, "ЭКО-Трендз", Москва, 1999 г., 170 стр.

3. Бакланов И.Г. ISDN и IP-телефония, Вестник связи, №4,1999 г.

4. Бакланов И.Г. Анализаторы протоколов передачи данных — в погоне за временем и технологией, «Информкурьерсвязь», №8,2001

5. Бакланов И.Г. Глобализация и «временная смерть» рынка измерительных приборов, «Коннект», №11,2002 г.

6. Бакланов И.Г. Диалектика телекоммуникационных технологий, Вестник связи, №9,1998 г.

7. Бакланов И.Г. Измерения Е1: подходы, методы, тенденции, Вестник связи, №10, 1999 г.

8. Бакланов И.Г. Измерительная техника современных телекоммуникаций, Контрольно-измерительные приборы и системы связи, Апрель, 1997 г.

9. Бакланов И.Г. Измерительное звено системной интеграции, Сети и системы связи, №2,1997 г.

10. Ю.Бакланов И.Г. Использование территориально-распределенных измерительных комплексов (ТРИК) для обеспечения эксплуатации современных систем ОКС 7. Тезисы докладов на 57 научной сессии МНТОРЭС им. А.С. Попова. М., 2001

11. П.Бакланов И.Г. Использование территориально-распределенных измерительных комплексов (ТРИК) для измерения качества сигнального трафика систем ОКС 7. Тезисы докладов на 57 научной сессии МНТОРЭС им. А.С. Попова. М., 2001

12. Бакланов И.Г. Концепция "мягкого TMN" и роль измерительной техники в системах управления, Вестник связи, №8,2002 г.

13. Бакланов И.Г. О сплиттерах, оптических кроссах и слепой службе эксплуатации SDH, Вестник связи, №3,2003 г.

14. Бакланов И.Г. Современный рынок измерительной техники: состояние, тенденции и решения, Вестник связи, №8, 2000 г.

15. Бакланов И.Г. Технология измерений мультисервисных сетей. Тезисы доклада на научно-практическом семинаре, Самарская академия информатизации, «Волжский утес», 2001

16. Бакланов И.Г., ISDN и FRAME RELAY: Технология и практика измерений, "ЭКО-Трендз", Москва, 1998 г, 186 стр.

17. Бакланов И.Г., Батулин Г.И. Современные анализаторы спектра, №5, 1999 г.

18. Бакланов И.Г., Измерительно-контрольные системы технология измерений XXI века, "Телевестник" № 3,1997 г

19. Бакланов И.Г., Технологии измерений в современных телекоммуникациях , "ЭКО-Трендз", Москва, 1997 г., 139 стр.

20. Бакланов И.Г., Технология измерений в первичной сети, т.1. «Системы El, PDH, SDH» "ЭКО-Трендз", Москва, 2000 г., 152 стр.

21. Бакланов И.Г., Технология измерений в первичной сети, т.2. «Системы синхронизации, B-ISDN, ATM», "ЭКО-Трендз", Москва, 2000 г., 150 стр.

22. Вентцель Е.А. Теория вероятности., Высшая школа, 2002

23. Вентцель Е.А., Орлов. Теория случайных процессов, Высшая школа, 2002

24. Гольдштейн Б. С. Сетевой мониторинг: проблемы и решения. Вестник связи, 2002, №4

25. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 Основы применения. Полное руководство пользователя. COJIOH-Пресс, 2002

26. В.А. ЕФИМУШКИН и др. Классы качества услуг IP-телефонии. Перспективы внедрения, "Вестник Связи" № 01 2002

27. ИВАНОВ.В.Р. Контроль качества услуг связи "Вестник Связи" № 05 '99

28. Корн Г.А. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых машинах. Москва: Мир, 1968

29. Лагутин B.C., Степанов С.Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи

30. Лившиц Б.С., Фидлин Я.В., Системы массового обслуживания с конечным числом источников. М: Связь, 1968

31. МИШЕНКОВ С.Л. Цель измерение качества предоставляемых услуг, - "Вестник Связи" № 05 '99

32. Мухин С.В. Определение вероятности появления ошибочного пакета при известных первичных статистических характеристиках на канале тональнойчастоты//Методы оценки систем и передачи данных//Сб. науч. тр. М.: МАЭН, 1999.-С. 108-115.

33. Мухин С.В. Метод сбора статистики при работе по стандартному каналу тональной частоты, предназначенному для передачи данных//Методы оценки систем и передачи данных//Сб. науч. тр. М.: МАЭН, 1999. - С. 84 - 97.

34. Мухин С.В. Эксперименты на каналах тональной частоты/УМетоды оценки систем и передачи данных//Сб. науч. тр. М.: МАЭН, 1999. - С. 97 - 108.

35. Мухин С.В. Тестирование системы сигнализации: от кабеля до ОКС7, Сети и системы связи №12,2002

36. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2002.

37. ПОПОВ С.А., Качество можно измерить, "Вестник Связи" № 01 2002

38. Принципы построения современных систем эксплуатации, под.ред Бакланова И.Г. Пособие для операторов, системных интеграторов и специалистов, Metrotek, 2002, 350 стр.

39. Пшеничников А.П., Степанов С.Н. Модели систем связи с повторными вызовами. //Учебное пособие. МТУСИ. М.:1993,20 с

40. Розенцвайг И.З., Фельдман A.M., Яльчик Г.В. Алгоритмизация сбора информации для детальной регистрации вызовов и расчет нагрузки на выделенную транспортную сеть в системе распределенного мониторинга сетей ОКС-7,2002, в печати.

41. Симфония. Руководство по эксплуатации Версия 1.0. Метротек, 2001

42. Система автоматизированной эксплуатации VisioNet, Полное техническое описание v.1.0, под ред. Бакланова И.Г., PR-GROUP, в 6 томах.

43. Хэнсен Б. Контроль качества. М.:Прогресс, 1968 г, - 519 с.

44. Шнепс М.А. Системы распределения информации. Методы расчета. Справочное пособие. М.:Связь. 1979.-342 с.

45. Шнепс М.А. Численные методы теории телетрафика. М.гСвязь. 1974.-232с

46. Alcatel 128 port Switch Test, Public Test Report// The Tolly Group, 12 Jun 2003

47. Alcatel RSVP-TE OC-48 Private Test, Public Test-Report// EANTC, 29 Jan 2003

48. Blade Server Testing// Network Computing, 13 Jun 2003

49. Cisco Cat6k NextGen Switch Test, Press Release// Miercom, 17 Jun 2003

50. Convergence Testing with Extreme, Public Test Report, //16 Jul 2003, The Tolly Group

51. E.420 (11/88) Checking t he q uality о f the i nternational t elephone s ervice G eneral considerations

52. E.421 (11/88) Service quality observations on a statistical basis

53. E.422 (02/96) Observations on international outgoing telephone calls for quality of service

54. E.423 (11/88) Observations on traffic set up by operators63.E.424 (10/92) Test calls

55. E.425 (10/92) Internal automatic observations

56. E.426 (10/92) General guide to the percentage of effective attempts which should be observed for international telephone calls

57. E.427 (11/88) Collection and statistical analysis of special quality of service observation data for measurements of customer difficulties in the international automatic service

58. E.428 (10/92) Connection retention

59. E.430 (06/92) Quality of service framework

60. Е.431 (06/92) Service quality assessment for connection set-up and release delays

61. E.432 (06/92) Connection quality

62. E.434 (06/92) Subscriber-to-subscriber measurement of the public switched telephone network

63. E.440 (02/96) Customer satisfaction point

64. Filtering on Enterprise Routers// Network World, 14 Jul 2003

65. Firewall Group Test Edition 1, Public Test Report// NSS, 11 Feb 2003

66. FlexaNet, Installation Manual, Trend Communications, 2003

67. G.821 (11/88) Error performance of an international digital connection forming part of an integrated services digital network

68. G.826 (11/93) Error performance parameters and objectives for international, constant bit rate digital paths at or above the primary rate

69. Global Voice and MPLS Testing at GMI 2002, Press Release// Multiservice Switch Forum, 18 Nov 2002

70. Henderson T. Apple Xserv Server Test// Network World, 23 May 2003

71. Henderson T. Windows Server 2003 Stress Tested// Network World, 23 May 2003

72. Internet2 New Backbone Burn-In, Public Test Report// ATEAM, 18 Feb 2003

73. Judge, G. G., R. C. Hill, W. E. Griffiths, H. Lutkepohl, and T.-C. Lee. Introduction to the Theory and Practice of Econometrics. New York, Wiley.

74. M.2100 (07/95) Performance limits for bringing-into-service and maintenance of international PDH paths, sections and transmission systems

75. M.2110 (10/92) Bringing into service international digital paths, sections and transmission systems

76. M.2120 (10/92) Digital path, section and transmission system fault detection and localization procedures

77. M.2130 (10/92) Operational procedures in locating and clearing transmission faults

78. M.500 (11/88) Routine maintenance measurements to be made on regulated line sections

79. Moore J. CENTAUR NC Talks About Internet2 and Abilene// CENTAUR Lab, 12 Jun 2003

80. MPLS Leading-Edge Code Testing, Press Release// ISOCORE, 13 Mar 2003

81. Multi-vendor Firewall Review//Network Computing, 21 Mar 2003

82. Nauticus N2000 Load Balancing Reviewed// Network Computing, 10 Jul 2003

83. NQMS, Network Quality Management System, Technical Specification, Consultronics, March, 1996, 82 pages

84. NQMS, National Call Simulator Test System, Hungarian Telecommunication Conpany, Telecommunication project, IBRD-H-II-05,1996

85. Nortel Switch Test, Public Test Report // The Tolly Group, 13 May 2003

86. PPPoX Testing with Cisco 10000, Public Test Report // Miercom, 30 Jun 2003 .

87. RBN Fibre Channel Test, Public Test Report // The Tolly Group, 23 Jun 2003

88. Suppl. 2.1 (11/88) Some general observations concerning measuring instruments and measuring techniques

89. Suppl. 2.17 (11/88) Results of an investigation of the service availability performance of international leased circuits made in 1982

90. Vikena В., Emstada P.J Accuracy of Intrusive Measurements of the Waiting Time in an М/G/l/ Queue/Materials of the 17th International Telegrafic Congress (ITC-17)

91. WatchGuard VPN Gateway review using ТУТ// Network World, 02 May 2003