автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Модели и методы исследования процессов функционирования и оптимизации построения сетей связи следующего поколения (Next Generation Network)

003490087

На правах рукописи

Сычев Константин Иванович

Модели и методы исследования процессов функционирования и оптимизации построения сетей связи следующего поколения (Next Generation Network)

специальность 05.12.13 "Системы, сети и устройства телекоммуникаций"

1 4ЯН3 20!9

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва-2009

003490087

Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и

математики (техническом университете)

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Назаров Алексей Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вишневский Владимир Миронович доктор технических наук, профессор Жданов Владимир Сергеевич доктор технических наук Лохмотко Владимир Васильевич

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт связи,

Защита состоится 25 февраля 2010 года в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.133.06 Московского государственного института электроники и математики (технического университета), 109028, Москва, Б. Трёхсвятительский пер., д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электроники и математики (технического университета).

Автореферат разослан"_" _______ 20_года.

г. Москва

Учёный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие научно-технического прогресса на рубеже XX-XXI веков определяет переход от индустриального к информационному обществу, в процесс создания которого включена и Россия. С целью интенсификации данного процесса разработана стратегия развития информационного общества России, в настоящее время осуществляется её реализация в направлениях:

- создания равных возможностей по доступу к информации и информационно-коммуникационным технологиям (сети связи общего пользования, сети Интернет, сети телерадиовещания) различных групп населения;

- повышения эффективности государственного управления, реализуемого путём создания на федеральном и региональном, уровнях "электронного правительства" (ФЦП "Электронная Россия (2002-2010 годы)", Концепция региональной информатизации до 2010 года), государственной автоматизированной системы управления приоритетными национальными проектам;

- повышение качества образования и здравоохранения, реализуемого в рамках приоритетных национальных проектов "Здоровье", "Образование" и предполагающего обеспечение широкополосного доступа к сети Интернет, построение телемедицинской и образовательной сетей.

В целом развитие информационного общества и информационных систем различного назначения предъявляет ряд новых "революционных" требований к телекоммуникационным системам по видам, объёмам и качеству передаваемой информации, доступности обслуживания. Существенными факторами, также требующими развития телекоммуникационных систем (в первую очередь сетей фиксированной связи), являются:

- наличие в телефонной сети связи общего пользования (ТфОП) значительного объёма морально и физически устаревшего (аналогового) оборудования;

- "насыщение" уровня развития телефонной сети связи общего пользования, при этом необходимое дальнейшее увеличение телефонной плотности возможно только за счёт удалённых малонаселённых территорий, подключение которых (реализация универсальных услуг связи) с использованием существующих технологий экономически невыгодно;

- динамичное развитие инфокоммуникационных услуг, предполагающих в . том числе многокомпоненгаость (мультимедийность) передаваемой информации (голос, данные, видео - triple-play services) и многосвязное взаимодействие;

- динамичное развитие сети Интернет и распространение технологии виртуальных локальных сетей (VLAN) для объединения территориально-распределённых корпоративных сетей;

- внедрение подвижной связи третьего поколения (3G);

- переход на цифровые стандарты телерадиовещания DVB, увеличение количества и качества принимаемых населением телевизионных программ.

з

Таким образом, развитие информационного общества и динамичный рост потребностей пользователей в инфокоммуникационных услугах определили этапы и направления эволюционного развития сетей фиксированной связи (общего пользования и корпоративных), основными среди которых являются:

- цифровизация транспортной сети связи и региональных сетей доступа;

- расширение видов предоставляемых услуг и повышение их качества на основе построения цифровых сетей интегрального обслуживания (ISDN), а также сетей передачи данных на технологиях IP, Frame Relay, ATM и др.;

- конвергенция (объединение) традиционных сетей телефонной связи и передачи данных на основе технологии коммутации пакетов IP, ATM, MPLS;

- интеграция услуг и сетей (фиксированной и сотовой связи, беспроводного широкополосного доступа, Internet) на основе концепции сетей связи следующего поколения (Next Generation Network, NGN).

В целом данные направления в условиях информатизации общества определили переход от построения узкоспециализированных выделенных сетей к муль-тисервисным сетям связи (МСС) на основе концепции сетей связи следующего поколения. Последние обеспечивают предоставление широкого набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счёт унификации сетевых решений на основе разделения функций переноса и коммутации, управления вызовами и услугами. Это достигается четырёхуровневой архитектурой построения сетей NGN, включающей уровень доступа, транспортный уровень, уровень управления вызовами, уровень управления услугами, а также применением на каждом уровне открытых стандартов.

Транспортную основу сетей связи следующего поколения составляют сети передачи данных с коммутацией пакетов (быстрой коммутацией пакетов) IP, ATM, MPLS. Данные телекоммуникационные технологии различаются возможностями по предоставлению и интеграции различного спектра узкополосных и широкополосных услуг, а также обеспечению качества обслуживания (Quality of Service, QoS). В современных условиях осуществляется процесс стандартизации сетевых механизмов обеспечения качества обслуживания, сближающий рассматриваемые телекоммуникационные технологии между собой (в том числе с позиций моделирования). В перспективе транспортную сеть связи предполагается строить на основе протоколов IP/MPLS, реализующим для NGN концепцию AI1-IP ("всё по IP"). Уровень доступа образует сеть широкополосного доступа к транспортной сети и обеспечивает доведение услуг NGN до пользователей.

Распределённая архитектура управления вызовами в сетях связи следующего поколения включает центральный элемент - гибкий коммутатор (Softswitch), а также различное шлюзовое оборудование для сопряжения с сетями связи с коммутацией пакетов, с коммутацией каналов, сетями (системами) сигнализации. Для управления мультимедийными соединениями, а также для управления созданием новых услуг на основе IP-протокола реализуется подсистема IMS. При этом пре-

доставление услуг следующего поколения реализуется с учётом требований информационной безопасности независимыми платформами услуг посредством открытых интерфейсов (OSA/Parlay, JAIN, VoiceXML), обеспечивающими, в отличие от традиционных сетей, их быстрое создание и внедрение, а также поддержку мобильности пользователей.

Изложенные особенности развития сетевых и телекоммуникационных технологий требуют адекватного развития теоретических основ исследования процессов функционирования и оптимизации построения (синтеза) сетей связи.

В настоящее время при общем прогрессе в сфере сетевых технологий заметно отстаёт научно-технический уровень методов, моделей и средств автоматизации структурно-сетевого синтеза современных телекоммуникационных сетей, в том числе комплексного расчётного обоснования состава оборудования. Так существуют частные модели и методы исследования процессов функционирования, оптимизации построения (синтеза), проектирования мультисервисных сетей связи (в том числе на основе концепции NGN), разработанные в трудах Семёнова Ю.В., Кучерявого А.Е., Назарова А.Н., Соколова H.A., Вишневского В.М., Ершова В.А., Кузнецова H.A., Лагутина B.C., Степанова С.Н. Данные решения основываются на:

- общие методы исследования и оптимизации построения сетей связи, разработанные в трудах Филипса Д., Гарсиа-Диаса А., Захарова Г.П., Шварца М., Мартина Дж., Терентъева В.М., Яновского Г.Г., Герасимова А.И., Мизина И.А.;

- методы обеспечения устойчивости (надёжности, живучести) сетей, разработанные в трудах Богатырёва В.А., Филина Б.П., Дудника Б.Я., Нетеса В.А., Сте-кольникова Ю.И.;

- классическую теорию очередей.

Вместе с тем данные модели и методы не в полной мере учитывают разнородность передаваемой информации (предоставляемых услуг) и, соответственно, многокомпонентность и пачечную природу трафика мультисервисных сетей, исследование процессов обслуживания которого возможно на основе применения:

- специальных приложений классической теории очередей в области приоритетных систем, в том числе с ограничениями ресурсов и учётом реальной надёжности обслуживающих приборов, разработанных Клейнроком Л., Башариным Г.П., Бронштейном О.И., Духовным И.М., Гнеденко Б.В., Даниэляном Э.А., Коко-тушкиным В.А., Михалевым Д.Г.;

- результатов теории-фракгальных (самоподобных) процессов в области телекоммуникаций, полученных зарубежными: Leland W., Taqqu М., Willinger W., Wilson D., Norros I., Столлингс В. и отечественными: Нейман М.Н., Цыбаков Б.С., Ше-лухин О.И., Тенякшев AM., Осин AB., Ершов В.А., Заборовский B.C., Петров МЛ., Симонина O.A. авторами.

Таким образом, на текущий момент не существует обобщённого метода исследования, обеспечивающего анализ эффективности функционирования сетей связи следующего поколения, а также их синтез по критериям затрат, качества

обслуживания, устойчивости. При этом непрерывное совершенствование сетевых технологий, этапность жизненного цикла телекоммуникационных сетей и многообразие вариантов построения их структур, необходимость согласования противоречивых интересов операторов связи и поставщиков услуг порождает широкий спектр задач, которые необходимо решить при проектировании (расчёте основных параметров) сетей связи следующего поколения и её элементов.

Данное противоречие между потребностями практики и недостаточной теоретической проработкой предметной области требует систематизации уже известных подходов и разработки новых методов анализа и синтеза сетей связи следующего поколения, учитывающих их специфику:

- распределённая архитектура построения, образующая подсистемы: информационного обмена, сигнализации (управления вызовами), управления (оборудованием, услугами и их качеством), информационной безопасности и др.;

- многокомпонентный трафик с самоподобной структурой;

- ограничения используемых сетевых ресурсов, -

а также необходимость обеспечения в данных условиях устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов и сквозного качества обслуживания на основе введения классов качества по задержкам и потерям пакетов определяемых по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам (сигнализации, управления и др.).

Положение дел усложняется неопределённостью предпроекгаой ситуации, заключающейся:

- в отсутствии формализованного перечня исходных данных и трудоёмкости их подготовки;

- в дефиците информации о программных реализациях новых методов решения структурно-сетевых задач, их значительным недоиспользованием и большими затратами по перенастройке под новые применения, -

что отрицательно сказывается на стоимости, качестве и продолжительности разработки проектов телекоммуникационных сетей и принятии структурно-сетевых решений. Всё это подчеркивает актуальность темы диссертации и позволяет сформулировать научную проблему, а также определить цель, объект, предмет и задачи исследований.

В соответствии с этим диссертация направлена на решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение и предполагающей разработку моделей и методов исследования процессов функционирования и оптимизации построения сетей связи следующего поколения по критериям затрат, устойчивости и качества обслуживания (по классам качества).

Цель исследования заключается в повышении эффективности процессов функционирования, проектирования и развития сетей связи следующего поколения за счёт разработки моделей и методов, обеспечивающих:

- расчёт показателей качества функционирования узлов коммутации, управление его ресурсами в условиях практической эксплуатации;

- синтез сетей связи следующего поколения по критериям затрат, устойчивости, качества обслуживания (по приоритетам, назначаемым по классам качества (видам) услуг, категориям пользователей, подсистемам и определяемым задержками и потерями пакетов).

Объектом исследования являются построение и процессы функционирования сетей связи следующего поколения.

Предметом исследования является разработка моделей и методов исследования процессов функционирования узлов коммутации и оптимизации построения (синтеза) сетей связи следующего поколения, а также применение разработанных моделей и методов для автоматизированного решения широкого класса прикладных задач проектирования сетей связи следующего поколения.

Для достижения поставленной цели исследований в диссертации решены следующие научные задачи:

- проведён анализ основных направлений развития сетей фиксированной связи, архитектуры и телекоммуникационных технологий для построения сетей NGN;

- разработан метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия и его составные элементы:

- метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости;

- метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации (УК) сетей связи следующего поколения (шлюзов, гибких коммутаторов, маршрутизаторов транспортной сети, узлов управления услугами) при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов);

- метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей NGN при обслуживают асимптотически и строго самоподобного трафика с учётом классов качества (приоритетов);

- комплекс сетевых моделей и метод оптимизации пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения, -

а также проведены экспериментальные исследования с использованием разработанных моделей и методов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации применялись методы теорий вероятностей, систем, графов, эффективности, очередей, принятия решений, фрактальных процессов ("детерминированного хаоса").

Основные положения, выносимые на защиту. Разработанные в диссертации теоретические положения по исследованию процессов функционирования и оптимизации построения (синтезу) сетей связи следующего поколения содержат следующие новые научно-обоснованные результаты, которые выносятся на защиту:

1. Метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия.

2. Метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости.

3. Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов).

4. Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при обслуживании асимптотически и строго самоподобного трафика с учётом классов качества.

5. Метод оптимизации пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения.

Научная новизна исследований заключается в том, что разработаны:

1. Метод синтеза сетей связи следующего поколения по критериям затрат, устойчивости и качества обслуживания (по видам услуг и категориям пользователей, включая трафик подсистем сигнализации, управления и др.), реализованный на основе принципа декомпозиции (структурный и параметрический синтез) и последовательной оптимизации на основе обобщённых критериев.

2. Метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости, отличающийся разработкой:

- комплексной методики анализа элементной и структурной устойчивости (надёжности, живучести);

- алгоритма управления свойством устойчивости, обеспечивающим поиск уязвимых сетевых элементов со свойствами низкой стойкости и высокой структурной значимости, их ранжирование по степени влияния на устойчивость сети в целом и реализацию механизмов на изменение данных свойств на основе структурных преобразований и защиты элементов.

3. Метод моделирования узлов коммутации NGN, обеспечивающий исследование процессов их функционирования при простейших и произвольных потоках, коммутации пакетов фиксированной и показательной (произвольной) длины, ограниченной очереди, управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учёте реальной надёжности обслуживающих приборов.

4. Метод моделирования узлов коммутации NGN, обеспечивающий исследование процессов их функционирования при асимптотически и строго самоподобных потоках, коммутации пакетов фиксированной и показательной (произвольной) длины, ограниченной очереди, управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учёте реальной надёжности обслуживающих приборов.

5. Метод оптимизации пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения, обеспечивающий решение задачи минимизации затрат при совместном выполнении требований к вероятности своевременной доставки пакетов (сообщений) и потери пакетов по классам качества обслуживания.

В целом результаты по пунктам 3, 4, 5 характеризуются высокой степенью

обобщения и определяют адекватное соответствие основных параметров разработанных моделей узлов коммутации базовым параметрам инфокоммуникационных систем на основе сетевых технологий IP, ATM, MPLS, что позволяет:

- учитывать при моделировании специфику совместной передачи разнородной информации с различными требованиями к качеству обслуживания, а также пачечную природу мультимедийного трафика;

- определять верхние и нижние граничные оценки показателей качества при анализе эффективности функционирования и синтезе сетей NGN.

Теоретическая значимость исследований заключается в разработке новых методов исследования, моделирования и многокритериального проектирования сетей связи следующего поколения, обеспечивающих учёт специфики их функционирования (распределённая архитектура построения, передача разнородной информации, ограниченность сетевых ресурсов, необходимость обеспечения устойчивости) и связанных с этим способов управления качеством обслуживания на основе введения классов качества (приоритетов) и резервирования ресурсов.

Практическая значимость и результаты внедрения. Практическая значимость работы заключается в том, что полученные решения позволят:

- повысить эффективность деятельности проектных организаций, а также автоматизировать процессы проектирования МСС и сетей связи следующего поколения (как общего пользования, так и специального назначения, корпоративных), в том числе и виртуальных частных сетей;

- в условиях практической эксплуатации управлять ресурсами узлов коммутации для обеспечения качества обслуживания (по классам качества) при передаче разнородного трафика (в том числе с самоподобной структурой).

Основные результаты исследований получены в ходе выполнения ведомственных НИР, направленных на исследование путей эволюционного развития и объединения действующих сетей связи специального назначения в мультисервис-ную сеть специальной связи при обеспечении требований качества обслуживания, информационной безопасности и устойчивости функционирования.

Основные результаты исследований, соответствующие задачам исследования и положениям, выносимым на защиту, использованы:

- в ЦНИИС - при проведении НИР "Восстановление", направленной на разработку Концепции построения системы восстановления Взаимоувязанной сети связи России;

- в учебном процессе кафедры "Вычислительные сети и системы" Московского государственного института электроники и математики;

- в Военной академии связи им. С.М. Будённого - при проведении НИР "По-ток-07", а также в учебном процессе при чтении дисциплины "Основы построения телекоммуникационных систем и сетей";

- в Академии ФСБ России - в учебном процессе при чтении дисциплин "Основы проектирования и эксплуатации защищённых телекоммуникационных сис-

тем", "Современные сетевые технологии", "Современные государственные и ведомственные сети конфиденциальной связи";

- в в/ч 58861 - при проведении НИР "Система", "Каскад", "Лабиринт", -что подтверждается актами реализации.

Также основные результаты исследований, а именно их применение к комплексному исследованию эффективности функционирования сетей связи специального назначения, осуществлению планирования их развития при оптимизации затрат, повышении качества обслуживания и устойчивости, использованы в/ч 58861 при формировании Государственной программы вооружения на 2007-2015 годы.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 21 научной конференции, включая: научно-техническую конференцию "Приоритетные пути развития систем военной связи" (г. С.-Петербург, ВАС, 1997); всероссийскую научно-техническую конференцию "Радио и волоконно-оптическая связь, локация и навигация" (г. Воронеж, ВГУ, 1997); всероссийскую научно-техническую конференцию "Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационных систем специального назначения" (г. Орёл, ВИПС, 1998, 1999, Академия ФАПСИ, 2001, 2003, 2005); межведомственную конференцию "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб" (г. Москва, ИКСИ Академии ФСБ России, 1998, 2000,2008); всероссийскую научно-техническую конференцию "Информационная безопасность автоматизированных систем" (г. Воронеж, ВГУ, 1998); межрегиональную конференцию "Информационная безопасность регионов России" (г. С.-Петербург, 1999); научные сессии РНТО РЭС им. А С. Попова (г. Москва, 1996, 1998,2000,2005, 2007); 9-ю научно-техническую конференцию по криптографии (г. Москва, Академия криптографии РФ, 2001); межрегиональную научно-практическую конференцию "Информация и безопасность" (г. Воронеж, ВГТУ, 2002); XV международную научную конференцию "Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов" (г. Москва, Академия управления МВД России, 2006); 5-ю всероссийскую научную конференцию "Проблемы развития системы специальной связи и специального информационного обеспечения" (г. Орёл, Академия ФСО России, 2007).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 43 научных работы в том числе: 2 монографии, 8 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК России, 8 статей в других изданиях, 21 доклад на научных конференциях, получены 3 патента на изобретения и свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Личное участие автора в полученных результатах. Представленные результаты исследований получены автором лично. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит ведущая роль при постановке задачи, разработке метода её решения и обобщении полученных результатов.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, 5 приложений, изложенных на 385 станицах. Она содержит 76 рисунков, 25 таблиц и список использованных источников из 206 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлены актуальность, объект, предмет, цель, задачи проводимых исследований, научная проблема, состояние исследуемой проблемы, структура диссертационной работы, основные положения, выносимые на защиту, новизна, теоретическая и практическая значимость полученных результатов, сведения о публикациях и апробации результатов.

В первой главе проведён анализ:

- основных направлений государственной политики Российской Федерации в области построения информационного общества, определяющих развитие инфо-коммуникационных услуг и информационных систем различного назначения, которые уже в современных условиях предъявляют расширенные требования к телекоммуникационным системам и сетям по видам, объёмам и качеству передаваемой информации, доступности обслуживания;

- основных долгосрочных тенденций развития сетей фиксированной связи в России и мире, определяющих в условиях информатизации общества поэтапный переход от построения узкоспециализированных выделенных сетей к мультисер-висным сетям связи на основе концепции NGN;

- архитектуры построения сетей связи следующего поколения;

- принципов построения транспортной сети NGN, а также систем управления вызовами (соединениями) на основе программных коммутаторов Softswitch и мультимедийной подсистемы на базе IP протокола (IMS);

- телекоммуникационных технологий IP, ATM, MPLS для построения транспортных сетей связи NGN, а также механизмов обеспечения качества обслуживания в них при совместной передаче разнородной информации.

Показано, что факторы развития сетевых и телекоммуникационных технологий требуют разработки адекватных математических моделей и методов, а также адекватного развития теоретических основ исследования процессов функционирования и оптимизации построения сетей связи, которое должно осуществляться на основе систематизации уже известных подходов в предметной области сетей NGN и разработки новых методов их анализа и синтеза (проектирования).

Во второй главе представлен метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия. В соответствии с этим рассмотрены цели, задачи синтеза сетей связи, а также выделены общие принципы (декомпозиции, итерационности, системности, экономичности, развития), инвариантные к синтезу (проектированию) сетей связи различного назначения. Показано, что целью синтеза (проектирования) сетей связи является обеспечение качества телекоммуникационных услуг, реализуемого в NGN при передаче разнородного трафика на основе введения классов качества обслуживания. На основании этого представлена иерархическая векторная система показателей качества (рис. 1), сформированная

на основе международных (ITU-T, ETSI, IETF, TL 9000) и российских стандартов.

и

Рис. 1. Состав иерархической системы показателей качества

Далее во второй главе на основе систематизации и развития существующих методик исследования и проектирования сетей связи при применении известных телекоммуникационных технологий разработан метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия. При этом впервые сформулирована научная задача синтеза сети NGN, характеризуемая векторным критерием (рис. 1), зависящим как от совокупности внутренних свойств сети связи, так и от совокупности видов передаваемой в сети информации (с учётом приоритетов г = l,R назначаемых в сети NGN по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам). Так введение приоритетов является ключевым в решении поставленной задачи, что позволяет наиболее полно и обоснованно учитывать в общем процессе функционирования сети NGN процессы функционирования конкретных подсистем NGN (информационного обмена по видам услуг и категориям пользователей, сигнализации, управления и др.) и их индивидуальные требования к качеству обслуживания по задержкам и потерям пакетов.

Предложен способ решения данной задачи. При этом синтез сети NGN предлагается осуществлять по критериям затрат, устойчивости и качества обслуживания (с учётом приоритетов) на основе применения принципов декомпозиции (транспортная сеть/сеть доступа, этапы развития), системности и итерационности проектирования, а также метода последовательной (многошаговой) оптимизации на основе обобщённых критериев. В целом предложенный способ позволяет перейти от решения многокритериальной оптимизационной задачи большой размерности к взаимосвязанной по входным и выходным данным последовательности задач меньшей размерности. В результате в ходе решения реализуется поэтапный итерационный синтез структуры сети G с целью обеспечения требова-

ний устойчивости и выбор значений внутренних параметров X (параметрический синтез), при которых выполняются требования к качеству функционирования (по классам качества) и стоимости:

<D = 1>(G, X, U) н> extr => G,(7o) , . (1)

GenG,XeQx

В выражении (1) ®(G,X,U) - обобщённый критерий (целевая функция); О-х -конечное множество допустимых (технически реализуемых) параметров элементов сети NGN (производительность/пропускная способность, стоимость, надёжность телекоммуникационного оборудования/каналов передачи и др.); £Iq - конечное множество допустимых структур сети NGN; Хц, Gy - оптимальные в условиях U параметры и структура (граф) сети NGN.

На практике оптимизационная задала (1) сводится к отысканию минимума функционала затрат С, включающего стоимость аренды каналов передачи 5 - V и приведённую стоимость вновь устанавливаемого оборудования сети К3

C = S-V+K, -» min =>Gif>M?\ (2)

при обеспечении заданных (или достижимых - в условиях ограничений С < Сшах) требований (рис. 1) к

устойчивости НСИ0)Су б Нхр ** качеству функционирования ceraNGN: Рф >Рдс1р, Рф(г)^Рдстр(г).

В выражении (2) V - вектор пропускных способностей каналов передачи сети NGN и производительности оборудования; 5 - вектор удельных затрат на аренду каналов передачи; Рф - обобщённый показатель, зависящий от совокупности

внутренних свойств сети и видов передаваемой информации (рис. 1) и определяемый на основе метода вероятностной свёртки - как среднесетевая совместная вероятность выполнения требований к качеству обслуживания сообщений различных приоритетов (далее - вероятность своевременной доставки (ВСД) сообщений); РДстр> Рдс тр (г) ~ требуемые значения ВСД сообщений; Н^ - требования устойчивости, определяемые связностью, надёжностью и защищённостью сетевых элементов. В целом определение Рф, на основе метода вероятностной свёртки

обеспечивает при синтезе сети NGN возможность учёта индивидуальных характеристик передаваемого разнородного трафика.

В общем случае применение разработанного метода синтеза (проектирования) предполагает расчёт конечного множества альтернативных вариантов построения сети NGN: G,- eQG,X; eii^ и выбор лицом, принимающим решение, наилучшей альтернативы (наилучших альтернатив для этапов развития сети) по критерию "стоимость-качество" (2). В целом разработанный метод синтеза (проектирования) сетей связи следующего поколения для каждого альтернативного варианта построения сети предполагает (рис. 2):

13

Рис. 2. Метод синтеза (проектирования) сетей связи следующего поколения

2.1) формирование исходных данных (по назначению, составу пользователей, видам предоставляемых услуг и др.), условий функционирования, ограничений на внешние и внутренние параметры, систем показателей качества (рис. 1) на основе введения классов качества обслуживания (приоритетов) и требований к ним;

2.2) моделирование процессов функционирования сети NGN, включая:

2.2.1) формирование начальной структуры (графа) сети связи минимальной длины заданной связности Gs с учётом требований по назначению (или описание структуры действующей сета связи, требующей развития), включая задание матриц смежности N, инциденций Z, маршрутов Р, расстояний L, стоимостей С, а также информационных тяготений Л;

2.2.2) решение задач статической маршрутизации (выбора оптимальных маршрутов) и распределения потоков (по приоритетам);

2.2.3) задание комплекса моделей узлов коммутации NGN, обеспечивающего исследование процессов их функционирования при простейших, произвольных и самоподобных потоках, коммутации пакетов фиксированной и переменной (произвольной) длины, ограниченной очереди, управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учёте реальной надёжности обслуживающих приборов;

2.2.4) решение задачи назначения приоритетов г = 1, R по видам услуг и категориям пользователей, включая трафик подсистем сигнализации, управления и др.;

2.2.5) задание модели сети на основе её декомпозиции на независимые элементы;

2.3) выбор моделей потоков и применяемых моделей узлов коммутации, а также задание начальных значений параметров (выбор моделей потоков - простейший, самоподобный - осуществляется в зависимости от видов объединяемых услуг или на основе измерений в сети);

2.4) анализ эффективности процессов функционирования сети NGN, включающий расчёт показателей качества функционирования: среднее время и вероятность своевременной доставки пакетов (сообщений), средняя длина очереди и др.;

2.5) параметрический синтез сети NGN на основе минимизации приведённых • затрат при обеспечении требований качества обслуживания (по приоритетам);

2.6) анализ устойчивости сети NGN и корректировка её структуры - при невыполнении требований к устойчивости NGN и/или стоимости проекта.

В целом разработанный метод может использоваться для синтеза (проектирования) сетей связи следующего поколения как на основе модели дифференцированных услуг - при назначении приоритетов в обслуживании для подсистем информационного обмена, сигнализации, управления, так и на основе модели интегрированных услуг - при последовательном проектировании виртуальных наложенных сетей информационного обмена (с приоритетами по видам услуг и категориям пользователей), сигнализации и управления.

Новизну разработанного метода синтеза (проектирования) сетей связи следующего поколения характеризуют:

- постановка задачи на основе векторного критерия, зависящего как от совокупности внутренних свойств сети связи (рис. 1), так и от совокупности видов передаваемой информации различных классов качества (приоритетов), а также обеспечение его свёртки с учётом получения обобщённого показателя качества, определяемого на основе совместной вероятности выполнения индивидуальных требований к качеству обслуживания сообщений различных классов качества (приоритетов);

- способ решения, основанный на декомпозиции на два взаимосвязанных этапа (структурный и параметрический синтез) и последовательной оптимизации на основе обобщённых критериев.

При этом основными ограничениями и допущениями при решении задачи синтеза (проектирования) сетей NGN являются следующие:

- ресурсы на построение (развитие) сетей NGN ограничены, что приводит к необходимости их эффективного использования;

- в NGN используются арендованные каналы и тракты передачи, что также приводит к необходимости решения задачи их эффективного использования (2) для снижения себестоимости услуг связи, при этом каналы и тракты передачи удовлетворяют эксплуатационным нормам;

- модель воздействия дестабилизирующих факторов на сеть связи не задана, что обуславливает при обеспечении устойчивости решение обратной задачи на основе поиска уязвимостей в начальной структуре сети, при поэтапном повышении её связности и защищённости.

В третьей главе показано, что одним из основных элементов синтеза (проектирования) сетей связи различного назначения (рис. 2) является формирование её структуры G с заданным (при минимальных затратах С) или достижимым (в условиях ограничений С<Стах) свойством устойчивости (2). При этом устойчивость сети связи характеризуется свойствами надёжности, живучести и определяется структурой, а также устойчивостью её элементов: узлов, линий и информационных направлений связи (ИНС). В условиях перехода к сетям связи следующего поколения актуальность задачи обеспечения устойчивости повышается, что обусловлено централизацией управления процессами обслуживания вызовов и распределённым характером построения сетевых устройств, имеющих конечную надёжность.

Для решения поставленной задачи в работе предлагается метод, который включает следующие этапы, определяющие его новизну:

3.1) формирование начальной структуры (графа) сети Gn с учётом базовых требований по назначению и устойчивости (п. 2.2.1);

3.2) разработку комплексной методики анализа устойчивости сетей связи, включающей:

3.2.1) анализ показателей элементной надёжности (коэффициент готовности) с учётом применяемых методов сетевого резервирования;

3.2.2) задание модели действия поражающих (повреждающих) факторов и анализ показателей объектовой живучести (вероятность выживания/сохранения работоспособности) с учётом стойкости q элементов сети;

3.2.3) анализ структурной устойчивости (надёжности, живучести) на ИНС и получение обобщённого сетевого показателя - среднесетевой вероятности связности по показателям устойчивости:

г=1 ¿=1

где Л,- - трафик, передаваемый в ¡-м ИНС; Кг., Ру., Рв.~ соответственно, коэффициент готовности ИНС, вероятность связности ИНС по показателям устойчивости и живучести, определяемые на основе матриц смежности, инциденций с использованием известных методов расчёта структурной надёжности;

3.3) разработку алгоритма управления свойством устойчивости, обеспечивающего поиск в структуре сети связи уязвимых элементов со свойствами низкой стойкости и высокой структурной значимости (связность, пропускная способность), их ранжирование по степени влияния на устойчивость сети в целом и реализацию механизмов на изменение данных свойств на основе структурных преобразований и защиты элементов.

При этом искомая функция структурной значимости элементов сети (узлов или линий связи) определяется на основе среднесетевой вероятности связности по показателям устойчивости (3) следующим выражением, характеризующим урон сети связи при выходе из строя к-то элемента:

Ру \Дк=Ч

Здесь Ру{дк =1), Ру{д/С =0) - соответственно, среднесетевая вероятность связности (по показателям устойчивости) при работоспособном состоявши к-го элемента сети связи и при его выходе из строя; М,М - число вершин и рёбер графа (7.

При Ру(дк = 0) -> 0 соответственно что является признаком высокой

структурной значимости к-го элемента. В целом значимость к-то элемента сети связи характеризуется обобщённым показателем х\'р. критичным как к показателям структурной значимости (3), (4), так и стойкости к дестабилизирующим факторам к-то элемента сети:

Чк=2к-{\-Чк). (5).

В задаче синтеза устойчивых сетевых структур обеспечивается расчёт ряда элементов ЧЕ^ и его ранжирование по убыванию показателя значимости:

¥ = (6) Итерации с определением максимального элемента и преобразованием его свойств (при /52/с| = (¡5^= - защита элемента, ина-

че преобразование структуры сети) повторяются до получения решения, удовлетворяющего ограничениям ресурсов (2) и требованию однородности ряда (6) - при минимальном (допустимом) размахе его элементов:

=тахЧ/к-ттЧ/к<£, к=йв, £>0, (7)

что соответствует выполнению условия НСН0 Су е II^ задачи (2).

При этом преобразование свойств элементов сети связи предполагает реализацию следующих способов: построение регулярных сетевых структур с минимальной неоднородностью и равномерной значимостью элементов, выборочная защита, а также резервирование (построение и использование ресурсов системы восстановления), автономизация и разукрупнение элементов с учётом их географического разнесения.

В целом применение разработанного метода обеспечивает за конечное число итераций (i < D) синтез структуры сети связи, инвариантной к определённому (заданному) уровню внешних воздействий, и реализует принципы устранения единой точки отказа и ассиметричной защиты на основе усиления условий априорной неопределённости относительно принятия решения на воздействие и минимизацией ущерба от данного воздействия.

В четвёртой главе, исходя из общих принципов построения сетей NGN и обеспечения качества обслуживания в процессе передачи разнородного трафика, разработаны теоретические основы исследования - метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей NGN при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов).

Разработанный метод основывается на результатах моделей узлов коммутации с относительными приоритетами при совместном использовании Mr /М/V/К и резервировании ресурсов Mr/M/Vr/Kr, а также на применении методов диффузионной аппроксимации и инвариантов ("закон сохранения накопленной в очереди работы"), свойства эквивалентности систем с конечным и бесконечным буфером при малых нормах потерь пакетов (рис. 3). При этом использование моделей УК типа Мг /М /V /К, Mr/M/Vr/Kr обусловлено фундаментальностью получаемых для них результатов и возможностью распространения последних (на основе метода диффузионной аппроксимации и инвариантов) на более общие случаи построения моделей узлов коммутации.

Рис. 3. Структура метода моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей NGN при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов)

С использованием предложенного метода в диссертации разработан комплекс моделей узлов коммутации общего типа Сгг /С/VIК, Сг !Б/Уг IКг и их

частных случаев Мг/М/У/К, Мг/М/Уг/Кг, Мг/Э/У/К, Мг/0/Уг/Кг

(подчеркнуты вновь разработанные модели) с коммутацией пакетов экспоненциальной и фиксированной длины, ограниченной очередью, относительными приоритетами (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), резервированием ресурсов (стратегия подвижной границы), учётом реальной надёжности обслуживающих приборов. Получены основные показатели качества функционирования узлов коммутации (построены их графические зависимости):

4.1) Вероятность потери пакетов г-го приоритета в УК типа Мг / М /V / К, определяемая распределением вероятностей состояний (состояние / = У + К):

Р<(г,У) =

Ря

■£-Р0(К,Г),0<1<Г,

4-У

1-

Рг

к+1

У )

,рг*У,У<1<У + К, (8)

Я

к+\

, Рг = У, У<1<У+К,

где

Шу)=

У „т V К , чп

у Ря , Ря у [ Ръ I

1 гу.\ щ ¿Л V

. т\ VI -М У ) т~0 т~ 1

V-1

,6 = 1- рг - = ,

№

1=0 ¿=1 Яг, р. - соотвстствешю, интенсивность поступления и обслуживания пакетов.

4.2) Вероятность потери пакетов г-то приоритета в УК типа Мг /М/Уг/Кг, определяемая распределением вероятностей состояний (состояние / = У+К ):

и

е-*

Уг-1

У г Кг (п \

1-1

й . тп\ УГ1

\т=¥г~Аг Т т=0ч ' у

нг | Р г

I

т=¥г-Аг

УА I Уг

й

£1 41

<уг

¿-Уг \КГ

Рг , Рг

т< VI V г

-I

,уга<уг+кг,г=и,

Рг - к

тн=0 ^

,Угй1<Уг+Кг, r = J + l,R,

(9)

При этом в УК типа Мг/М/Уг/Кг для пакетов с приоритетами г-1,7, 7 < Я (трафик реального времени) доступны все V обслуживающих приборов (К- и выделена часть буфера (Кг < К) из общего объёма буфера К. Для пакетов оставшихся приоритетов г = 7 +вводится ограничительный порог - доступна только часть общих обслуживающих приборов Уц < V и выделена часть буфера КГ<К из общего объёма буфера К. Внутри каждого из приоритетных классов г= 1,7, r = J + \,R выделешшй буфер используется совместно пакетами данных приоритетных классов. Показатель Аг характеризует число обслуживающих приборов, выделяемых из общего ресурса V для трафика с приоритетом г = 1,7, и определяет подвижную границу резервирования ресурсов.

4.3) Средняя длина очереди пакетов /--го приоритета в УК типа Мг /М/V/К, Мг /М/Уг /.^определяемая на основе распределений вероятностей состояний (8), (9) рекуррентным соотношением (рис. 4):

71' — Ьг^т-Ру^гГ). (Ю),(11)

[Ьг-Ьг-Ъ г = 2,д, ~

Рис. 4. Средняя длина очереди пакетов г-го приоритета в узлах коммутации

4.4) Среднее время ожидания обслуживания пакетов г-го приоритета в УК типа Мг /М/V/К, Мг /М/Уг/Кг, определяемое из средней длины очереди

(10) на основании формулы Литтла уог=1г -Л^1 или рекуррентного соотношения (служащего для контроля вычислений):

и*!, г = 1;

Лг ^ Аг г = 2Л,

К+1

Рг

. ' 1-ц-У V

где м>г - среднее время ожидания обслуживания в узле коммутации с суммарной входящей нагрузкой рг (без учёта приоритетов), определяемое для УК типа Мг /М /V/К, Мг /М/Уг/Кг на основе распределений (8), (9).

4.5) Среднее время пребывания (задержки) и джиггер задержки пакетов г-го приоритета в УК типа Мг /М/Г/К, Мг/М/Гг /Кг:

'ппМ = >П- = ■ (13), (14)

4.6) Вероятность своевременной доставки пакетов г-го приоритета:

'пптр

(г)]=/>(^ </пптр(г))-р(б< (15)

гпптр(г) . ^

где р(ь < гППТр(''))= \dBit), ВЦ) = 1 -ехр( --1,Ь =/Г1 >0,/>0 - вероятность

того, что среднее время обслуживания пакетов не превысит допустимого значения;

¿=0 у=0

- вероятность того, что среднее время ожидания пакетов г-го приоритета не превысит допустимого; гППТр(/-) - требования к среднему времени доставки пакетов

г-го приоритета (определяются рекомендациями МСЭ-Т У. 1540,1.365 и др. и характеризуют функцию старения (ценности) информации).

На основе полученных выше результатов для классических моделей (8)-(15) при применении методов диффузионной аппроксимации и инвариантов (рис. 3) получены аналогичные решения для УК общего типа ёг1 в IV ¡К, (лг1С, Уг / Кг

и их частных случаев Мг/0/Г/К, Мг/В/Уг/Кг (при Сд =1, с| =0):

4.7) Средняя длина очереди пакетов г-го приоритета в УК:

1Г =

Ьг-Ьг_\,г = 2,Я,

(16)

где м>г - среднее время ожидания обслуживания (12); Сь - квадратичные коэффициенты вариации распределений входящего потока и времени обслуживания.

21

4.8) Среднее время ожидания (формула Литгла), пребывания (13) и джиггер задержки (14) пакетов в УК.

4.9) Вероятность потери пакетов по приоритетам:

2-К

2-К

V )

ъкг

Pyr +Kr (.r) = Pi>Vr-\(R>Vr)-

1 -Рг.

. Vr>

РЦС2а+С2ь

С2а+С2ь

гкг

1-

RzVhcl \Уг

(17)

(18)

где (-К,Рыгг К) ~ вероятности того, что обслуживающие приборы заняты пакетами суммарного потока рц, определяемые распределениями (8), (9).

4.10) ВСД пакетов в исследуемых узлах коммутации, определяемая выражением (15) при подстановке:

5(0 =

1, при t>b; 0, при 0 < t < b,

пптр

if)

■K^WipWb \dWr(t), (19), (20)

где

Wr{t)-.

W?(t), r = 1,

Л-

w;(t)-

K-

r-1

W*r^(t)\r = 2,R,

Wr {t)~l- exp

2-t

w,

cl+cl)

,t> 0.

4.11) Учёт влияния конечной надёжности обслуживающих приборов (телекоммуникационного оборудования, каналов передачи) на показатели качества фуикщюнирования узлов коммутации реализуется приближённым способом на основе распределений вероятностей состояний (8), (9) и формулы полной вероятности по всем вариантам распределения числа исправных каналов, определяемым распределением Бернулли:

(2i)

Здесь Кп - коэффициент простоя обслуживающего прибора.

Для рассматриваемых узлов коммутации сетей NGN решены задачи назначения приоритетов и определения порога резервирования сетевых ресурсов, обеспечивающих минимизацию средней стоимости пребывания пакетов различных

классов в узлах коммутации с*. При этом назначение приоритетов осуществляется на основе первого момента длительности обслуживания пакетов различных классов br, а также требований к времени их доставки в сети (обоснованных нормативными документами МСЭ-Т):

blb2brbR где f[t пптр «). f{br) - функции нормализации значений inn ^ {г), Ъг.

В общем, разработанный комплекс моделей УК сетей NGN позволяет:

- комплексно исследовать процессы их функционирования в реальных условиях - при учёте реальной надёжности телекоммуникационного оборудования, ограничениях ресурсов (объёма буфера и числа/пропускной способности каналов передачи), а также при приоритезации трафика и резервировании ресурсов для трафика реального времени;

- определять верхние и нижние граничные оценки показателей качества функционирования (на наихудший и наилучший случаи), задаваемые, соответственно, экспоненциальным и детерминированным временем обслуживания пакетов.

При этом доказано, что предложенные верхние и нижние граничные оценки показателей качества функционирования гарантированно включают основные варианты распределений длительности обслуживания пакетов для узлов коммутации сетей NGN на основе технологий IP, ATM, MPLS. Последние на наихудший случай (IP, MPLS) представляют собой ступенчатую функцию, характеризуемую вероятностной смесью вырожденных распределений, которая согласно теоремы Боровкова А.А. может быть с заданной точностью аппроксимирована смесью Эр-ланговских распределений, которая, в свою очередь, имеет квадратичный коэффициент вариации С^ = [ОД], удовлетворяющий предложенным границам.

Вместе с тем для получения решения относительно произвольных распределений времени поступления и обслуживания пакетов в УК типа Gr/GIVIК, GrIG/Vrl К у необходимо произвести сбор и обработку статистических данных по распределениям интервалов времени между поступлениями пакетов и длин пакетов и на основе моментов данных распределений рассчитать искомые значения квадра-

? 1

тичных коэффициентов вариации Са, Сь для подстановки в формулы (16)-(20).

В пятой главе показано, что составной частью метода синтеза (проектирования) сетей NGN (рис. 2) является разработка моделей узлов коммутации при обслуживании самоподобного трафика, учитывающего пачечную природу реального сетевого (мультисервисного) трафика.

С этой целью в работе даны определения самоподобного трафика и представлено описание его основных свойств (масштабирование, долговременная зависимость, медленно убывающая дисперсия). Также показано, что для моделирования самоподобного трафика необходимо использовать модели ON/OFF источников, имеющих распределение с "тяжёлыми хвостами" для длительностей ON и/или OFF периодов. При этом в теории для моделирования одиночных ON/OFF-источников применяются распределения с "тяжёлыми хвостами" типа Парето, Вейбулла и лог-

нормальное распределение (асимптотическое самоподобие в широком смысле).

В свою очередь для моделирования суммарного (объединённого) самоподобного трафика используется фрактальное броуновское движение (строгое самоподобие в широком смысле), регрессионные модели. Наличие различных методов моделирования как одиночных, так и объединённых источников позволяет производить исследование процессов обслуживания самоподобного (мультисервисно-го) трафика для конкретных условий, соответствующих узлам коммутации уровней сети доступа и транспортной сети NGN.

В соответствии с этим в главе разработан метод моделирования узлов коммутации NGN при обслуживании асимптотически и строго самоподобного трафика при управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов, который учитывает пачечную природу мультимедийного трафика и включает следующие основные этапы.

5.1) Моделирование асимптотически самоподобного трафика на основе моделей ON/OFF источников, включая:

5.1.1) моделирование одиночных ON/OFF-источников на основе ограниченного распределения Парето (тип входящего потока - Р), обладающего конечными моментами и квадратичным коэффициентом вариации (для получения устойчивых оценок);

5.1.2) определение показателя Херста Нг для объединённого трафика г-го приоритета на основе индивидуальных характеристик составляющих его потоков или путём статистических измерений характеристик входящих потоков в сети;

5.1.3) определение квадратичного коэффициента вариации для объединённого трафика r-го приоритета на основе формулы:

2 аг _ аг 2 _ ( аг _ аг

%тзхг ^-max,. ' ^min, а* v^maxr ^minr %maxr %mmr I

2 — ar

| ar _ ar r

ar V^maxr ^maxr ' %minr I

,ar = 3-2-Hr, (23)

или путём статистических измерений характеристик входящих потоков в сети. В выражении (23) Хт[пг > Жтахг ~ минимальное и вводимое максимальное значение

случайной величины, характеризующей размеры пачек пакетов для объединённого трафика г-го приоритета; <хг- характеристический показатель, отвечающий за "тяжесть хвоста" распределения для объединённого трафика г-то приоритета.

5.2) Моделирование процессов обслуживания асимптотически самоподобного трафика. При этом на основе метода моделирования УК при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества

(рис. 3) получено новое решение для оценки верхней границы показателей качества функционирования УК NGN типа PrIGIV IK, PrIGIVrIKr с коммутацией пакетов фиксированной и экспоненциальной длины, ограниченной очередью, относительными приоритетами (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам) и резервированием ресурсов (стратегия подвижной границы), включая:

5.2.1) среднюю длину очереди пакетов r-го приоритета в узлах коммутации NGN - определяется выражением (16) при подстановке квадратичного коэффици-

2 2

ента вариации ограниченного распределения Парето Са - Сг (23), а также квад-

2

ратичных коэффициентов вариации для фиксированного Q, =0 и экспоненциального Q, = 1 распределения длительности обслуживания пакетов (рис. 5);

Рис. 5. Средняя длина очереди пакетов r-го приоритета в УК NGN

5.2.2) среднее время ожидания wr =lr -Л~\ пребывания (13) и джиттер задержки (14) пакетов r-го приоритета в узлах коммутации NGN;

5.2.3) вероятность потери пакетов r-го приоритета в узлах коммутации NGN типа Pr/G/V/K, PrIGIVrlKr - определяется выражениями (17), (18), соотвег-

ственно, при подстановках , Q, аналогичных п. 5.2.1 (рис. 6);

5.2.4) вероятность своевременной доставки пакетов r-то приоритета в УК NGN - определяется выражением (15) при подстановке P[wr < (пптр(г)) (20).

При этом учёт влияния конечной надёжности обслуживающих приборов на показатели качества функционирования УК NGN типа Pr IGIVIК, Pr/G/Vr/Kr (п.п. 5.2.1-5.2.4) осуществляется на основе формулы (21). На основе полученных результатов также решён ряд практических задач, связанных с определением:

25

5.3) минимального объёма буфера, при котором потери пакетов различных классов обслуживания Рпе((г) будут соответствовать соглашению по трафику (рис. 5), а также соответствующих данному объёму буфера задержек пакетов:

5.4) выравнивающей задержки для трафика реального времени, а также эффективности статистического мультиплексирования источников трафика.

При этом полученные в п.п. 5.4, 5.5 решения позволят при проектировании сетей NGN, а также в условиях их реальной эксплуатации - путём измерений те-

2 2

кущих параметров нагрузки рг и квадратичных коэффициентов вариации Са, С^

распределений входящих потоков и длин пакетов (по приоритетам):

- на этапе установления соединения (в соответствии с соглашением по трафику) определять требования к сетевым ресурсам: минимальному объёму буфера и производительности (пропускной способности) оборудования (каналов передачи);

- определять для оконечных устройств на приёмной стороне требуемое значение выравнивающей задержки и соответствующей ей объём джитгер-буфера с целью компенсации джитгера задержки пакетов при их передаче в сети и минимизации связанных с этим потерь пакетов.

5.5) Моделирование строго самоподобного трафика, включая моделирование объединённого (суммарного) самоподобного трафика на основе фрактального броуновского движения (обозначение типа входящего потока - /В) и определение показателя Херста Нг для объединённого трафика r-то приоритета.

5.6) Моделирование процессов обслуживания строго самоподобного трафи-

C2g+Cl

-In

Pnet(.r)-V

2• Црг /V) {.Pnet(r)• pr + Pi>v{R,V).V-Pi>v(R,V)-Prj

(24)

ка. При этом на основе применения методов инвариантов ("закона сохранения накопленной в очереди работы") и диффузионной аппроксимации получено новое решение для оценки показателей качества функционирования узлов коммутации NGN типа fBr / G /1 / со с относительными приоритетами, коммутацией пакетов фиксированной и экспоненциальной длины, включая:

5.6.1) средшою длину очереди пакетов r-го приоритета в узлах коммутации JBr/D/У со (при тп — 2) и JBrIMI\lo3 (при т = 1) (рис. 5):

ГL r = 1 р(ънг-щг(\-нг)) г

^(25)

где wr =--.-. ,-г - среднее время ожидания обслуживания пакетов

m' Рг-\)'^~ Рг) г-го приоритета в УК типа MrIGI 1/со с относительными приоритетами;

5.6.2) среднее время пребывания (ожидания) пакетов r-го приоритета в УК:

'nnM=»v +м~1. ^ = ¡г -х?; (26)> (27>

5.6.3) вероятность превышения заданного объёма буфера в УК NGN типа JBrIG/l/oo, принимаемая за вероятность потери пакетов r-го приоритета (согласно свойства эквивалентности (рис. 3)):

1

Л „ \ffr / V \

4а-Рг

Н,

т К

1-Нг

2 \-Нг

(28)

где Ф(у) - дополнительная функция распределения стандартного гауссовского распределения, а е (-сс, со) - параметр распределения, отвечающий за расположение распределения (соизмерим со средним значением распределения).

В общем, разработанные модели УК типа PrIDIVIK, Pr/DlVr/Kr, Pr/M/V/K, Рг/М/Гг/Кг,гиахже Д./.О/1/ao, Д./М/1/ю позволяют:

- комплексно исследовать процессы функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения;

- определять верхние и нижние граничные оценки показателей качества функционирования узлов коммутации NGN (на наихудший и наилучший случаи), задаваемые, соответственно, экспоненциальным и детерминированным временем обслужившим пакетов.

В целом адекватность разработанных в главах 4, 5 моделей узлов коммутации GrIG/VIK, Gr/G/Vr/Kr, fBrIGI\l<x> и достоверность полученных на их основе результатов основывается:

- на учёте широкого спектра внешних и внутренних параметров, наиболее полно характеризующих особенности построения и функционирования сетей NGN;

- на корректном применении апробированных методов теории очередей, диффузионной аппроксимации, инвариантов, фрактальных процессов, -

что подтверждается имитационным моделированием, а также сходимостью полученных результатов к известным в теории очередей (при соответствующем выборе параметров). При этом разработанная модель узла коммутации Gr/G/VrIKr является наиболее общей и при соответствующем выборе параметров может быть сведена к различным производным (частным) моделям узлов коммутации:

- с простейшими и асимптотически самоподобными входящими потоками, а также с входящими потоками с любым произвольным распределением, определяемым на основе обработки статистических данных по распределению интерва-

2 2

лов времени между поступлениями пакетов и расчёте С£, при Са> 1;

- с коммутацией пакетов фиксированной, экспоненциальной и произвольной (определяемой на основе обработки статистических данных по распределению

2

длительностей обслуживания пакетов и расчёте Сь ) длины;

- с конечной и бесконечной (при К, Кг -» со) очередью;

- с относительными приоритетами и без приоритетов (с суммарной нагрузкой);

- с совместным использованием ресурсов и возможностью их резервирования для приоритетного трафика реального времени,-

что объединяет разработанные модели в единый универсальный комплекс для решения задач оптимизации построения и автоматизации проектирования сетей NGN на основе технологий IP, ATM, MPLS (рис. 2).

В шестой главе представлены сетевые модели, обеспечивающие оценку сквозного качества обслуживания. При этом в работе показано, что при моделировании сетей NGN необходимо учитывать следующие базовые принципы их построения, включающие применение технологий коммутации пакетов (быстрой коммутации пакетов) IP, ATM, MPLS, а также управление качеством обслуживания на основе организации виртуальных соединений, планирования очередей, классификации (приоритезации) трафика и резервирования ресурсов.

С целью моделирования процессов функционирования NGN, основанных на данных принципах, в разделе проведён анализ методов исследования сетей связи. В результате проведённого анализа сети связи следующего поколения предлагается моделировать на основе приближённого метода декомпозиционной аппроксимации моделью открытой смешанной сети связи с r-классами сообщений. При этом узлы коммутации данной сети моделируются системами обслуживания типа Gr/G/VIK, Gr/G/Vr/Kr (где Gr = $r,Pr,JBr], G = {M,D}, V>\, K<oo, Vr>\, Kr<со) с простейшими и самоподобными потоками, коммутацией пакетов фиксированной и экспоненциальной длины, ограниченной очередью, управлением качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам),

учётом реальной надёжности обслуживающих приборов.

В общем случае при применении метода декомпозиционной аппроксимации моделирование процессов функционирования сетей связи следующего поколения включает следующие этапы:

- задание графа сети, характеризуемого матрицами смежности, инциденций, стоимостей и расстояний;

- решение задач маршрутизации (выбора оптимальных маршрутов) и распределения потоков в сети (по приоритетам);

- декомпозиция сети на независимые элементы - УК, соответствующие трактам (линиям) связи;

- расчёт показателей качества функционирования на информационных направлениях связи ¿ = 1,7, включая:

а) среднее время доставки сообщений различных приоритетов:

,r = l,R, (29)

'дсДО^устс,- + +

L 4(г)Ш

где tyCT с - среднее время установления (разъединения) соединения в г-м ИБС (для постоянных виртуальных каналов tyCt с. =0); t0(r) - среднее время обработки (кодирования и декодирования, сегментации и сборки (выравнивающая задержка)) пакетов; q(r) - среднее число пакетов в сообщении r-го приоритета; ip£ - задержка распространения; к - число интервалов связи в г-м ИНС.

б) ВСД сообщений различных приоритетов:

4сг ('■) * 'дс тр(г)] = P[t0 (г) Z t0 доп(г)]- W^'umpWl (30)

q(r)kei

где /0 доп (г) - допустимое время обработки пакетов r-го приоритета в оконечных

устройствах на передающей и приёмной стороне.

При этом среднесетевая ВСД сообщений является обобщённым показателем эффективности функционирования сети NGN, используемым при решении задачи (2) и оптимизации пропускной способности каналов передачи;

1 1 R ( \ 1 R

= (31)

Л 1=1 г=1 /=1 г=1

Для оптимизации пропускной способности каналов передачи сети NGN

у(°) =

у(°) у(°) Ч >—>vM

, 7=1 ,М в работе сформулирована задача минимизации приведённых затрат (2) при совместном выполнении требований к вероятности своевременной доставки пакетов (сообщений) и потери Ррщ^г) пакетов:

min C=>vH (32)

Veil*

^пптрМ]-Рф7.(г)^Рдстр(г), j=TJd, Рф >РДСТр.

Так как зависимости затрат и ВСД от числа каналов передата представляют собой монотонные (ступенчатые) функции, то для решения задачи (32) предложен итерационный метод прямого поиска, который основывается на расчёте чувствительности целевой функции и управлении по состояниям. Метод построен на идее, что поочерёдное изменение числа каналов передачи в трактах (линиях) связи приводит к неодинаковому изменению целевой функции и функций ограничений. Поэтому на очередном шаге поиска изменяется лишь тот компонент вектора оптимизируемых переменных, который обеспечивает наибольшее изменение целевой функция. В соответствии с этим предлагаемый метод включает следующие этапы:

6.1) выбор начальной точки оптимизации V^ на основе метода инвариантов - "закона сохранения обслуженной нагрузки";

6.2) расчёт для каждого j -1 ,М тракта связи для значений числа каналов

vj^ и Vj^ +1 требуемого объёма буфера (24), при котором потери пакетов различных приоритетов будут соответствовать соглашению по трафику, и определение на его основе ВСД пакетов (15), сообщений (30), (31) и относительного приращения целевой функции на единицу затрат: YjW) ]=—---,-т-;

cy%kf)

6.3) увеличение пропускной способности того тракта (линии) связи, для которого требования по ВСД не выполнены и обеспечивается максимальное относительное приращение ВСД на единицу затрат: inf

\йт<М

6.4) определение текущих значений (с учётом изменений на шаге 6.3) показателей качества р\ш] (г) <гППтр (г)]. (г) * ряс тр (г)> ^ ряс тр и затРат с i

6.5) проверку выполнения условий задачи (требований к показателям качества) и достаточности ресурсов (ограничений по стоимости С<Сшах, пропускной

способности v(*+1) е Пх) ~ при их выполнении оптимизация завершается, в противоположном случае переход к шагу 6.2.

Новизну разработанного метода оптимизации пропускной способности каналов передачи NGN определяет решение задачи минимизации затрат при совместном выполнении требований к вероятности своевременной доставки пакетов (сообщений) и потери пакетов различных классов качества обслуживания.

В заключении представлены полученные в работе научные и практические результаты, показаны их научная новизна, достоверность, теоретическая и практическая значимость, а также направления дальнейших исследований.

В приложениях представлены используемые в работе термины и определения, материалы по нормированию сквозного качества обслуживания в мультисер-висных сетях связи и его декомпозиции по элементам сети, структура имитационных моделей и результаты имитационного моделирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение и состоящая в разработке теоретических положений, содержащих новые модели и методы исследования процессов функционирования и оптимизации построения (проектирования) сетей связи следующего поколения (как общего пользования, так и специального назначения, корпоративных) по критериям затрат, устойчивости и качества обслуживания (по классам качества).

При этом на основе проведённого анализа основных направлений развития сетей фиксированной связи, архитектуры и телекоммуникационных технологий для построения сетей связи следующего поколения в диссертации получены следующие научно-обоснованные результаты:

1. Метод синтеза сетей связи следующего поколения по критериям затрат, устойчивости и качества обслуживания (по видам услуг и категориям пользователей, включая трафик подсистем сигнализации, управления и др.), реализованный на основе принципа декомпозиции (структурный и параметрический синтез) и последовательной оптимизации на основе обобщённых критериев.

2. Метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости, отличающийся разработкой:

- комплексной методики анализа элементной и структурной устойчивости (надёжности, живучести);

- алгоритма управления свойством устойчивости, обеспечивающим поиск уязвимых сетевых элементов со свойствами низкой стойкости и высокой структурной значимости, их ранжирование по степени влияния на устойчивость сета в целом и реализацию механизмов на изменение данных свойств на основе структурных преобразований и защиты элементов.

3. Метод моделирования узлов коммутации NGN, обеспечивающий:

- исследование процессов их функционирования при простейших и произвольных потоках, коммутации пакетов фиксированной, показательной и произвольной длины, ограниченном буфере, управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учёте реальной надёжности обслуживающих приборов;

- назначение приоритетов на основе минимизации средней стоимости пребы-

вания пакетов различных классов в УК, осуществляемой с учётом первого момента длительности обслуживания пакетов различных классов, а также требований к времени йх доставки в сети.

4. Метод моделирования узлов коммутации NGN, обеспечивающий исследование процессов их функционирования при асимптотически и строго самоподобных потоках, коммутации пакетов фиксированной и показательной (произвольной) длины, здраниченном буфере, управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учёте реальной надёжности обслуживающих приборов.

5. Модель сети связи следующего поколения на основе виртуальных соединений, обеспечивающая оценку сквозного качества обслуживания при передаче разнородной информации.

6. Метод оптимизации пропускной способности каналов передачи NGN, обеспечивающий решение задачи минимизации затрат при совместном выполнении требований к вероятности своевременной доставки пакетов и потери пакетов по классам качества обслуживания.

В целом разработанные в диссертации:

- методы моделирования процессов функционирования узлов коммутации NGN при произвольных (в том числе самоподобных) распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов);

- модели узлов коммутации NGN с относительными приоритетами Gr/G/V/К, резервированием ресурсов GrIGIVrlКг, учётом реальной надёжности обслуживающих приборов и сетевые модели, -

а также последовательное решение на их основе задач:

- назначения относительных приоритетов (по классам качества (видам) услуг, категориям пользователей и подсистем) и определения порогов резервирования ресурсов;

- маршрутизации (выбора оптимальных маршрутов) и распределения потоков в сети (по приоритетам);

- определения для УК сети минимального объёма буфера, при котором потери пакетов различных приоритетов будут соответствовать соглашению по трафику;

- оптимизации пропускной способности каналов передачи при выполнении требований к ВСД пакетов (сообщений) различных приоритетов, -

позволяет при оптимизации построения (проектировании) сетей NGN (на этапе параметрического синтеза) определить параметры требуемых сетевых ресурсов г"=1,/ и обеспечить совместное выполнение требований к потерям и

вероятности своевременной доставки пакетов различных приоритетов, а также надёжности оборудования и каналов передачи.

Данные положения, а также метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости в целом определяют новизну исследований.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Книги:

1. Сычев, К.И. Модели систем массового обслуживания в практических задачах анализа систем мобильной связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич. - Орёл: Академия ФАПСИ, 2003. - 211 с.

2. Сычев, К.И. Многокритериальное проектирование мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. -272 с.

Публикации в изданиях, входящих в перечепь ВАК России:

3. Сычев, К.И. Модель защищенного телефонного трафика для сетей ATM Í К.И. Сычев, А.О. Жуков, И.Ф. Михалевич // Электросвязь. -1999. - №3. - С. 30-33.

4. Сычев, К.И. Моделирование процессов доставки информации в корпоративной ATM сети / К.И. Сычев, А.О. Жуков, И.Ф. Михалевич // Электросвязь. -2000.-№3,-С. 32-36.

5. Сычев, К.И. Исследование механизмов управления трафиком в системах мобильной связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич // Электросвязь. - 2002. - №1. -С. 29-33.

6. Сычев, К.И. Оптимизация пропускной способности корпоративных сетей связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, В.Ю. Лузин // Электросвязь. - 2003. - №10. -С. 36-39.

7. Сычев, К.И. Математические модели процессов функционирования сетей передачи данных при применении современных телекоммуникационных технологий 1 К.И. Сычев, М.А. Сонькин // Телекоммуникации. - 2005. - № 11. - С. 2-5.

8. Сычев, К.И. Многокритериальное проектирование мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев // Телекоммуникации. - № 9. - 2007. - С.2-7.

9. Сычев, К.И. Математические модели узлов коммутации мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев // Электросвязь. - 2008. - № 2. - С. 24-28.

10. Сычев, К.И. Математические модели процессов формирования и обслуживания мультисервисного (самоподобного) трафика / К.И. Сычев // Телекоммуникации. - 2008. - № 8. - С. 19-25.

Авторские свидетельства и патенты:

11. Пат. 2117401 Российская Федерация. Устройство конфиденциальной связи / Сычев К. И., Михалевич И. Ф., Жуков А. О.; заявл. 01.04.97.

12. Пат. 2152134 Российская Федерация. Устройство засекречивания и мультиплексирования трафика речи и данных / Сычев К. И., Михалевич И. Ф., Жуков А. О., Королёв А. В.; заявл. 25.05.98.

.13. Пат. 2197067 Российская Федерация. Устройство конфиденциальной связи / Сычев К И., Михалевич И. Ф., Кравченко В. Р.; заявл. 21.08.00.

14. Программа для ЭВМ 2006610159 Российская Федерация. Программный комплекс для анализа эффективности и оптимизации построения сетей связи / Сычев К. И., Кулаев А. В., Невров А. А.; заявл. 22.08.05; опубл. 10.01.06.

Статьи и доклады:

15. Сычев, К.И. Эвристические процедуры распределённой адаптивной маршрутизации в широкополосных сетях связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О.

Жуков // Сборник научных трудов ВИПС № 5. - Орёл: ВИПС, 1996. - С. 82-89.

16. Сычев, К.И. Модель сети передачи данных с коммутацией пакетов / К.И. Сычев, И:Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Сборник рефератов депонированных рукописей. - М.: ЦВНИ МО РФ, 1996. - серия В - №37.

17. Сычев, К.И. Модель интеграции разнородного трафика ШЦСИО на базе стратегии подвижной границы / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков II Сборник научных трудов учёных Орловской области. - Орёл, выпуск 3. - 1997. -С. 18-27.

18. Сычев, К.И. Исследование вероятностных характеристик функционирования узлов связи малой ёмкости / К.И. Сычев, A.B. Королёв, А.П. Миронов // Сборник научных трудов ВИПС. - № 9. - Орёл: ВИПС, 1999. - С. 103-109.

19. Сычев, К.И. Моделирование процессов функционирования мобильных узлов связи на основе многоканальной СМО с комбинированной дисциплиной обслуживания: относительными приоритетами, ограниченной очередью, потерями и ненадёжными каналами / Сычев К.И. // Сборник научных трудов ВИПС. - № 10. - Орёл: ВИПС, 2000. - С. 65-71.

20. Сычев, К.И. Моделирование процессов доставки информации и обеспечение информационной безопасности в корпоративных ATM-сетях / К.И. Сычев, А.О. Жуков, И.Ф. Михалевич // Проблемы информатизации. - 2000. - С. 63-65.

21. Сычев, КИ. Моделирование процессов функционирования мобильных узлов связи на основе многоканальной СМО с комбинированной дисциплиной обслуживания: абсолютными приоритетами, ограниченной очередью, потерями и ненадёжными каналами / КИ. Сычев // Сборник научных трудов Академии: ФАПСИ. - № 10. - Орёл: Академия ФАПСИ, 2001. - С. 70-84.

22. Сычев, КИ. Алгоритм оптимизации сетей связи при ограничении затрат на их построение / КИ. Сычев, В.Р. Кравченко, А.Ю. Александров // Сборник научных трудов Академии ФАПСИ. - № 15. - Орёл: Академия ФАПСИ, 2003. - С. 71-82.

23. Сычев, К.И. Проблемы интеграции служб в системах связи специального назначения / К.И. Сычев, А.О. Жуков // Труды Российского научно-технического общества радиоэлектронных средств им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, по-свящённая Дню радио. Выпуск LI. - М.: Радио и связь, 1996. - С. 23-24.

24. Сычев, КИ. Моделирование асинхронных скоростных коммутаторов пакетов для перспективных сетей связи специального назначения / КИ. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Материалы научно-технической конференции "Приоритетные пути развития систем военной связи". Часть 1. - СПб.: ВАС, 1997. - С. 342-343.

25. Сычев, К.И. Методы коммутации в интегральных сетях связи специального назначения / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков /У Материалы восьмой военной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования систем и техники военной связи", - СПб.: СПВВИУС. - 1997. - С. 63.

26. Сычев, К.И. Обеспечение конфиденциальности информационного обмена при передаче телефонного трафика в режиме асинхронной доставки / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Труды всероссийской научно-технической конфе-

ренции "Радио и волоконно-оптическая связь, локация и навигация". Том 2. - Воронеж. - ВГУ, 1997. - С. 821-824.

27. Сычев, К.И. Анализ механизмов управления потоками в сетях с пакетной коммутацией / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич // Материалы всероссийской научно-технической конференции "Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационной системы специального назначения". - Орёл: ВИПС, 1998.-С. 70-71.

28. Сычев, К.И. Модель трафика данных в условиях ненадёжной транспортной среды / К.И. Сычев, А.О. Жуков // Материалы второй межведомственной конференции "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб". Том 2.-М.:ИКСИ Академии ФСБ России, 1998.-С. 259-261.

29. Сычев, К.И. Модель пакетного телефонного трафика на основе выделения и блокировки передачи пауз речи / К.И. Сычев // Материалы второй межведомственной конференции "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб". Том 2. - М.: ИКСИ Академии ФСБ России, 1998. - С. 279-281.

30. Сычев, К.И. Модель сети доступа для специализированных АТМ-приложений / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Труды Российского научно-технического общества радиоэлектронных средств им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвящённая Дню радио. Выпуск LEU. - М.: Радио и связь, 1998. -С. 112-114.

31. Сычев, К.И. Моделирование протоколов доставки и предложения по реализации устройств адаптации интегрированного трафика для защищенных корпоративных сетей ATM / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков, АЛ. Рогачёз // Труды всероссийской научно-технической конференции "Информационная безопасность автоматизированных систем". - Воронеж: ВГУ, 1998. - С. 90-99.

32. Сычев, К.И. Моделирование узлов связи на основе асинхронного режима доставки / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, A.B. Кисляков И Материалы всероссийской научно-технической конференции "Проблемы развития информационно-телекоммуникационной системы специального назначения". - Орёл: ВИПС, 1999.

33. Сычев, К.И. Моделирование доставки информации и обеспечение информационной безопасности в корпоративных ATM сетях / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Материалы межрегиональной конференции "Информационная безопасность регионов России". Часть 1. - СПб. -т 1999. - С.71.

34. Сычев, К.И. Модель коммутатора виртуальных каналов ATM / К.И. Сычев // Материалы третьей межведомственной конференции "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб". Том 2. - М.: ИКСИ Академии ФСБ России, 2000. - С. 277-279.

35. Сычев, К.И. Способы моделирования многоканальных систем массового обслуживания с комбинированными дисциплинами обслуживания / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич // Труды Российского научно-технического общества радиоэлектронных средств им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвящённая Дню радио. Выпуск 55. - М.: Радио.и связь, 2000. - С. 292-293.

36. Сычев, К.И. Предложения по построению терминального оборудования

для мультисервисных сетей связи специального назначения / К.И. Сычев, В.Р. Кравченко // Материалы 9-й научно-технической конференции по криптографии. Секция № 8. - Орёл: Академия криптографии России, 2001. - С. 123-125.

37. Сычев, К.И. Моделирование процессов доставки информации в корпоративных сетях связи специального назначения / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, В.Р. Кравченко // Материалы межрегиональной научно-практической конференции "Информация и безопасность". Вып. 2. - Воронеж: Вор. Гос. Техн. Ун-т., 2002. -С. 240-241.

38. Сычев, К.И. Моделирование процессов функционирования сетей связи с учётом самоподобия циркулирующей нагрузки / К.И. Сычев, К.А. Батенков // Труды Российского научно-технического общества радиоэлектронных средств им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная Дню радио. Выпуск 60. - М.: Радио и связь, 2005. - С. 8-11.

39. Сычев К.И. Методика проектирования сетевых структур по критерию устойчивости / К.И. Сычев // Труды Российского научно-технического общества радиоэлектронных средств им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвящённая Дню радио. Выпуск 60. - М.: Радио и связь, 2005. - С. 11-14.

40. Сычев, К.И. Многокритериальное проектирование мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев // Труды XV международная научная конференция "Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов".-М.: Академия управления МВД России, 2006. - С. 277-280.

41. Сычев, К.И. Многокритериальное проектирование мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев // Труды Российского научно-технического общества радиоэлектронных средств им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвящённая Дню радио. Выпуск 62. - М.: Радио и связь, 2007. - С. 15-16.

42. Сычев, К.И. Многокритериальный метод проектирования мультисервисных сетей специальной связи / К.И. Сычев // Материалы седьмой межведомственной конференции "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб". Том VII. - М.: ИКСИ Академии ФСБ России, 2008. - С. 135-143.

43. Сычев, К.И. Математические модели процессов формирования и обслуживания мультисервисного трафика с учётом классов качества обслуживания / К.И. Сычев // Материалы седьмой межведомственной конференции "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб". Том VII. -М.: ИКСИ Академии ФСБ России, 2008. - С. 144-149.

Подписано в печать 25.11.2009. Формат 60x84/16. Бумага типографская № 2. Печать - ризография. Усл. печ. л. 2,75 Тираж 120 экз. Заказ Ю26.

Московский государственный институт электроники и математики 109028, Москва, Б.Трехсвятительский пер., 3.

Центр оперативной полиграфии (495) 916-88-04, 916-89-25

Введение.

1 Анализ основных направлений развития сетей фиксированной связи в условиях информатизации общества, принципов и телекоммуникационных технологий для построения сетей связи следующего поколения.

1.1 Основные направления государственной политики Российской Федерации в области построения информационного общества.

1.2 Архитектура построения сетей связи следующего поколения

1.3 Транспортные сети NGN.

1.4 Сети доступа NGN

1.5 Построение систем управления вызовами

1.5.1 Построение системы управления вызовами на базе гибких коммутаторов (Softswitch)

1.5.2 Протоколы управления вызовами в сетях NGN.

1.5.3 Построение системы управления вызовами на базе подсистемы IMS.

1.5.4. Стратегия применения решений на базе Softswitch и IMS

1.6 Архитектура платформы услуг и приложений NGN.

1.7 Архитектура информационной безопасности в сетях NGN

1.8 Стратегии внедрения сетей связи следующего поколения на ЕСЭ России.

1.9 Телекоммуникационные технологии для построения транспортных сетей NGN и механизмы обеспечения качества обслуживания в них.

1.9.1 Протокол IP.

1.9.1.1 Модель интегрированных услуг.

1.9.1.2 Модель дифференцированных услуг.

1.9.1.3 Протоколы транспортного уровня RTP, RTCP

1.9.1.4 Пакетная передача речи - VoIP.

1.9.1.5 Протокол обеспечения информационной безопасности IPsec.

1.9.1.6 Развитие протокола на основе версии IPv6.

1.9.2 Технология ATM

1.9.2.1 Основные характеристики технологии ATM.

1.9.2.2 Категории обслуживания технологии ATM.

1.9.2.3 Маршрутизация в ATM сети.

1.9.2.4 Управление трафиком в ATM сети

1.9.2.5 Информационная безопасность в ATM сети.

1.9.3 Технология MPLS

1.9.3.1 Общие принципы построения и функционирования MPLS сети

1.9.3.2 Маршрутизация в MPLS сети.

1.9.3.3 Протокол распределения меток в MPLS сети.

1.9.3.4 Конструирование трафика в MPLS сети.

1.9.3.5 Области применения технологии MPLS.

1.10 Выводы.

2 Метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия

2.1 Общие цели, задачи, принципы и методология проектирования сетей связи.

2.2 Аналитическое описание сетей связи на основе теории систем и графов. Морфологическая модель сети связи

2.3 Качество телекоммуникационных услуг. Состав и взаимосвязь показателей качества обслуживания.

2.3.1 Состав и взаимосвязь показателей качества обслуживания сетей связи на основе международных стандартов.

2.3.2 Иерархическая система показателей качества обслуживания. Выбор и обоснование обобщённого показателя эффективности функционирования. Методология оценивания эффективности функционирования сетей связи. ИЗ

2.3.3 Качество телекоммуникационных услуг в сетях связи следующего поколения.

2.4 Метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия.

2.5 Выводы.

3 Метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости.

3.1 Методика анализа устойчивости сетей связи.

3.2 Методика анализа надёжности сетей связи.

3.2.1 Анализ показателей и требований по надёжности первичных сетей связи.

3.2.1.1 Характеристика надёжности типовых трактов магистральной, внутризоновой и местной связи.

3.2.1.2 Характеристика надёжности резервируемых систем.

3.2.1.3 Требования по надёжности соединений первичной сети

3.2.2 Методика анализа структурной надёжности (живучести) сетей связи

3.3 Методика анализа живучести сетей связи.

3.4 Метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости

3.4.1 Формирование начальной структуры сети связи.

3.4.2 Алгоритм управления свойством устойчивости сети связи на основе структурных преобразований и защиты её элементов.

3.4.3 Принципы и способы обеспечения устойчивости (живучести) сетей связи.

3.5 Выводы.

4 Теоретические основы исследования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов).

4.1 Основные ограничения и допущения

4.2 Модель узлов коммутации типа Mr / M /V / К с относительными приоритетами и учётом реальной надёжности обслуживающих приборов

4.2.1 Описание процессов функционирования узла коммутации.

4.2.2 Анализ показателей качества функционирования узлов коммутации.

4.2.2.1 Стационарное распределение вероятностей состояний.

4.2.2.2 Стационарное распределение времени ожидания пакетов.

4.2.2.3 Стационарное распределение времени пребывания пакетов.

4.2.3 Оптимизация назначения приоритетов.

4.2.4 Влияние конечной надёжности обслуживающих приборов на функционирование узлов коммутации типа Mr /M /V/К.

4.3 Модель узлов коммутации типа Mr / M IVr / Кг с относительными приоритетами, резервированием ресурсов и учётом реальной надёжности обслуживающих приборов.

4.3.1 Описание процессов функционирования узлов коммутации.

4.3.2 Анализ показателей качества функционирования узлов коммутации.

4.4 Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов)

4.4.1 Структура метода моделирования процессов функционирования узлов коммутации при произвольных распределениях поступления и обслуживания требований различных классов качества (приоритетов).

4.4.2 Модель узлов коммутации типа (5Г / (гIV / К, СтгЮ1Уг1 Кг с относительными приоритетами и резервированием ресурсов. Применение разработанного метода для анализа показателей качества функционирования узлов коммутации типа Мг /Б /V/К, Мг /О/ ¥г /Кг

4.4.3 Определение оптимального порога резервирования ресурсов

4.5 Определение верхних и нижних граничных оценок показателей качества функционирования узлов коммутации. Исследование свойств разработанных моделей.

4.5.1 Определение верхних и нижних граничных оценок показателей качества функционирования узлов коммутации

4.5.2 Оценка чувствительности разработанных моделей к изменению входных параметров

4.5.3 Оценка достоверности полученных результатов.

4.5.3.1 Сходимость полученных результатов к известным в теории очередей.

4.5.3.2 Имитационное моделирование.

4.6 Выводы.

5 Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при обслуживании асимптотически и строго самоподобного трафика с учётом классов качества.

5.1 Определения и свойства самоподобного трафика.

5.2 Моделирование самоподобного трафика

5.3 Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при обслуживании асимптотически самоподобного трафика с учётом классов качества.

5.3.1 Развитие модели узлов коммутации типа Р/а 1/<х> на основе введения классов качества.

5.3.1.1 Общая характеристика узлов коммутации типа Р/(?/1/оо

5.3.1.2 Модели узлов коммутации типа Рг IСIV/К, Рг /СIКг с относительными приоритетами и резервированием ресурсов.

5.3.1.3 Определение результирующего значения показателя Херста и эффективности статистического мультиплексирования источников трафика

5.3.1.4 Определение минимального объёма буфера, при котором потери пакетов различных классов обслуживания будут соответствовать соглашению по трафику

5.3.1.5 Определение выравнивающей задержки для трафика реального времени.

5.3.2 Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при обслуживании асимптотически самоподобного трафика с учётом классов качества.

5.4 Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при обслуживании строго самоподобного трафика с учётом классов качества.

5.4.1 Развитие модели Норроса для узлов коммутации типа /5 / С /1 / со на основе введения классов качества обслуживания. Модели узлов коммутации типа /Вг /О! 1 /оо с относительными приоритетами.

5.4.1.1 Средняя длина очереди и среднее время доставки пакетов

5.4.1.2 Вероятность потери пакетов

5.4.2 Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при обслуживании строго самоподобного трафика с учётом классов качества.

5.5 Определение верхних и нижних граничных оценок показателей качества функционирования узлов коммутации. Исследование свойств разработанных моделей.

5.6 Выводы.

6 Моделирование процессов функционирования и оптимизация пропускной способности каналов передачи мультисервисных сетей связи.

6.1 Обоснование метода моделирования сетей связи следующего поколения

6.1.1 Точные методы анализа сетей связи

6.1.2 Приближённые методы анализа сетей связи.

6.2 Маршрутизация и распределение информационных потоков в сетях связи следующего поколения

6.3 Моделирование и оценивание эффективности (качества) функционирования сетей связи следующего поколения

6.3.1 Анализ среднего времени доставки сообщений

6.3.2 Анализ вероятности своевременной доставки сообщений.

6.4 Оптимизация пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения.

6.4.1 Постановка задачи оптимизации.

6.4.2 Метод оптимизации пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения.

6.5 Выводы.

Актуальность проблемы. Развитие научно-технического прогресса на рубеже ХХ-ХХ1 веков определяет переход от индустриального к информационному обществу, в процесс создания которого включена и Россия. При этом показательным фактором формирования информационного общества России является то, что за 1999-2006 годы темпы экономического роста отрасли инфокоммуникаций, объединяющей отрасль связи и сектор информационных технологий, в 4 раза превысили темы роста национальной экономики [1].

В тоже время достигнутый уровень развития российской информационной инфраструктуры и использования информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в общественном производстве и государственном управлении не в полной мере соответствует задачам диверсификации экономики, повышения конкурентоспособности страны, благосостояния и качества жизни граждан, укрепления обороноспособности и безопасности, а также существенно уступает развитым странам мира. Сохраняется неравенство в доступе к информации и информационно-коммуникационным технологиям различных групп населения и регионов, которое всё более превращается в фактор, сдерживающий социально-экономическое развитие общества. Система обеспечения информационной безопасности в недостаточной мере способна противостоять современным угрозам, связанным с возможными несанкционированными нарушениями установленных режимов использования информационных и коммуникационных систем.

Для преодоления существующих проблем разработана стратегия развития информационного общества в России [2], в настоящее время осуществляется её реализация в направлениях:

- создания равных возможностей по доступу к информации и информационно-коммуникационным технологиям (сети связи общего пользования, сети Интернет, сети телерадиовещания) различных групп населения;

- повышения эффективности государственного управления, реализуемого путём создания на федеральном и региональном уровнях "электронного правительства" (ФЦП "Электронная Россия (2002-2010 годы)", Концепция региональной информатизации до 2010 года), государственной автоматизированной системы управления приоритетными национальными проектами [3-5];

- повышение качества образования и медицинского обслуживания, реализуемого в рамках приоритетных национальных проектов "Здоровье", "Образование" и предполагающего обеспечение широкополосного доступа к сети Интернет, построение телемедицинской и образовательной сетей.

В целом развитие информационного общества и информационных систем различного назначения предъявляет ряд новых "революционных" требований к телекоммуникационным системам по видам, объёмам и качеству передаваемой информации, доступности обслуживания [6-8], Существенными факторами, также требующими развития телекоммуникационных систем (в первую очередь сетей фиксированной связи), являются:

- наличие в телефонной сети связи общего пользования (ТфОП) значительного объёма морально и физически устаревшего (аналогового) оборудования;

- "насыщение" уровня развития телефонной сети связи общего пользования, при этом необходимое дальнейшее увеличение телефонной плотности возможно только за счёт удалённых малонаселённых территорий, подключение которых (реализация универсальных услуг связи) с использованием существующих технологий экономически невыгодно;

- динамичное развитие инфокоммуникационных услуг, предполагающих в том числе многокомпонентность (мультимедийность) передаваемой информации (голос, данные, видео - triple-play services) и многосвязное взаимодействие;

- динамичное развитие сети Интернет и распространение технологии виртуальных локальных сетей (VLAN) для объединения территориально-распределённых корпоративных сетей;

- переход на цифровые стандарты телерадиовещания DVB, увеличение количества и качества принимаемых населением телевизионных программ [9,10];

- внедрение подвижной связи третьего поколения (3G) [11].

Таким образом, развитие информационного общества и динамичный рост потребностей пользователей в инфокоммуникационных услугах определили этапы и направления эволюционного развития сетей фиксированной связи (общего пользования и корпоративных), основными среди которых являются [6, 7, 12-22]:

- цифровизация транспортной сети связи и региональных сетей доступа;

- расширение видов предоставляемых услуг и повышение их качества на основе построения цифровых сетей интегрального обслуживания (ISDN), а также сетей передачи данных на технологиях IP, Frame Relay, ATM и др.;

- конвергенция (объединение) традиционных сетей телефонной связи и передачи данных на основе технологии коммутации пакетов IP, ATM, MPLS;

- интеграция услуг и сетей (фиксированной и сотовой связи, беспроводного широкополосного доступа, Internet) на основе концепции сетей связи следующего поколения (Next Generation Network, NGN).

В целом данные направления в условиях информатизации общества определили переход от построения узкоспециализированных выделенных сетей к муль-тисервисным сетям связи (МСС) на основе концепции сетей связи следующего поколения. Последние обеспечивают предоставление широкого набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счёт унификации сетевых решений на основе разделения функций переноса и коммутации, управления вызовами и услугами. Это достигается четырёхуровневой архитектурой построения сетей связи следующего поколения, включающей уровень доступа, транспортный уровень, уровень управления вызовами, уровень управления услугами, а также применением на каждом уровне открытых стандартов.

Транспортную основу сетей связи следующего поколения составляют сети передачи данных с коммутацией пакетов (быстрой коммутацией пакетов) IP, ATM, MPLS. Данные телекоммуникационные технологии различаются возможностями по предоставлению и интеграции различного спектра узкополосных и широкополосных услуг, а также обеспечению качества обслуживания (Quality of Service, QoS). В современных условиях осуществляется процесс стандартизации сетевых механизмов обеспечения качества обслуживания, сближающий рассматриваемые телекоммуникационные технологии между собой (в том числе с позиций моделирования). В перспективе транспортную сеть связи предполагается строить на основе протоколов IP/MPLS, реализующим для NGN концепцию All-IP ("всё по IP"). Уровень доступа образует сеть широкополосного доступа к транспортной сети и обеспечивает доведение услуг NGN до пользователей.

Распределённая архитектура управления вызовами в сетях связи следующего поколения включает центральный элемент - гибкий коммутатор (Softswitch), а также различное шлюзовое оборудование для сопряжения с сетями связи с коммутацией пакетов, с коммутацией каналов, сетями (системами) сигнализации. Для управления мультимедийными соединениями, а также для управления созданием новых услуг на основе IP-протокола реализуется подсистема IMS. При этом предоставление услуг следующего поколения реализуется с учётом требований информационной безопасности независимыми платформами услуг посредством открытых интерфейсов (OSA/Parlay, JAIN, YoiceXML), обеспечивающими, в отличие от традиционных сетей, их быстрое создание и внедрение, а таюке поддержку мобильности пользователей.

Изложенные особенности развития сетевых и телекоммуникационных технологий требуют адекватного развития теоретических основ исследования процессов функционирования и оптимизации построения (синтеза) сетей связи [21, 114, 200].

В настоящее время при общем прогрессе в сфере сетевых технологий заметно отстаёт научно-технический уровень методов, моделей и средств автоматизации структурно-сетевого синтеза современных телекоммуникационных сетей, в том числе комплексного расчётного обоснования состава оборудования. Так существуют частные модели и методы исследования процессов функционирования, оптимизации построения (синтеза), проектирования мультисервисных сетей связи (в том числе на основе концепции NGN), разработанные в трудах Семёнова Ю.В., Кучерявого А.Е., Назарова А.Н., Соколова H.A., Вишневского В.М., Ершова В.А., Кузнецова H.A., Лагутина B.C., Степанова С.Н. [17-19, 21, 31-33]. Данные решения основываются на:

- общие методы исследования и оптимизации построения сетей связи, разработанные в трудах Филипса Д., Гарсиа-Диаса А., Захарова Г.П., Шварца М., Мартина Дж., Терентьева В.М., Яновского Г.Г., Герасимова А.И., Мизина И.А., Богатырева В.А., Давыдова Г.Б., Рогинского В.Н., Харкевича А.Д. [34-43, 165, 203, 204];

- методы обеспечения устойчивости (надёжности, живучести) сетей, разработанные в трудах Богатырёва В.А., Филина Б.П., Дудника Б.Я., Нетеса В.А., Сте-кольникова Ю.И. [44-47,165];

- классическую теорию очередей.

Вместе с тем данные модели и методы не в полной мере учитывают разнородность передаваемой информации (предоставляемых услуг) и, соответственно, многокомпонентность и пачечную природу трафика мультисервисных сетей, исследование процессов обслуживания которого возможно на основе применения:

- специальных приложений классической теории очередей в области приоритетных систем, в том числе с ограничениями ресурсов и учётом реальной надёжности обслуживающих приборов, разработанных Клейнроком Л., Башариным Г.П., Бронштейном О.И., Духовным И.М., Гнеденко Б.В., Даниэляном Э.А., Коко-тушкиным В.А., Михалевым Д.Г. [48-54, 166];

- результатов теории фрактальных (самоподобных) процессов в области телекоммуникаций, полученных зарубежными: Leland W., Taqqu М., Willinger W., Wilson D., Norros I., Столлингс В. [55-58] и отечественными: Нейман М.Н., Цы-баков Б.С., Шелухин О.И., Тенякшев A.M., Осин A.B., Ершов В.А., Заборовский B.C., Петров М.Н., Симонина O.A. [59-66] авторами.

Вместе с тем на текущий момент не существует обобщённого метода исследования, обеспечивающего анализ эффективности функционирования сетей связи следующего поколения, а также их синтез по критериям затрат, качества обслуживания, устойчивости. При этом непрерывное совершенствование сетевых технологий, этапность жизненного цикла телекоммуникационных сетей и многообразие вариантов построения их структур, необходимость согласования противоречивых интересов операторов связи и поставщиков услуг порождает широкий спектр задач, которые необходимо решить при проектировании (расчёте основных параметров) сетей связи следующего поколения и её элементов.

Данное противоречие между потребностями практики и недостаточной теоретической проработкой предметной области требует систематизации уже известных подходов и разработки новых методов анализа и синтеза сетей связи следующего поколения, учитывающих их специфику:

- распределённая архитектура построения, образующая подсистемы: информационного обмена, сигнализации (управления вызовами), управления (оборудованием, услугами и их качеством), информационной безопасности и др.;

- ограничения используемых сетевых ресурсов;

- многокомпонентный трафик с самоподобной структурой, а также необходимость обеспечения в данных условиях устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов различной природы и сквозного качества обслуживания на основе введения классов качества по задержкам и потерям пакетов определяемых по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам (сигнализации, управления и др.).

Положение дел усложняется неопределённостью предпроектной ситуации, заключающейся:

- в отсутствии формализованного перечня исходных данных и трудоёмкости их подготовки;

- в дефиците информации о программных реализациях новых методов решения структурно-сетевых задач, их значительным недоиспользованием и большими затратами по перенастройке под новые применения, что отрицательно сказывается на стоимости, качестве и продолжительности разработки проектов телекоммуникационных сетей и принятии структурно-сетевых решений. Всё это подчеркивает актуальность темы диссертации и позволяет сформулировать научную проблему, а также определить цель, объект, предмет и задачи исследований.

В соответствии с этим диссертация направлена на решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение и предполагающей разработку моделей и методов исследования процессов функционирования и оптимизации построения сетей связи следующего поколения по критериям затрат, устойчивости и качества обслуживания (по классам качества).

Цель исследования заключается в повышении эффективности процессов функционирования, проектирования и развития сетей связи следующего поколения за счёт разработки моделей и методов, обеспечивающих:

- расчёт показателей качества функционирования узлов коммутации, управление его ресурсами в условиях практической эксплуатации;

- синтез сетей связи следующего поколения по критериям затрат, устойчивости, качества^ обслуживания (по приоритетам, назначаемым по классам качества (видам) услуг, категориям пользователей, подсистемам и определяемым задержками и потерями пакетов).

Объектом исследования являются построение и процессы функционирования сетей связи следующего поколения.

Предметом исследования является разработка моделей и методов исследования процессов функционирования узлов коммутации и оптимизации построения (синтеза) сетей связи следующего поколения, а также применение разработанных моделей и методов для автоматизированного решения широкого класса прикладных задач проектирования сетей связи следующего поколения.

Для достижения поставленной цели исследований в диссертации решены следующие научные задачи:

- проведён анализ основных направлений развития сетей фиксированной связи, архитектуры и телекоммуникационных технологий для построения сетей NGN;

- разработан метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия и его составные элементы:

- метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости;

- метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации (УК) сетей связи следующего поколения (шлюзов, гибких коммутаторов, маршрутизаторов транспортной сети, узлов управления услугами) при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов);

- метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей NGN при обслуживании асимптотически и строго самоподобного трафика с учётом классов качества (приоритетов);

- комплекс сетевых моделей и метод оптимизации пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения, а также проведены экспериментальные исследования с использованием разработанных моделей и методов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации применялись методы теорий вероятностей, систем, графов, эффективности, очередей, принятия решений, фрактальных процессов ("детерминированного хаоса").

Основные положения, выносимые на защиту. Разработанные в диссертации теоретические положения по исследованию процессов функционирования и оптимизации построения (синтезу) сетей связи следующего поколения содержат следующие новые научно-обоснованные результаты, которые выносятся на защиту:

1. Метод синтеза сетей связи следующего поколения на основе векторного критерия.

2. Метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости.

3. Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при произвольных распределениях поступления и обслуживания заявок различных классов качества (приоритетов).

4. Метод моделирования процессов функционирования узлов коммутации сетей связи следующего поколения при обслуживании асимптотически и строго самоподобного трафика с учётом классов качества.

5. Метод оптимизации пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения.

Научная новизна исследований заключается в том, что разработаны:

1. Метод синтеза сетей связи следующего поколения по критериям затрат, устойчивости и качества обслуживания (по видам услуг и категориям пользователей, включая трафик подсистем сигнализации, управления и др.), реализованный на основе принципа декомпозиции (структурный и параметрический синтез) и последовательной оптимизации на основе обобщённых критериев.

2. Метод синтеза сетевых структур при обеспечении требований устойчивости, отличающийся разработкой:

- комплексной методики анализа элементной и структурной устойчивости (надёжности, живучести);

- алгоритма управления свойством устойчивости, обеспечивающим поиск уязвимых сетевых элементов со свойствами низкой стойкости и высокой структурной значимости, их ранжирование по степени влияния на устойчивость сети в целом и реализацию механизмов на изменение данных свойств на основе структурных преобразований и защиты элементов.

3. Метод моделирования узлов коммутации NGN, обеспечивающий исследование процессов их функционирования при простейших и произвольных потоках, коммутации пакетов фиксированной и показательной (произвольной) длины, ограниченной очереди, управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учёте реальной надёжности обслуживающих приборов.

4. Метод моделирования узлов коммутации NGN, обеспечивающий исследование процессов их функционирования при асимптотически и строго самоподобных потоках, коммутации пакетов фиксированной и показательной (произвольной) длины, ограниченной очереди, управлении качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учёте реальной надёжности обслуживающих приборов.

5. Метод оптимизации пропускной способности каналов передачи сетей связи следующего поколения, обеспечивающий решение задачи минимизации затрат при совместном выполнении требований к вероятности своевременной доставки пакетов (сообщений) и потери пакетов по классам качества обслуживания.

В целом результаты по пунктам 3, 4, 5 характеризуются высокой степенью обобщения и определяют адекватное соответствие основных параметров разработанных моделей узлов коммутации базовым параметрам инфокоммуникационных систем на основе сетевых технологий IP, ATM, MPLS, что позволяет:

- учитывать при моделировании специфику совместной передачи разнородной информации с различными требованиями к качеству обслуживания, а также пачечную природу мультимедийного трафика;

- определять верхние и нижние граничные оценки показателей качества при анализе эффективности функционирования и синтезе сетей NGN.

Теоретическая значимость исследований заключается в разработке новых методов исследования, моделирования и многокритериального проектирования сетей связи следующего поколения, обеспечивающих учёт специфики их функционирования (распределённая архитектура построения, передача разнородной информации, ограниченность сетевых ресурсов, необходимость обеспечения устойчивости) и связанных с этим способов управления качеством обслуживания на основе введения классов качества (приоритетов) и резервирования ресурсов.

Практическая значимость и результаты внедрения. Практическая значимость работы заключается в том, что полученные решения позволят:

- повысить эффективность деятельности проектных организаций, а также автоматизировать процессы проектирования МСС и сетей связи следующего поколения (как общего пользования, так и специального назначения, корпоративных), в том числе и виртуальных частных сетей;

- в условиях практической эксплуатации управлять ресурсами узлов коммутации для обеспечения качества обслуживания (по классам качества) при передаче разнородного трафика (в том числе с самоподобной структурой).

Основные результаты исследований получены в ходе выполнения ведомственных НИР, направленных на исследование путей эволюционного развития и объединения действующих сетей связи специального назначения в мультисервис-ную сеть специальной связи при обеспечении требований качества обслуживания, информационной безопасности и устойчивости функционирования.

Основные результаты исследований, соответствующие задачам исследования и положениям, выносимым на защиту, использованы:

- в ЦНИИС - при проведении НИР "Восстановление", направленной на разработку Концепции построения системы восстановления Взаимоувязанной сети связи России;

- в учебном процессе кафедры "Вычислительные сети и системы" Московского государственного института электроники и математики;

- в Военной академии связи им. С.М. Будённого - при проведении НИР "По-ток-07", а также в учебном процессе при чтении дисциплины "Основы построения телекоммуникационных систем и сетей";

- в Академии ФСБ России - в учебном процессе при чтении дисциплин "Основы проектирования и эксплуатации защищенных телекоммуникационных систем", "Современные сетевые технологии", "Современные государственные и ведомственные сети конфиденциальной связи";

- в в/ч 58861 - при проведении НИР "Система", "Каскад", "Лабиринт", -что подтверждается актами реализации.

Также основные результаты исследований, а именно их применение к комплексному исследованию эффективности функционирования сетей связи специального назначения, осуществлению планирования их развития при оптимизации затрат, повышении качества обслуживания и устойчивости, использованы в/ч 58861 при формировании Государственной программы вооружения на 2007-2015 годы.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 21 научной конференции, включая: научно-техническую конференцию "Приоритетные пути развития систем военной связи" (г. С.-Петербург, ВАС, 1997); всероссийскую научно-техническую конференцию "Радио и волоконно-оптическая связь, локация и навигация" (г. Воронеж, ВГУ, 1997); всероссийскую научно-техническую конференцию "Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационных систем специального назначения" (г. Орёл, ВИПС, 1998,

1999, Академия ФАПСИ, 2001, 2003, 2005); межведомственную конференцию "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб" (г. Москва, ИКСИ Академии ФСБ России, 1998, 2000, 2008); всероссийскую научно-техническую конференцию "Информационная безопасность автоматизированных систем" (г. Воронеж, ВГУ, 1998); межрегиональную конференцию "Информационная безопасность регионов России" (г. С.-Петербург, 1999); научные сессии РНТО РЭС им. A.C. Попова (г. Москва, 1996, 1998, 2000, 2005, 2007); 9-ю научно-техническую конференцию по криптографии (г. Москва, Академия криптографии РФ, 2001); межрегиональную научно-практическую конференцию "Информация и безопасность" (г. Воронеж, ВГТУ, 2002); XV международную научную конференцию "Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов" (г. Москва, Академия управления МВД России, 2006); 5-ю всероссийскую научную конференцию "Проблемы развития системы специальной связи и специального информационного обеспечения" (г. Орёл, Академия ФСО России, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 43 научных работы в том числе: 2 монографии [67, 68], 8 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК России [69-76], 8 статей в других изданиях [77-84], 21 доклад на научных конференциях [85-102, 194—197], получены 3 патента на изобретения и свидетельство о регистрации программы для ЭВМ [103-106].

Личное участие автора в полученных результатах. Представленные результаты исследований получены автором лично. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит ведущая роль при постановке задачи, разработке метода её решения и обобщении полученных результатов.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, 5 приложений, изложенных на 385 станицах. Она содержит 76 рисунков, 25 таблиц и список использованных источников из 206 наименований.

6.5 Выводы

В настоящем разделе показано, что при моделировании сетей NGN должны учитываться следующие базовые принципы их построения, включающие применение технологий коммутации пакетов (быстрой коммутации пакетов), организацию виртуальных соединений, а также управление качеством обслуживания на основе планирования очередей, классификации (приоритезации) трафика и резервирования ресурсов.

С целью моделирования процессов функционирования сетей NGN, основанных на данных принципах, в разделе проведён анализ методов их исследова

8 - на основе метода, аналогичного методу решения задачи (6.15) ния. В результате проведённого анализа сети NGN предлагается моделировать на основе приближённого метода декомпозиционной аппроксимации моделью открытой смешанной сети связи с r-классами сообщений. При этом узлы коммутации данной сети моделируются системами обслуживания типа Gr / GIV / К, GrIGIVrIKr {Gr = \Mr,Pr,jBr), G = {M,D), V>1, K< go, Vr>\, Kr< qo) с простейшими и самоподобными потоками, коммутацией пакетов фиксированной и экспоненциальной длины, ограниченной очередью, управлением качеством обслуживания на основе относительных приоритетов и резервирования ресурсов (по видам услуг, категориям пользователей и подсистемам), учётом реальной надёжности обслуживающих приборов.

В общем случае при применении метода декомпозиционной аппроксимации моделирование процессов функционирования сетей NGN включает следующие этапы:

- задание графа сети, характеризуемого матрицами смежности, инциденций, стоимостей и расстояний;

- решение задач маршрутизации (выбора оптимальных маршрутов) и распределения потоков в сети (по приоритетам);

- декомпозиция сети на независимые элементы (УК), соответствующие трактам (линиям) связи;

- расчёт показателей качества функционирования на информационных направлениях связи (среднее время и вероятность своевременной доставки сообщений различных классов).

При этом среднесетевая ВСД сообщений является обобщённым показателем эффективности функционирования сети NGN и используется при оптимизации пропускной способности каналов передачи.

Для оптимизации пропускной способности каналов передачи сети NGN в работе сформулирована задача минимизации приведённых затрат при совместном выполнении требований к вероятности своевременной доставки пакетов (сообщений) и потери пакетов. Так как зависимости затрат и ВСД от числа каналов передачи представляют собой монотонные последовательности, то для решения поставленной оптимизационной задачи предложен итерационный метод прямого поиска, который основывается на расчёте чувствительности целевой функции и управлении по состояниям. Метод построен на идее, что поочерёдное изменение числа каналов передачи в трактах (линиях) связи приводит к неодинаковому изменению целевой функции и функций ограничений. Поэтому на очередном шаге поиска изменяется лишь тот компонент вектора оптимизируемых переменных, который обеспечивает наибольшее изменение целевой функции.

В соответствии с этим предлагаемый метод включает следующие этапы:

- выбор начальной точки оптимизации на основе метода инвариантов - "закона сохранения обслуженной нагрузки";

- для каждого тракта (линии) связи расчёт требуемого объёма буфера, при котором потери пакетов различных приоритетов будут соответствовать соглашению по трафику, и определение на его основе ВСД пакетов, сообщений и относительного приращения целевой функции на единицу затрат;

- увеличение пропускной способности того тракта (линии) связи, для которого обеспечивается максимальное относительное приращение ВСД на единицу затрат;

- расчёт текущих значений показателей качества и затрат;

- проверку выполнения условий задачи (требований к показателям качества) и достаточности ресурсов (ограничений по стоимости, пропускной способности).

Новизну разработанного метода оптимизации пропускной способности каналов передачи сети NGN определяет решение задачи минимизации затрат при совместном выполнении требований к вероятности своевременной доставки пакетов (сообщений) и потери пакетов различных классов качества обслуживания.

Последнее также достигается на основе расчёта вероятности своевременной доставки пакетов при условии отсутствия потерь пакетов, что позволяет учесть требования передачи трафика без потерь - с учётом восстановления потерянных пакетов механизмами транспортного уровня.

При этом исследование свойств разработанных моделей и методов показывает, что обеспечение сквозного качества обслуживания требует применения высокопроизводительного телекоммуникационного оборудования и широкополосных цифровых каналов передачи на всех участках доставки информации (в сети доступа, а также транспортной сети NGN).

1. Федеральный справочник "Информационные технологии и связь в Российской Федерации. 2006-2007 годы". М.: Центр стратегических программ, 2007.

2. Указ Президента Российской Федерации от 7 февраля 2008 г. № Пр-212. Об утверждении стратегии развития информационного общества в Российской Федерации.

3. Постановление Правительства Российской Федерации от 28 января 2002 г. №65 "О федеральной целевой программе "Электронная Россия (2002-2010 годы)".

4. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 17 июля 2006 г. № 1024-р. "Концепция региональной информатизации до 2010 года".

5. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 27 сентября 2004 г. №1244-р. "Концепция использования информационных технологий в деятельности федеральных органов государственной власти".

6. Перспективные телекоммуникационные технологии. Потенциальные возможности / Под ред. Л.Д. Реймана и Л.Е. Варакина. М.: MAC, 2001. - 256 с.

7. Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС РФ / Минсвязи России. М.: ДЭС Минсвязи России, 2001. - 32 с.

8. Руководящий технический материал. Принципы построения мультисервисных местных сетей электросвязи. Версия 2.0 Электронный ресурс. / Минин-формсвязи России. 2005. - 48 с. http://www.niits.ru

9. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 25.05.2004 г. № 706-р "О внедрении в Российской Федерации европейской системы цифрового телевизионного вещания DVB".

10. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 29 ноября 2007 г. № 1700-р. "Концепция развития телерадиовещания в Российской Федерации на 2008-2015 годы".

11. Решение ГКЭС от 29 ноября 2000 г. № 19. "Концепция развития в России систем сотовой подвижной связи общего пользования на период до 2010 года".

12. РД 45.128-2000. Сети и службы передачи данных / Мининформсвязи России.

13. РД 45.123-99. Порядок применения технологии ATM на ВСС России / Минсвязи России. -1999.

14. РД 45.333-2002. Оборудование связи, реализующее функции гибкого коммутатора (Softswitch) / Миниформсвязи России. 2002.

15. Концепция федеральной целевой программы "Национальная технологическая база на 2007-2011 годы" (проект). Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации.

16. Величко, В.В. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3-х томах. Том 3. Мультисервисные сети / В.В. Величко, Е.А, Субботин, В.П. Шувалов, А.Ф. Ярославцев; под ред. профессора В.П. Шувалова. М.: Горячая линия-Телеком, 2005. - 592 с.

17. Ершов, В.А. Мультисервисные телекоммуникационные сети / В.А. Ершов, H.A. Кузнецов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 432 с.

18. Семёнов, Ю.В. Проектирование сетей связи следующего поколения / Ю.В. Семёнов. М.: ОАО Гипросвязь, 2005. - 240 с.

19. Кучерявый, А.Е., Сети связи следующего поколения / А.Е. Кучерявый, А.Л. Цуприков. М.: ФГУП ЦНИИС, 2006. - 278 с.

20. Гулевич, Д.С. Сети связи следующего поколения / Д.С. Гулевич. М.: Бином-Пресс, 2007. - 183 с.

21. Соколов, H.A. Задачи перехода к сети связи следующего поколения: Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук / H.A. Соколов. СПб.: 2005.

22. Росляков, A.B. Сети следующего поколения NGN / A.B. Росляков, C.B. Ва-няшин, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева, H.A. Чечнёва; под ред. A.B. Рослякова. -М.: Эко-Трендз, 2008. 424 с.

23. Олифер, В. Новые технологии и оборудование IP-сетей / В. Олифер, Н. Олифер. СПб.: БХВ-Петербург, 2000. - 512 с.

24. Иванова, Т.И. Корпоративные сети связи / Т.И. Иванова. М.: Эко-Трендз, 2001.-282 с.

25. Кульгин, М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия / М. Куль-гин. СПб.: Издательство "Питер", 1999. - 704 с.

26. Шмалько, A.B. Цифровые сети связи: основы планирования и построения / A.B. Шмалько. М.: Эко-Трендз, 2001. - 282 с.

27. Засецкий, A.B. Контроль качества в телекоммуникациях и связи. Часть II. / A.B. Засецкий, A.B. Иванов. М.: Компания Syrus Systems, 2003. — 335 с.

28. Нетес, В.А. Качество обслуживания на сетях связи. Обзор рекомендаций МСЭ-Т / В.А. Нетес // Сети и системы связи. №3,1999. - С. 59-69.

29. Спицнадель, В.Н. Системы качества (в соответствии с международными стандартами ISO семейства 9000): Учебное пособие. / В.Н. Спицнадель, СПб.: Бизнес-пресса, 2000. - 336 с.

30. Дансмор, Б. Справочник по телекоммуникационным технологиям. Пер. с англ. / Б. Дансмор, Т. Скандьер. М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. - 640 с.

31. Назаров, А.Н. Модели и методы расчёта структурно-сетевых параметров ATM сетей / А.Н. Назаров. М.: Горячая линия-Телеком, 2002. - 256 с.

32. Вишневский, В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей / В.М. Вишневский. М.: Техносфера, 2003. - 512 с.

33. Лагутин, B.C. Телетрафик мультисервисных сетей связи / B.C. Лагутин, С.Н. Степанов. М.: Радио и связь, 2000. - 320 с.

34. Филипс, Д. Методы анализа сетей: Пер. с англ. / Д. Филипс, А. Гарсиа-Диас. М.: Мир, 1984. - 496 с.

35. Захаров, Г.П. Методы исследования сетей передачи данных / Г.П. Захаров. М.: Радио и связь, 1982. - 208 с.

36. Шварц, М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. В 2-х ч. Часть 1: Пер. с англ. / М. Шварц. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 336 с.

37. Халсалл, Ф. Передача данных, сети компьютеров и взаимосвязь открытых систем: Пер. с англ. / Ф. Халсалл. М.: Радио и связь, 1995. - 408 с.

38. Мартин, Дж. Системный анализ передачи данных. Проектирование систем передачи данных. Т.2. Пер с англ. / Дж. Мартин. М.: Мир, 1975. - 432 с.

39. Терентьев, В.М. Оптимизация организационного построения систем управления сетями многоканальной радиосвязи. / В.М. Терентьев. Л.: ВАС, 1988.-70 с.

40. Терентьев, В.М. Анализ эффективности функционирования автоматизированных систем многоканальной радиосвязи / В.М. Терентьев, Ю.В. Санин. — Л.: ВАС, 1992. 80 с.

41. Терентьев, В.М. Теоретические основы управления сетями многоканальной радиосвязи / В.М. Терентьев, И.Б. Паращук. СПб.: ВАС, 1995. - 196 с.

42. Герасимов, А.И. Теория и практическое применение стохастических сетей / А.И. Герасимов. М.: Радио и связь, 1994. - 176 с.

43. Зелингер, Н.Б. Проектирование сетей и систем передачи дискретных сообщений / Н.Б. Зелингер, О.С. Чугреев, Г.Г. Яновский. М.: Радио и связь, 1984. -176 с.

44. Филин, Б.П. Методы оценки структурной надёжности сетей связи / Б.П. Филин. М.: Радио и связь, 1988. - 220 с.

45. Дудник, Б.Я. Надёжность и живучесть систем связи / Б.Я. Дудник, В.Ф. Овчаренко, В.К. Орлов. Под ред. Б.Я. Дудника. М.: Радио и связь, 1984. - 216 с.

46. Стекольников, Ю.И. Живучесть систем / Ю.И. Стекольников. СПб.: Политехника, 2002. -155 с.

47. Нетес, В.А. Надёжность сетей связи в период перехода к NGN / В.А. Не-тес // Вестник связи. 2007. - №9.

48. Клейнрок, JI. Теория массового обслуживания. Пер. с англ. / JI. Клейнрок М.: Машиностроение, 1979. - 432 с.

49. Клейнрок, JI. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979. -600 с.

50. Клейнрок JI. Коммуникационные сети: Стохастические потоки и задержки сообщений / JI. Клейнрок. М.: Наука, 1970. - 255 с.

51. Бронштейн, О.И. Модели приоритетного обслуживания в информационно-вычислительных системах / О.И. Бронштейн, И.М. Духовный. М.: Наука, 1976.-220 с.

52. Гнеденко, Б.В. Приоритетные системы обслуживания / Б.В. Гнеденко, Э.А. Даниэлян, Б.Н. Дмитров, Г.П. Климов. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. 447 с.

53. Джейсуол, Н. Очереди с приоритетами / Н. Джейсуол. М.: Мир, 1973. -279 с.

54. Бочаров, П.П. Теория массового обслуживания / П.П. Бочаров, А.В. Пе-чинкин. М.: Изд-во РУДН, 1995. - 529 с.

55. Leland, W. The Self-Similar Nature of Ethernet Traffic (Extended Version) / W. Leland, M. Taqqu, W. Willinger, D. Wilson // IEEE/ACM Transactions on Networking, 1994.

56. Norros, I. A storage model with self-similar input / I. Norros // Queueing Systems And Their Applications, 16: 387-396, 1994.

57. Norros, I. On the use of fractional Brownian motion in the theory of connectionless networks / I. Norros // IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 13: 953-962,1995.

58. Столингс, В. Современные компьютерные сети / В. Столлингс. СПб.: Питер, 2003. - 783 с.

59. Нейман, В.И. Новое направление в теории телетрафика / В.И. Нейман // Электросвязь. 1998. - №7. - С. 27-30.

60. Цыбаков, Б.С. Модель телетрафика на основе случайного процесса / Б.С. Цыбаков // Радиотехника. 1999. - № 5. - С. 24-31.

61. Шелухин, О.И. Фрактальные процессы в телекоммуникациях. Монография / О.И. Шелухин, A.M. Тенякшев, A.B. Осин. Под ред. О.И. Шелухина. М.: Радиотехника, 2003. - 480 с.

62. Заборовский, B.C. Методы и средства исследования процессов в высокоскоростных компьютерных сетях: Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук / B.C. Заборовский. СПб.: 1999. - 268 с.

63. Городецкий, А .Я. Информатика. Фрактальные процессы в компьютерных сетях. Учебное пособие / А.Я. Городецкий, B.C. Заборовский. СПб.: Издательство СПбГТУ, 2000. - 102 с.

64. Петров, М.Н. Самоподобие в системах массового обслуживания с ограниченным буфером / М.Н. Петров, Д.Ю. Пономарев // Электросвязь. 2002. - №2. -С. 35-39.

65. Петров, М.Н. Вероятностно-временные характеристики асинхронных сетей интегрального обслуживания. 2-е изд. / М.Н. Петров, Д.Ю. Пономарев, Г.Х. Хачатрян, Г.Г. Яновский. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2005. - 363 с.

66. Симонина, O.A. Модели расчёта показателей QoS в сетях следующего поколения: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук / O.A. Симонина. СПб.: 2005. - 129 с.

67. Сычев, К.И. Модели систем массового обслуживания в практических задачах анализа систем мобильной связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич. Орёл: Академия ФАПСИ, 2003. - 211 с.

68. Сычев, К.И. Многокритериальное проектирование мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. - 272 с.

69. Сычев, К.И. Моделирование процессов доставки информации в корпоративной ATM сети / К.И. Сычев, А.О. Жуков, И.Ф. Михалевич // Электросвязь. -2000. -№3.~ С. 32-36.

70. Сычев, К.И. Модель защищенного телефонного трафика для сетей ATM / К.И. Сычев, А.О. Жуков, И.Ф. Михалевич // Электросвязь. 1999. - №3. - С.30-33.

71. Сычев, К.И. Исследование механизмов управления трафиком в системах мобильной связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич // Электросвязь. 2002. - №1. -С. 29-33.

72. Сычев, К.И. Оптимизация пропускной способности корпоративных сетей связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, В.Ю. Лузин // Электросвязь. 2003. -№10. -С. 36-39.

73. Сычев, К.И. Математические модели процессов функционирования сетей передачи данных при применении современных телекоммуникационных технологий / К.И. Сычев, М.А. Сонькин // Телекоммуникации. 2005. - № 11. - С. 2-5.

74. Сычев, К.И. Многокритериальное проектирование мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев // Телекоммуникации. № 9. - 2007. - С. 2-7.

75. Сычев, К.И. Математические модели узлов коммутации мультисервисных сетей связи / К.И. Сычев // Электросвязь. 2008. - № 2. - С. 24-28.

76. Сычев, К.И. Математические модели процессов формирования и обслуживания мультисервисного (самоподобного) трафика / К.И. Сычев // Телекоммуникации. 2008. - № 8. - С. 19-25.

77. Сычев, К.И. Эвристические процедуры распределённой адаптивной маршрутизации в широкополосных сетях связи / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Сборник научных трудов ВИПС № 5. Орёл: ВИПС, 1996. - С. 82-89.

78. Сычев, К.И. Модель сети передачи данных с коммутацией пакетов / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Сборник рефератов депонированных рукописей. М.: ЦВНИ МО РФ, 1996. - серия В - №37.

79. Сычев, К.И. Модель интеграции разнородного трафика ШЦСИО на базе стратегии подвижной границы / К.И. Сычев, И.Ф. Михалевич, А.О. Жуков // Сборник научных трудов учёных Орловской области. Орёл, выпуск 3. - 1997. -С. 18-27.

80. Сычев, К.И. Исследование вероятностных характеристик функционирования узлов связи малой ёмкости / К.И. Сычев, A.B. Королёв, А.П. Миронов // Сборник научных трудов ВИПС. № 9. - Орёл: ВИПС, 1999. - С. 103-109.

81. Сычев, К.И. Моделирование процессов доставки информации и обеспечение информационной безопасности в корпоративных ATM-сетях / К.И. Сычев, А.О. Жуков, И.Ф. Михалевич // Проблемы информатизации. 2000. - С. 63-65.

82. Сычев, К.И. Алгоритм оптимизации сетей связи при ограничении затрат на их построение / К.И. Сычев, В.Р. Кравченко, А.Ю. Александров // Сборник научных трудов Академии ФАПСИ. № 15. - Орёл: Академия ФАПСИ, 2003. - С. 71-82.

83. Сычев, К.И. Модель коммутатора виртуальных каналов ATM / К.И. Сычев // Материалы третьей межведомственной конференции "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб". Том 2. М.: ИКСИ Академии ФСБ России, 2000. - С. 277-279.

84. Сычев К.И. Метод многокритериального проектирования мультисервисных сетей специальной связи // Проблемы развития системы специальной связи и специального информационного обеспечения: Сб. науч. тр. Орёл: Академия ФСО России, 2007.

85. Пат. 2117401 Российская Федерация. Устройство конфиденциальной связи / Сычев К. И., Михалевич И. Ф., Жуков А. О.; заявл. 01.04.97.

86. Пат. 2152134 Российская Федерация. Устройство засекречивания и мультиплексирования трафика речи и данных / Сычев К. И., Михалевич И. Ф., Жуков А. О., Королёв А. В.; заявл. 25.05.98.

87. Пат. 2197067 Российская Федерация. Устройство конфиденциальной связи / Сычев К. И., Михалевич И. Ф., Кравченко В. P!; заявл. 21.08.00.

88. Программа для ЭВМ 2006610159 Российская Федерация. Программный комплекс для анализа эффективности и оптимизации построения сетей связи / Сычев К. И., Кулаев А. В., Невров А. А.; заявл. 22.08.05; опубл. 10.01.06.

89. Дьяконова, Е.Г. Роль институтов гражданского общества в развитии информационного общества в России / Е.Г. Дьяконова // Электросвязь. 2008. - №6. - С. 2-4.

90. Кузовкова, Т.А. Анализ развития российского рынка инфокоммуника-ций / Т.А. Кузовкова, Д.В. Кузовков // Электросвязь. 2008. - №2. - С. 8-11.

91. Буренин, Н.И. Новые сетевые технологии в системах управления военного назначения / Н.И. Буренин и др.. Под редакцией Н.И. Буренина. СПб.: ВУС, 2000.-200 с.

92. Яновский, Г.Г. Качество обслуживания в IP сетях / Г.Г. Яновский // Вестник связи. 2008. - № 1. - С. 65-74.

93. Кучерявый, А.Е. Системно-сетевые решения по внедрению технологии NGN на российских сетях связи / А.Б. Васильев, С.П. Соловьёв, А.Е. Кучерявый // Электросвязь. 2005. - №3. - С. 4-7.

94. Гольдштейн, А.Б. Подводная часть айсберга по имени NGN / А.Б. Гольд-штейн, H.A. Соколов // Технологии и средства связи. 2006. - №2.

95. Гольдштейн, А.Б. Подводная часть айсберга по имени NGN. Часть 2. // Технологии и средства связи / А.Б. Гольдштейн, H.A. Соколов. 2006. - №3.

96. Основные положения по модернизации телефонной сети общего пользования с целью создания NGN Электронный ресурс. / Мининформсвязи России. Гипросвязь Северо-запад, 2006. 35 с. http://www.niits.ru

97. Гольдштейн, Б.С. Softcwitch / А.Б. Гольдштейн, Б.С. Гольдштейн. -СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 368 с.

98. Росляков, A.B. IP-телефония / A.B. Росляков, В.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева. М.: Эко-Трендз, 2001. - 250 с.

99. Rosen, Е. Multiprotocol Label Switching Architecture, RFC 3031, January 2001 / E. Rosen, A. Viswanathan, R.Callon.

100. Rosen, E. MPLS Label Stack Encoding, RFC 3032, January 2001 / E. Rosen, Y. Rekhter, D. Tappan, G. Fedorkow, D. Farinacci, A.Conta.

101. Davie, B. MPLS Using LDP и ATM VC Switching, RFC 3035 / B. Davie, J. Lawrence, K. McCloghrie, Y. Rekhter, E. Rosen, G. Swallow.

102. Гиттик, Ю. Новые услуги на основе MPLS / Ю. Гиттик // Сети и системы связи. -2003.- №6.

103. Харитонов, В.Х. Мультисервисная сеть и методы коммутации / В.Х. Харитонов // Электросвязь. 2004. - №1.

104. Олифер, В. MPLS на службе VPN / В. Олифер, Н. Олифер // Журнал сетевых решений LAN. 2002. - №3.

105. Олифер, В. Искусство оптимизации трафика / В. Олифер, Н. Олифер // Журнал сетевых решений LAN. 2001. — №11.

106. Олвейн, В. Структура и реализация современной технологии MPLS / В. Олвейн. М.: Бином-Пресс, 2004.

107. Семенов, Ю.А. Телекоммуникационные технологии Электронный ресурс. / Ю.А. Семенов, http://www.citforum.ru

108. Советов, Б.Я. Построение сетей интегрального обслуживания / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. Д.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1990. - 332 с.

109. Нетес, В.А. Задание требований по надёжности в соглашениях об уровне обслуживания / В.А. Нетес // Электросвязь. 2004. - №4.

110. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г. Олифер, H.A. Олифер. СПб.: Издательство "Питер", 1999. - 672 с.

111. Назаров, А.Н. Модели трафика в широкополосных цифровых сетях интегрального обслуживания / А.Н. Назаров // Сборник научных трудов ВИПС. -1997.-Вып. 7.-С. 20-30.

112. Каледина, H.H. Принципы проектирования корпоративных сетей / H.H. Каледина, E.H. Скуратовская // Электросвязь. 2002. - №9. - С. 4-5.

113. Бесслер, Р. Проектирование сетей связи: Справочник: Пер с нем. / Р. Бес-слер, А. Дойч. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

114. Жожикашвили, В.А. Сети массового обслуживания. Теория и применение к сетям ЭВМ / В.А. Жожикашвили, В.М. Вишневский. М.: Радио и связь, 1988.-192 с.

115. Абрамов, О.В. Параметрический синтез стохастических систем с учётом требований по надёжности / О.В. Абрамов. М.: Наука, 1992. - 176 с.

116. Басакер, Р. Конечные графы и сети / Р. Басакер, Т.Саати. М.: Наука, 1974. -368 с.

117. Коршун, В.Г. Математическое обеспечение автоматизированной системы экспресс-анализа и синтеза сетей передачи данных. Учеб. Пособие / В.Г. Коршун, М.И. Макаров. СПб.: ВАС, 2007. - 128 с.

118. ГОСТ Р ИСО/МЭК 15408-2002. Методы и средства обеспечения безопасности. Критерии оценки безопасности информационных технологий. М.: Изд-во стандартов, 2002.

119. Новиков, A.A. Уязвимость и информационная безопасность телекоммуникационных технологий. Учебное пособие для вузов / A.A. Новиков, Г.Н. Устинов. М.: Радио и связь, 2003. — 296 с.

120. Устинов, Г.Н. Основы информационной безопасности систем и сетей передачи данных. Учебное пособие. Серия "Безопасность" / Г.Н. Устинов. М.:1. СИНТЕГ, 2000, 248 с.

121. Устинов, Г.Н. Обеспечение качества обслуживания сетей передачи данных в условиях преднамеренных информационных воздействий нарушителя / Г.Н. Устинов, В.А. Сердюк // Ведомственные и корпоративные сети связи. 2001.6.

122. Приказ Мининформсвязи России № 113 от 27.09.2007 г. Об утверждении требований к организационно-техническому обеспечению устойчивого функционирования сети связи общего пользования.

123. Шварцман, В.О. Выбор технологии передачи и коммутации в мультисер-висных сетях на основе оптических кабелей / В.О. Шварцман // Электросвязь. -2003,-№8.-С. 33-39.

124. РД 45.129-2000. Телематические службы / Мининформсвязи России. -2000.

125. Бакланов, И.Г. NGN: Принципы построения и организации / И.Г. Бакланов. М.: Эко-Трендз, 2008. - 400 с.

126. Подиновский, В.В. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач / В.В. Подиновский, В.Д. Ногин. М.: Наука, 1982. - 256 с.

127. Корнеенко, В.П. Методы оптимизации: Учебник / В.П. Корнеенко. М.: Высшая школа, 2007. - 664 с.

128. Дымарский, Я.С. Оптимальное распределение ресурсов в сети с разнородными потоками Электронный ресурс. / Я.С. Дымарский, М.В. Нурмиева. http ://www.niits .ru

129. Дымарский, Я.С. О некоторых задачах оптимизации ATM-сетей Электронный ресурс. / Я.С. Дымарский. http://www.niits.ru

130. Дымарский, Я.С. Мультиоптимизация систем связи Электронный ресурс. / Я.С. Дымарский, М.В. Нурмиева. http://www.niits.ru

131. Батищев, Д.И. Методы оптимального проектирования. Учеб. пособие для вузов / Д.И. Батищев. М.: Радио и связь, 1984. — 248 с.

132. Коцыняк, М.А. Теория и практика защиты многоканальных сетей радиосвязи от системы комплексного воздействия. Часть 1. Модель противоборства систем воздействия и связи / М.А. Коцыняк, С.А. Якушенко, С.С. Веркин, М.О. Дворовой. СПб.: ВАС, 2007. - 128 с.

133. Юдин, Д.Б. Вычислительные методы теории принятия решений / Д.Б. Юдин. М.: Наука, 1989. - 320 с.

134. Основные положения развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации на перспективу до 2005 года. Книга 2. Основные положения развития первичной сети общего пользования / Минсвязи России. М.: НТУОТ Минсвязи России, 1996.-224 с.

135. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей и её инженерные приложения / Е.С. Вентцель, JI.A. Овчаров. М.: Наука, 1988. - 480 с.

136. Перегуда, А.И. Методы расчёта показателей надёжности ЭВМ / А.И. Перегуда, A.A. Повякало. Обнинск: ИАТЭ, 1996.

137. Слепов, H.H. Современные технологии оптоволоконных сетей связи / H.H. Слепов. М.: Радио и связь, 2000. - 468 с.

138. РД 45.196-2001. Правила построения системы телефонной связи общего пользования / Мининформсвязи России. 2001.

139. Щербина, Л.П. Надёжность и живучесть коммутируемых систем связи / Л.П. Щербина, О.Г. Хилько. Л.: ВАС, 1977. - 54 с.

140. Зайченко, Ю.П. Структурная оптимизация сетей ЭВМ / Ю.П. Зайченко, Ю.В. Гонта. Киев: Техника, 1986. - 168 с.

141. Янбых, Г.Ф. Методы анализа и синтеза сетей ЭВМ / Г.Ф. Янбых, Б.Я. Эттингер. Л.: Энергия, 1980. - 94 с.

142. Семенюта, А.Н. Планирование развития первичных сетей связи на основе генетических алгоритмов / А.Н. Семенюта // Автоматика и телемеханика. 2002. — №1. - С.67-75.

143. Крылов, В.В. Теория телетрафика и её приложения / В.В. Крылов, С.С. Самохвалова. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 288 с.

144. Боровков, A.A. Теория вероятностей / A.A. Боровков. М.: Наука, 1986. -432 с.

145. Бусленко, Н.П. Лекции по теории сложных систем / Н.П. Бусленко, В.В. Калашников, И.Н. Коваленко. М.: Сов. радио, 1970. - 440 с.

146. Мизин, И.А. Сети коммутации пакетов / И.А. Мизин, В.А. Богатырёв, А.П. Кулешов. М.: Радио и связь, 1986. - 408 с.

147. Кокотушкин, В.А. Обслуживание полнодоступным пучком нескольких потоков с относительным приоритетом на обслуживании и ограниченной общейочередью / В.А. Кокотушкин, Д.Г. Михалёв // Проблемы передачи информации. -Вып. 2.- T. V. 1969. - С. 53-60.

148. Булгаков, H.H. Многоканальная система с ограниченной очередью и абсолютным приоритетом / H.H. Булгаков, В.И. Мирошников, B.C. Шибанов // Вопросы радиоэлектроники. Серия ТПС. - Выпуск 5. - 1999. - С. 21-28.

149. Гнеденко, Б.В. Введение в теорию массового обслуживания / Б.В. Гне-денко, H.H. Коваленко. М.: Наука, 1987. - 336 с.

150. Шнепс, М.А. Системы распределения информации. Методы расчёта. Справочное пособие / М.А. Шнепс. М.: Связь, 1979. - 344 с.

151. Левин, Б.Р. Теория надёжности радиотехнических систем / Б.Р. Левин. -М.: Советское радио, 1978. -264 с.

152. Назаров, А.Н. ATM: технология высокоскоростных сетей / А.Н. Назаров, М.В. Симонов. М.: Эко-Трендз, 1997. - 232 с.

153. Фомин, Л.А. Причины самоподобности в сетевом трафике / Л.А. Фомин, Г.И. Линец, Д.В. Шлаев, C.B. Калашников // Электросвязь. 2008. - № 2. - С. 2023.

154. Мизин, H.A. Протоколы информационно-вычислительных сетей. Справочник / Под ред. И.А. Мизина, А.П. Кулешова. М.: Радио и связь, 1990. - 504 с.

155. Уолренд, Дж. Введение в теорию сетей массового обслуживания. Пер. с англ. / Уолренд Дж. М.: Мир, 1993. - 336 с.

156. Саати, Т.Л. Элементы теории массового обслуживания и её приложения / Т.Л. Саати. М.: Сов. Радио, 1971.-520 с.

157. Верёвкина, Е.В. Тензорная методология исследования нагрузки в информационных сетях / Е.В. Верёвкина, O.A. Корякина, М.Н. Петров. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2004. - 105 с.

158. Корн, Г. Тензорный анализ сетей: Пер. с англ. / Г.Корн. Под ред. Л.Т. Кузина, Г.П. Кузнецова. М.: Сов. Радио, 1978.

159. Голубицкая, Е.А. Экономика связи / Е.А. Голубицкая, Г.М. Жигульская. М.: Радио и связь, 1999.

160. Горелик, В.А. Исследование операций / В.А. Горелик, И.А. Ушаков. -М.: Машиностроение, 1986. 288 с.

161. Киселёв, Л.К. Концептуальные основы обеспечения устойчивости сетей связи / Л.К. Киселёв, А.П. Маркелов, Б.В. Воробьёв // Электросвязь. 1994. - №3.

162. Бакланов, И.Г. NGSDH: успех неизбежен / И.Г. Бакланов // Connect! Мир связи.-2004.-№11.

163. Гольдштейн, Б.С. Программные коммутаторы Softswitch: вчера, сегодня и . / Б.С. Гольдштейн // Технологии и средства связи. 2005. - №2.

164. Росляков, A.B. Разработка моделей и методов анализа виртуальных частных сетей с учётом особенностей их практической реализации: Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук / A.B. Росляков. Самара: 2008.

165. Гургенидзе, А.Т. Заманчивая универсальность Softswitch-решений / А.Т. Гургенидзе // Информкурьерсвязь. 2006. - №3. - С. 21-28.

166. Мазин, И.Г. Гибкие коммутаторы в российских сетях связи / И.Г. Мазин // Технологии и средства связи. 2004. - №2.

167. Гольдштейн, Б.С. Эволюция услуг в сетях следующего поколения / Б.С. Гольдштейн // Вестник связи. 2003. - №7.

168. Гольдштейн, А.Б. Устройства мультисервисного широкополосного доступа / А.Б. Гольдштейн // Технологии и средства связи. 2006. - №1.

169. Крейнгель, И.В. Вопросы стандартизации сетей следующего поколения / И.В. Крейнгель // Электросвязь. 2003. - №10.

170. Быков, И.М. Конвергенция сетей связи и архитектура IMS / И.М. Быков, И.Н. Павлов // Информкурьерсвязь. 2006. - №9.

171. Барсков, А.Г. Анализ систем IMS / А.Г. Барсков // Сети и системы связи. -2006. -№1.

172. Быков, И.М. Сети связи следующего поколения и технология Softswitch / И.М. Быков, Е.В. Лашнева // Электросвязь. 2004. - №9.

173. Соколов, H.A. Прагматическая стратегия перехода к NGN / H.A. Соколов, A.B. Пинчук // Вестник связи. 2006. - №6.

174. Ефимова, Н.В. Пути перехода к сетям NGN в России / Н.В. Ефимова // Электросвязь. 2004. - №6.

175. Осин, A.B. Влияние самоподобности трафика на качество обслуживания в телекоммуникационных сетях: Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук / A.B. Осин. М.: МЭИ (ТУ), 2005. - 20 с.

176. Кучерявый, Е.А. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет / Е.А. Кучерявый. М.: Наука и техника, 2004. - 336 с.

177. Петров, В.В. Структура телетрафика и алгоритм обеспечения качества обслуживания при влиянии эффекта самоподобия: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук /В.В. Петров. М.: МЭИ (ТУ), 2004. -199 с.

178. Башарин, Г.П. Лекции по математической теории телетрафика: Учебное пособие. Изд. 2-е испр. и доп. / Г.П. Башарин. М.: РУДН, 2007. - 268 с.

179. Саввин, Г.Г. Распределение потоков в сетях связи: сборник "Информационные сети и коммутация" / Г.Г. Саввин. М.: Наука, 1968. - 149 с.

180. Давыдов, Г.Б. Сети электросвязи / Г.Б. Давыдов, В.Н. Рогинский, А.Я. Толчан. М.: Связь, 1977.-360 с.

181. Рогинский, В.Н. Теория сетей связи / В.Н. Рогинский, А.Д. Харкевич, М.А. Шнепс, Г.Б. Давыдов, А.Я. Толчан. М.: Радио и связь, 1981. - 192 с.

182. Отчёт о НИР "Разработка концепции восстановления ВСС РФ" (шифр "Восстановление"). Орёл: Академия ФАПСИ, 2002. - 96 с.

183. Волкова, В.Н. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи / В.Н. Волкова, В.А. Воронков, В.Н. Рогинский. М.: Радио и связь, 19831.-248 с.