автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системный анализ и управление мультисервисной системой на основе методов функциональной надежности

На правах рукописи

МАРЧЕНКОВ АРТЕМ ЕВГЕНЬЕВИЧ

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И УПРАВЛЕНИЕ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СИСТЕМОЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (приборостроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-1 НОЯ 2012

МОСКВА 2012

005054140

005054140

Работа выполнена в открытом акционерном обществе "Научно-исследовательском институте вычислительных комплексов имени М А КАРЦЕВ А" (МИНПРОМТОРГ РФ).

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, с.н.с. Сафонов Вячеслав Леонидович.

Ковшов Евгений Евгеньевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Управление и информатика в технических системах» в ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»;

Малиничев Дмитрий Михайлович, кандидат технических наук, доцент ФГОБУ ВПО «Московский технический университет связи и . информатики», доцент кафедры «Защита информации и техника почтовой связи».

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ-

ОАО «Институт электронных управляющих машин им. И.С.Брука» (МИНПРОМТОРГ РФ).

Защита состоится "13" декабря 2012 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д217.047.01 во ФГУП «Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильной электроники и электрооборудования» по адресу: 105187, Россия, Москва, ул. Кирпичная, д. 39/41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильной электроники и электрооборудования».

Автореферат разослан "15 " октября 2012 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д217.047.01 доктор технических наук, с.н.с. , ~~ Варламов О.О.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современный этап развития общества характеризуется широким внедрением многоуровневых мультисервисных систем (МС) с интеграцией инфокоммуникационных услуг в различные сферы деятельности. В настоящее время наиболее востребованными среди пользователей и заказчиков являются мультисервисные системы интегрированного уровня, поскольку они обеспечивают непосредственную связь с пользователями. Основой развития высокотехнологических производств, в том числе в области телекоммуникации, являются технологические кластеры, сочетающие научно-технический и производственно-технологические потенциалы.

Очевидно, что для каждого региона эта проблема имеет специфические особенности, которые требуют индивидуального подхода. Сюда следует отнести: создание топологии МС, адекватной инфраструктуре региона и, прежде всего распределению потребителей телекоммуникационных услуг; приоритеты пользователей; пропускную способность и надёжность функционирования телекоммуникационных систем; принципы и технологии взаимодействия с общим информационным пространством России и некоторые другие аспекты. Степень обоснованности принимаемых решений будет существенным образом влиять на эффективность управления МС и качество предоставления телекоммуникационных услуг. Телекоммуникационная компания, предоставляющая инфокоммуникационные услуги, сталкивается с необходимостью управления и обслуживания мультисервисной системы для обеспечения ее высокого качества и надежности. По мере увеличения количества оборудования и усложнения топологии коммуникационной инфраструктуры задача управления ее ресурсами становится одной из важнейших для развития компании. Одной из проблем при создании систем управления МС является то, что при построении МС используются разнообразное телекоммуникационное оборудование различного технического уровня и разных производителей. Задачи управления МС состоят в том чтобы предоставить ее оператору возможность поддерживать устойчивую эксплуатацию системы, осуществлять ее техническое обслуживание и развитие с минимальными затратами, обеспечив при этом требуемый уровень качества обслуживания. Наиболее эффективно эту задачу можно решить основываясь на международной концепции управления сети электросвязью (TMN, Telecommunication Management Network).

Таким образом, проведение системных исследований построения систем' управления МС позволяет создать эффективное управление системой на основе разработки и внедрении методов функциональной надежности, что является актуальной задачей.

Целью работы является решение научно-технической задачи управления мультисервисной системой на основе методов функциональной надежности с использованием системного анализа процессов управления.

Для достижения цели сформулированы и решены следующие научные задачи: 1 .Систематизация структурных аспектов построения МС с учетом информационной модели интегрированной структуры, описывающей предоставления инфокоммуникационных услуг. 2.0боснование и реализация методов управления МС, как комплексной многоуровневой интегрированной системой, в состав которой входит подсистема управления технологическими процессами (управление элементами сети) и организационная подсистема управления (управление бизнесом).

3.Прогнозирование функциональной надежности МС с учётом особенностей сложной топологии МС и развития аппаратной поддержки перспективных информационных технологий.

4.Разработка и реализация технических решений повышения надежности системы управления МС на основе рационального использования имеющихся в составе МС естественных и дополнительно ресурсов в виде программно-аппаратных средств управления МС.

Объектом исследования служат многоуровневые мультисервисные системы с интеграцией инфокоммуникационных услуг на региональном уровне.

Предмет исследования - средства моделирования и формализации процессов управления на основе использования комплекса аппаратно-программных средств МС.

Методы исследования. Для решения указанных научных задач использованы методы системного анализа, математической логики, теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания, методы теории проектирования сложных систем.

Научная новизна диссертации связана с выявлением связей и зависимостей между параметрами структуры мультисервисной системы, позволившими разработать методы и модели оценки ее функциональной надежности, в зависимости от принимаемых решений по системе управления МС, включая:

> систематизацию информационного обмена в МС с позиции эффективности предоставления телекоммуникационных услуг и перспектив их развития;

> разработку методов оценки и прогнозирования надежности функционирования МС с учётом особенностей сложной топологии МС и развития аппаратной поддержки перспективных информационных технологий;

г разработку методов повышения функциональной надежности на основе применения имеющихся в составе МС естественных и вновь введенных ресурсов;

> выбор технических решений создания архитектуры системы и механизма управления с учетом реализации адаптивных алгоритмов управления.

Практическая значимость результатов диссертации обусловлена ориентацией на возможность практического применения предложенных методов и алгоритмов и разработки правил рекомендации для их применения в интегрированных компаниях, позволяющих мультиплексно обеспечить эффективное решение задачи управления на основе современных информационных технологий. Результаты диссертационного исследования использованы в практической и методологической работе региональной интегрированной компании ООО «РК-ТЕЛЕКОМ».

Достоверность полученных результатов и выводов обусловлена: корректностью использования методов системного анализа и математических преобразований; согласованностью теоретических результатов с основными положениями теории управления и надёжности. Это подтверждается практическими результатами эксплуатации созданной и введенной в эксплуатацию региональной информационной системы.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические результаты и практические рекомендации исследования осуществлены в деятельности интегрированной структуры ООО «РК-ТЕЛЕКОМ».

Специальность, которой соответствует диссертация

Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (технические науки) по следующим областям исследования.

п.2. Формализация и постановка задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации;

п.4. Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации;

п.11. Методы и алгоритмы прогнозирования и оценки эффективности, качества и надежности сложных систем.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы изложены в ряде печатных публикаций, докладывались на всероссийских и вузовских научных конференциях: «Новые информационные технологии в автоматизированных системах на международном конгрессе по интеллектуальным системам и информационным технологиям. Россия, Черноморское побережье, Геленджик-Дивноморское, 2-9 сентября 2011 года, Второй Международной научно-технической конференции «Компьютерные науки и технологии» (БелГУ), Белгород 3-5 октября 2011г., на Московской конференции «Национальная суперкомпьютерная технологическая платформа» 27-29 ноября г.Москва, ВДНХ.

Публикации. Основное содержание работы по теме диссертации отражено в 10 научных работах автора, из которых пять статей в рецензируемы* научных журналах и изданиях. Общий объем публикаций 4,0 печ. листов, из которых 2,7 печ. листа, принадлежат лично автору.

Объйм работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенные на 139 страницах. Список литературных источников из 107 наименований.

На защиту выносятся результаты выполненных научных исследований:

1. Информационная модель мультисервисной системы, описывающая информационные процессы, связанные с устойчивостью и эффективностью управления при предоставлении инфокоммуникационных услуг интегрированной струму ры МС, описывающей информационные процессы предоставления телекоммуникационных услуг.

2. Разработка структуры управления мультисервисной системы на региональном уровне.

3. Методы прогнозирования и повышения надежности функционирования управления МС с учетом особенностей ее сложной топологии и развития перспективных информационно-коммуникационных технологий.

4. Технические решения разработанных программно-аппаратных средств управления • центра мониторинга МС.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы диссертации, ее актуальность, определены цель и задачи исследования, научная новизна, структура и объем работы.

В первой главе работы рассматриваются основные элементы при проведении системного анализа процессов управления современными телекоммуникационными системами, построенными на принципах сетей следующего поколения, который является необходимым этапом при организации управления и создании автоматизированной системы управления МС с учетом создания системы функциональной надежности.

В работе систематизированы особенности создания, определены основные требования к мультисервисным. системам с интеграцией услуг в России, а также определены перспективные подходы к предоставлению интегрированных информационных услуг и к выбору стратегии реализации этих услуг при создании и развитии интегрированных многоуровневых МС. Многоуровневая мультисервисная система регионального оператора рассматривается как законченный фрагмент единой сети электросвязи России, которая образует единую национальную информационно-телекоммуникационную инфраструктуру (ИТИ) и обеспечивает совместное функционирование с другими системами страны для вхождения в мировое информационное сообщество. ИТИ региональной структуры

поддерживает все виды трафика (данные, речь, видео), позволяя предоставлять инфокоммуникационные услуги в любой точке региона, в любое время, в любом наборе и объеме, с дифференцированным гарантированным качеством и по ценам, удовлетворяющим различные категории пользователей. Современная мультисервисная система, как сложный объект управления характеризуется особенностями, которые требуется учитывать при управлении. В работе показано, что основанием системного анализа процессов управления является системный подход. Системный подход - это подход, при котором МС как объект управления рассматривается в виде совокупности взаимосвязанных компонентов, имеющих выход, цель, входы и ресурсы, связь с внешней средой, обратную связь. В соответствии с этим в работе представлена модель МС в рамках системного подхода. МС как объект управления можно представить моделью, изображенной на рис 1. Где Ъ - воздействие среды на сеть (наблюдаемый вход), Бс - состояние сети (выход), зависимость между ними определяется выражением 8с=Р(ис2с), где Б - оператор, связывающий вход Ъ<± (воздействие среды), управление ио и выход (состояние сети). МС, как объект управления представляется информационной моделью и рассматривается в виде совокупной взаимосвязанных информационных элементов, имеющих цель, входы, выходы, ресурсы связи. Модель позволяет оптимизировать информационные процессы управление МС, сформулировать и оценить показатели эффективности управления и определить требования к элементам системы управления.

Рис.1. Модель мультисервисной системы в рамках системного подхода

В работе показано, что региональные МС строятся исходя из реализации следующих подходов построения: «мультисервисность» - возможность предоставления услуг максимально широкой номенклатуры при любом заданном качестве; «широкополосность» -возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя; «мультимедийность» - способность передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио) с синхронизацией этих компонентов в реальном времени и

использованием сложных конфигураций соединений; «интеллектуальность» - возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг; «инвариантность доступа» - возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии; «многооператорность» - возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности.

Мультисервисная система интегрированной структуры - это телекоммуникационная инфраструктура, которая обеспечивает передачу всех типов информации и позволяет предоставлять разнообразные услуги связи. Создание МС должно основываться на применении открытых технологий пакетной коммутации. При этом передаваемая информация должна мультиплексироваться с целью обеспечения максимального использования полосы пропускания. Предлагается применять пакетную коммутацию, что обеспечит гибкость предоставления широкого, практически неограниченного спектра различных услуг, многие из которых недоступны в среде с коммутацией каналов. Модель многоуровневой мультисервисной системы с интеграцией услуг на региональном уровне, основанную на модели открытых систем с использованием технологии пакетной коммутации, можно представить следующими уровнями: транспортный (магистральный) • уровень; уровень доступа; уровень управления коммутацией и передачей информации; уровень управления услугами. Основной функцией транспортного уровня является доставка (транспортировка) информации в виде телекоммуникационных сигналов между портами сети. Этот уровень проектируется для высокоскоростной передачи пакетов между узлами с целью эффективного использования полосы пропускания. Уровень доступа - система, предоставляющая доступ пользователям к сетевым ресурсам. Уровень управления коммутацией и передачей информации выполняет функции управления соединениями и потоками информации, функции обработки сигналов сигнализации, маршрутизацию вызовов, управление доступа к услугам и другие функции. Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений, представляя собой распределенную вычислительную среду для предоставления инфокоммуникационных услуг, управления услугами, создания и внедрения новых услуг, обеспечения взаимодействия различных услуг. Данный уровень позволяет реализовать специфику услуг вне зависимости от характеристик транспортной сети, используемых информационных технологий и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет вводить МС новые услуги без вмешательства в. работу других уровней. В работе рассмотрены возможности построения МС по радиально-узловой и кольцевой схеме.

Инфокоммуникационные услуги предполагают автоматизированную обработку, , хранение и предоставление информации по запросу пользователя с использованием средств

вычислительной техники, как на входящем, так и на исходящем концах соединения. Они предоставляются на основе узлов служб поставщиков услуг, которые в процессе предоставления услуги могут выполнять одну или несколько функций (например, функцию аутентификации, функцию выполнения логики услуги, функцию хранения и поиска информации и так далее). В процессе предоставления инфокоммуникационных услуг может потребоваться взаимодействие узлов служб, реализующих разные функции. Как следствие, узлы служб одного. поставщика услуг могут образовывать платформы услуг. Платформы услуг разных поставщиков услуг, предоставляющих однотипные услуги, могут объединяться в сети услуг. Для этого узлы служб должны иметь стандартные интерфейсы, а услуги должны предоставляться по единому сценарию с использованием общих абонентских данных.

Принципы открытых технологий позволяют пользователю МС самостоятельно выбрать оконечное оборудование, исходя из стоящих задач и материальных ресурсов. Международные стандарты на абонентское оборудование дают гарантию на совместимость абонентского оборудования и оборудования оператора электросвязи.

Надежность функционирования региональной МС находиться в прямой зависимости от информационной нагрузки, т.е. от. параметров потока заявок поступающих в систему. В работе в качестве информационной нагрузки исследованы механизмы связанные с реализацией концепции Triple Play. Для региональной компании, имеющей в регионе волоконно-оптическую сеть связи с кольцевой архитектурой, все районы области и средства широкополосного доступа в мультисервисную систему, имеется по мнению автора, принципиальная возможность организовать реализацию концепции Triple Play (три в одном). Концепция Triple Play предусматривает предоставление клиентам широкого набора услуг •основанных на передаче трех базовых типов информации: голоса-данных-видео. На рис.2 приведен пример реализации Triple Play. В диссертации приведены выполненные, автором аналитические расчеты, которые показывают, что внедрение концепции Triple Play позволяет: обеспечить предоставление услуг Triple Play - как следующий шаг по увеличению доходности телекоммуникационного бизнеса; объединение услуг в единый пакет может увеличить удельную доходность ARPU (Average Return Per User) для оператора МС; внедрение услуг Triple Play позволит уменьшить затраты пользователей. Проанализированы требования к современным МС и показано направление создания универсальной сети путем интеграции существующих сетей (основанных на различных технологиях) на базе единой системы межпротокольной конвергенции и управления сетью.

-У- ■ .•

Телевизионная приставка IP set box

Телефон

Телевидение

ПЭВМ

Рис. 2. Схема примера реализации концепции «Triple Play»

При этом необходимо включить в единую сеть все существующие сети технологии коммутации и мультиплексирования (ATM, Asynchronous Transfer Mode), обеспечить эффективность перевода из одного протокола в другой на границах этих сетей и управления из единого центра. В идеале для пользователя такой вариант будет эквивалентен созданию единой сети на базе единой технологии. Практически удается выполнить все требования к сети ATM, но с гораздо меньшими затратами. В работе показано, что рреализовать указанные решения признаны сети нового поколения New Generation Networks (NGN) с реализацией основных требований, стоящих перед операторами связи. Построение сети NGN показано на рис.3. Особое внимание уделено требованиям, возникающим при реализации ФЦП «Информационное общество (2011 - 2020 годы)», предполагающей создание в России единой информационной системы, поддерживающей предоставление населению широкой гаммы услуг, обеспечивающих упрощение процедур взаимодействия общества и государства. Показано, что требования этой программы могут быть выполнены только сетью NGN. Рассмотрены основные аспекты реализации сети NGN в нашей стране, требования к построению сетевых элементов, а также необходимые мероприятия по сетевому взаимодействию. Отдельное внимание уделено взаимному дополнению сетей NGN и сетей широкополосного доступа, что позволит рассчитывать на полноценное решение задач по развитию информационного общества в стране. Результаты анализа, проведенные в главе 1, позволили определить направления исследований проводимых в диссертации. Основной

упор делается на обеспечение высокой надежности функционирования системы управления МС, с учетом реализации стратегии управления.

Во второй главе представлены результаты разработки подходов построения и реализации управления МС на региональном уровне. Основной целью создания такой системы является автоматизация взаимодействия различных служб (подразделений) оператора регионального уровня. При этом в каждом конкретном случае необходимо учитывать особенности, имеющейся сети связи и ее топологии, поскольку мультисервисная система интегрирована в существующие сети связи. Задача управления МС состоит в том, чтобы предоставить ее оператору возможность поддерживать нормальную эксплуатацию сети, осуществлять ее техническое обслуживание и развитие с минимальными затратами, обеспечивая требуемый уровень качества обслуживания. Наиболее эффективно эту задачу можно решить, основываясь на концепции сети управления электросвязью ТМИ, которая определяет стратегию по разработки единой системы управления (СУ), предоставляющих различные типы услуг.

В работе показано, что одной из цели исследования является уточнение функционального назначения всех автоматизированных подсистем уровней управления с учетом внедрения методов функциональной и структурной надежности в систему управления.

Основной целью функционирования МС является предоставления пользователям услуг связи с требуемым качеством (надежность функционирования).

в

Рис. 3. Построение сети ИОН

В таблице 1 приведены задачи, решаемые на каждом уровне.

Таблица' 1.

Уровни1 управления ТМЫ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ (Функциональные области ТМИ)

Конфигурация сети Устранение повреждений сети Качество сети Расчеты в сети Защита информации в сети

Административное управление (бизнес) X X X X

Управление услугами (сервис) X

Управление сстыо связи X X X X

Управление сетевыми элементами X X X

На основе вышеизложенного, разработаны технические решения по комплексу системы управления на региональном уровне. В системе управления МС центральное место занимает программно-аппаратный комплекс центра управления и мониторинга (ЦУМ) МС. К задачам мониторинга необходимо отнести анализ качества функционирования сети. Анализ качества функционирования МС, с учетом множества действующих факторов может быть произведен на основе учета данных, полученных в процессе эксплуатации сети. В основу построения центра управления и мониторинга положена концепция обеспечения функциональной надежности сложных мультисервисных систем и управление параметрами сети. На рис.4 показана функциональная схема центра управления и мониторинга. Центр мониторинга мультисервисной системы представляет собой программно-аппаратный комплекс. Аппаратная часть состоит из следующего оборудования: серверов мониторинга и управления открытой и. закрытой частей МС, двух коммутаторов (соответственно для открытой и закрытой частей сети), межсетевого экрана и маршрутизатора. Программная часть центра мониторинга состоит из специальной операционной системы, системы мониторинга, и \»/ЕВ-интерфейса для отображения информации инженерам круглосуточной дежурной смены. Система мониторинга предназначена для контроля изменений состояний объектов мониторинга мультисервисной сети. Она составляет основу Центра мониторинга и управления МС. Система мониторинга предназначена для контроля изменений состояний

объектов мониторинга. Она состоит из базы данных, модуля опроса, модуля работы с объектами мониторинга и модуля отображения. Объектами мониторинга являются сетевые устройства, а так же отдельные порты на сетевых устройствах.

В соответствии с нормативно-правовым документом «Нормы на показатели качества услуг связи в сетях передачи данных» Минкомсвязи России РД.45.128.2000 в работе определены следующие показатели качества услуг передачи данных: оценка уровня надежности услуги, оценка скорости предоставления доступа к сети, оценка скорости восстановления доступа к сети, оценка качества передачи данных.

Помещение серверной .—. Коммутатор Помещение операторов круглосуточной дежурной смены

4Яр |_Рабочие

Ма ршрутиэатор >11 мультисерви (¿Й^ ^ой се™

операторов

Рис. 4 Центр мониторинга МС регионального оператора.

Разработанная автором система мониторинга осуществляет сбор информации о работоспособности каналов и позволяет проводить анализ вариации параметров времени задержки при передаче пакетов. По результатам этого анализа можно судить о качестве каналов (загруженность, задержка прохождения, уровень достоверности). Мониторинг позволяет оперативно отслеживать проблемные участки сети и своевременно производить работы по восстановлению работоспособности и модернизации сети. Любая неисправность основных или резервных каналов фиксируется системой мониторинга. Информация об этих неисправностях немедленно передается операторам дежурной смены. В системе мониторинга и управления МС присутствуют три подсистемы с разными масштабами времени, которые позволяют анализировать качество функционирования и эксплуатации сети., анализ производится на основании учета апосториальных данных. В работе приведены системно-технические решения реализации метода управления мониторинга МС, На рисунке 5 приведена функциональная архитектура построения системы управления и мониторинга на региональном уровне. Указанная модель функционирования системы управления и мониторинга включает в себя модули сбора данных из сети, модули вычисления параметров функционирования сети и статистических данных. Адаптивные алгоритмы центра

организации мониторинга и управления устроены, как рекуррентные процедуры. Выбор адаптивных алгоритмов обосновывается необходимостью быстрого реагирования на изменение условий функционирования МС (возникновение неисправностей, структурной перестройки сети, замена оборудования).

Рис. 5. Функциональная архитектура построения системы управления мониторинга и

управления

В работе показано, что в МС центр тяжести обеспечения функциональной надежности находится в области проблем расчета и обеспечения правильности и своевременности выполнения функциональных задач. Обобщенным критерием функциональной надежности можно считать время активного сохранения работоспособности МС при заданной интенсивности отказов ее элементов. Под активным сохранением работоспособности здесь понимается возможность противостоять отказам с помощью системы управления работоспособностью сети, в частности, за счет восстановления структуры и функций сети, управления потоками, информационной нагрузкой. Функциональная надежность МС есть ее способность выполнять предусмотренные целевые задачи в условиях взаимодействия с внешними объектами, которая накладывает определенные требования к аппаратно-программным решениям построения системы управления МС.

Третья глава работы посвящена исследованию методов оценки надежности (отказоустойчивости и восстанавливаемости) МС, с учетом особенностей ее функционирования в составе системы управления, с выбором эффективной стратегии повышения функциональной надежности.

МС является сложной системой, а это требует всестороннего подхода к рассмотрению проблемы обеспечения надежности ее функционирования. Поэтому в диссертационной

работе рассматриваются: аппаратная надежность МС - надежность, зависящая от технического состояния аппаратуры; функциональная надежность - свойство выполнения функций, возложенных на МС. Для анализа отказоустойчивости и восстанавливаемости аппаратурных средств МС могут быть выбраны различные показатели надежности; однако, наиболее приемлемым для МС является коэффициент готовности - вероятность того, что МС окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени К г = 1ре /(^ + ¡Вс)

где 1р£ - суммарное время нахождения в работоспособном состоянии; 1Ве - суммарное время восстановления. Коэффициент готовности может быть выражен также следующим образом Кг=ТУ(Т0+Т.), где Т„ - средняя наработка на отказ; Т, - среднее время восстановления.

В работе автором проанализировано достаточно большое число методов анализа надежности сложных систем, к которым относятся и МС. Прежде всего они делятся на две большие группы - точные аналитические и приближенные. Большое число аналитических методов расчета характеризует попытки оценить надежность системы без какой-либо погрешности при практически приемных затратах вычислительных ресурсов или объемах ручного счета. В работе проанализированы научные публикации, относящиеся к оценке надежности сложных систем, к которым относятся мультисервисные системы. ■ Анализ показал, что подавляющее большинство работ носит теоретический характер, что делает их малодоступным широкому кругу пользователей. К аналитическим методам, освещенных в научной литературе и используемых автором в своей работе, относятся: методы, использующие интегрально-дифференциальные уравнения в частных производных; методы прямого перебора состояний системы или состояния путей; логико-вероятностные методы (методы с применением булевой алгебры); асимптотические методы; методы с использованием многомерных марковских процессов; эвристические методы (в том числе методы декомпозиции); графовые методы и др. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки, которые проанализированы в диссертационной работе. Практическое же применение того или иного метода определяется многими факторами, основными из которых являются: постановка задачи; адекватность метода исследуемому процессу; корректность принимаемых при использовании метода допущений; степень точности исходных вероятностей исправности элементов исследуемой системы; размерность исследуемой системы (сети) и практическая реализуемость метода при данной размерности; доступность метода широкому кругу пользователей. Исходя из изложенных факторов, в работе для точной оценки надежности МС, автором предлагается использовать графовый полумэрковскнй метод, а' для приближенной оценки надежности (с заранее заданной точностью) и оценки надежности при синтезе структуры МС автором предлагается

использовать метод расчета структурной надежности по совокупности путей или сечений, а также его модификация для двусторонней оценки структурной надежности.

В работе показано, что применяемый автором графовый полумарковский метод позволяет определить требуемые показатели надежности МС. Суть полумарковского метода сводится к решению задач расчета показателей безотказности и восстанавливаемости сложных систем, где имеется практическая возможность перехода от описания поведения, систем с помощью дифференциальных уравнений к описанию поведения систем с помощью алгебраических уравнений в операторных преобразованиях Лапласа - Стилтьеса. Задача метода заключается в том, чтобы, не прибегая к решению системы уравнений в операторных преобразованиях, установить функции распределения времени их любого неработоспособного состояния системы и по этим функциям определите все показатели безотказности исследуемой системы МС.

Задаются следующие исходные данные:

- ориентированный граф состояний в (Б, Н), где 8 - конечное множество вершин (состояний) системы; Н - конечное число дуг между вершинами ¡о (состояния

- критерий отказа в виде множества работоспособных состояний

Эр с Э, множества состояний отказа 5, С 5 , где 5Г П = 0, 5г и 5Г = 5, а также начальное состояние 0 = 3„ (или 1 = Б), где с Эг;

- квадратная матрица (Р^)) условных функций распределения времени пребывания системы в состояниях (вершинах) графа, матрица смежности и вектор распределения начальных вероятностей для эргодических или невозвратных состояний.

Функция распределения времени до отказа системы, поведение которой описывается случайным полумарковским процессом в преобразованиях Лапласа - Стилтьеса при ¡-м начальном состоянии определяется выражением

I

где //(5) - к-й путь в преобразованиях Лапласа - Стилтьеса, ведущий из

работоспособного состояния графа ¡еБг в отказное состояние j^Sr■í АС/ (З) _ вес разложения графа в преобразованиях Лапласа - Стилтьеса без ]"-й вершины и вершин графа,

расположенных на к-м пути; Ав^) - вес разложения графа без вершин множества состояний отказа.

Из выражения (1) определяются:

„ ЭФ0/(5)

- средняя наработка до отказа =--шл-1.

п _ д2Ф0Щ

-дисперсия наработки до отказа Мс ~ ГТ5—Ls=o ~

оЬ

dS

2

Uo (3),

дФ0 ,(S) 8S

что позволяет судить о завершенности метода и его практического.использования.

Используемый автором графовый полумарковский метод базируется на приближенных вычислениях весов разложения графа. При расчетах предполагается учитывать суммарные веса одиночных контуров или попарных произведений, не пересекающихся контуров, поскольку их вклад на четыре или более порядка превышает суммарный вклад веса разложения графов, не пересекающихся контуров. Исследования показали, что с погрешностью около 1% можно ограничится приближенным выражением

'для расчета весов разложения графов . ^^ = 2 — S Qy

' J

Таким образом использование полумарковского метода позволяет произвести расчет характеристик надежности системы с погрешностью около 1%.

Четвертая глава работы посвящена методам исследования и оценки функциональной надежности систем управления сложных мультисервисных систем. Для реализации указанного метода требуется комплексное применение гибких стратегий обеспечения функциональной отказоустойчивости МС. Такой эффективной стратегией, по мнению автора, является использование естественной временной, функциональной и структурной избыточности в МС.

В работе показано, что для парирования функциональных отказов целесообразно ввести специальные механизмы рационального использования избыточности. Эти механизмы, совместно с избыточными средствами, образуют средства обеспечения функциональной отказоустойчивости (СОО).

Показателем эффективности СОО является вероятность Р успешной адаптации МС с СОО к функциональным отказам: р = Рг{П < Qt}, где П - ресурс (структурный, временной и

т.д.), который возможно использовать без ухудшения других показателей эффективности МС для защиты от отказов: Пг - допустимый расход ресурса, при котором один или Несколько .показателей эффективности МС достигают предельно допустимого значения.

Так, если ресурс есть время и допустимый расход ресурса есть, допустимое время

перерыва в работе МС t[t то /3 = Pv{V<ti}= ]fr{t)dt, где V - интервал времени от

момента возникновения неисправности до её устранения и восстановления процесса функционирования, a fy(t) - функция плотности распределения случайного времени' V. Если же допустимое время перерыва в работе системы случайно и распределено по экспоненциальному закону с параметром pg, то Д = (ру * (рJ, где (pr{s) - преобразование Лапласа функции fv (г) .

В работе проведена оценка вероятности того, что в процессе выполнения задачи либо не возникнут функциональные отказы, либо возникшие функциональные частичные отказы будут успешно нейтрализованы средствами обеспечения отказоустойчивости на основе допустимых затрат на избыточность ресурсов. Обозначим вероятность безотказного выполнения задачи как Я,, а вероятность того, что внутри СОО в процессе выполнения задачи не возникли функциональные отказы, как Рх. Тогда вероятность безотказного выполнения задачи под прикрытием COO: /^,-1-g,-(g,-g3g,)(l-Д), где Д -

вероятность успешной адаптации первого уровня защиты (защиты процесса выполнения задачи без защиты COO); g, =1 — pt,g, =1-р,.

Поскольку g, S 1 и g3 < 1, то с погрешностью, не превышающей второго порядка малости, справедливо выражение Рп = 1 - g, - g3 (1 - Д ).

Показано, что между вероятностью успешной адаптации МС к функциональным отказам Д и вероятностями g,,g5 функциональных отказов СОО и задачи существует прямая связь.

Если принять Д = 1 - ехр(-££), где S = 5,...,10 - нормировочный коэффициент, а

£ = —7—' то 0 помощью данной зависимости моделируется влияние вероятности отказов, &з + Si

а следовательно, и объема аппаратно-программных средств СОО на эффективность адаптации МС к функциональным отказам.

В работе оценен характер уменьшения вероятности функционального отказа в результате применения защиты. Расчеты показывают, что при сравнительно небольшом

объеме средств защиты (^-<0.5) эффективность защиты наибольшая (имеется в виду £з

пропорциональная зависимость между вероятностью отказа в выполнении задачи g3 или вероятностью отказа в функционировании средств защиты gi и объемами задач и средств обеспечения отказоустойчивости соответственно). По мере увеличения объема средств защиты увеличивается вероятность успешной адаптации к функциональным отказам. Однако

при этом возрастает вероятность возникновения функциональных отказов в самой СОО. Отсюда следует необходимость решения задачи определения допустимой ненадежности средств защиты МС от функциональных отказов. В работе определены допустимые границы ненадежности средств защиты (а это означает также допустимые объемы средств защиты) в зависимости от их эффективности и от ненадежности основных средств.

В работе рассмотрена одноуровневая зашита. Она имеет смысл только в том случае, если выполняется условие: Р31 > Р3. Указанное условие преобразуется в неравенство: Si < ЯзД • Полученное выражение устанавливает, что объем средств обеспечения отказоустойчивости не должен превышать объема аппаратно-программных средств МС, реализующих данную задачу. Из этого выражения также следует, что чем больше объем решаемой задачи, тем более разветвленными и эффективными должны быть средства СОО. Так, если Д -> 1, то Щ -> W}, где W, и W3 - объемы средств обеспечения отказоустойчивости и выполнения задачи соответственно. В свою очередь, если СОО не эффективны (Д -> 0), то нет смысла в их применении.

Автором разработан метод решения задачи защиты от функциональных отказов с использованием средств двух уровней защиты. Пусть в МС предусмотрены два уровня защиты от функциональных отказов таким образом, что первый уровень защищает средства выполнения задачи и функционирует с вероятностью правильной работы Pt = 1 - g{, а второй уровень защищает средства первого уровня защиты с вероятностью адаптации к отказам /?2 и функционирует с вероятностью правильной работы Р2 = 1 -g2, при этом сам

работает без прикрытия средств защиты. Тогда вероятность правильного выполнения задачи имеет следующий вид:

Ру, = РгРг(Рг + sA)+( i -+ sA) < А = л0>, + + sA)•

Получено, что при п уровнях защиты показатель правильности выполнения задачи

определяется выражением: Ри = (1 - gn)fj (p. + ), (p, = p},gtt - g}). Очевидно,

что на каждом уровне защиты должно выполняться условие, определенное неравенством:

Si < S i-i fin где ¿=1, л. Дальнейшие преобразования дают: g, <g1tl/3., где g0=g},

j-1

определяет границу целесообразности построения многоуровневой защиты.

Таким образом, проведенные исследования позволили показать, что предложенные автором введение в МС дополнительных аппаратно-программных средств управления и мониторинга, необходимых для создания уровней защиты (диагностики, исправления

искажений), приводит к повышению функциональной надежности МС и вероятности ' правильного выполнения задачи управления.

Полученные результаты исследования применялись при оценке и прогнозировании надежности МС региональной интегрированной компании, при этом коэффициент готовности для указанной МС составил величину Кг = 0,99В, что соответствует требованиям руководящего документа Минкомсвязи РФ РД.45.128-2000.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

Диссертационная работа содержит новое решение актуальной научной задачи -получение научно обоснованных технических решений организации управления мультисервисной системой на основе методов функциональной надежности с использованием системного анализа.

В процессе выполнения работы получены следующие результаты:

1. В рамках системного подхода в работе представлена информационная модель мультисервисной системы, которая позволяет оптимизировать управление, сформулировать и оценить показатели эффективности управления и определить требования к элементам системы управления мультисервисной системы.

2. При проведении системного анализа обоснованы основные аспекты процессов управления современными мультисервисными системами, построенными на принципах • сетей следующего поколения, которые являются необходимым условием при организации управления и создании автоматизированной системы управления с учетом создания системы функциональной надежности МС.

3. Разработаны новые и адаптированы известные методы оценки качества и надежности функционирования МС при представлении информационных широкополосных услуг корпоративным пользователям и населению региона, позволяющие оценивать надежность конкретных трактов передачи данных между выделенными парами абонентов, что позволяет оценить вероятность выполнения услуги при заданной структуре и техническом уровне МС.

4. Разработана архитектура управления МС и механизм его реализации с учётом региональных возможностей интегрированных компаний и тенденций востребованности услуг.

5. Для определения возможных методов оценки безотказности, восстанавливаемости и функциональной надежности сложных систем с большим числом состояний, к классу которых относится мультисервисная система, в работе показана целесообразность

использования графового полумарковского метода, что позволяет произвести расчет характеристик надежности системы с погрешностью около 1%.

6. В работе выделена разработка программно-аппаратного центра мониторинга, как составной элемент системы управления. В основу построения центра управления и мониторинга МС положена концепция обеспечения функциональной надежности сложных мультисервисных систем и управление параметрами сети.

7. Предложены методы прогнозирования и оценки надежности многоуровневых мультисервисных систем, которые рассматриваются как разновидность иерархических сложных систем. Установлены граничные условия, определяющие объем дополнительных средств для защиты МС от функциональных отказов, при этом коэффициент готовности для такого рода систем имеет величину Кг=0,998, что соответствует требованиям руководящего документа Минкомсвязи РФ РД.45.128-2000.

8. Предложены методы повышения функциональной надежности многоуровневых МС с иерархической структурой на региональном уровне. Разработаны математические модели и алгоритмы для расчета показателей надежности многоуровневой системы, позволяющие оценить целесообразность введения избыточных аппаратных средств в МС.

9. Разработаны технические решения реализации предложенных автором научных методов управления при проектировании многоуровневой мультисервисной системы регионального уровня. Разработанные проектные предложения построения МС, базовые подходы к проектированию и выбору архитектуры системы управления МС могут быть использованы при создании подобных систем в различных областях народного хозяйства с учетом разнообразных требований и уровней надежности передачи информации.

10. Результаты диссертационного исследования использованы:

> в практической и методологической работе региональной интегрированной компанией ООО «РК-ТЕЛЕКОМ»;

> в практике работы интегрированной компании «Распределенные интеллектуальные системы и телекоммуникации» (РИСТЕК).

Таким образом, решена научная задача обоснования системных аспектов построения мультисервисных систем регионального уровня с точки зрения эффективного управления при предоставлении гарантированных инфокоммуникационных услуг на основе внедрения методов повышения функциональной надежности.

Основные публикации по теме диссертации Статьи в журналах из перечня ВАК

1. Марчеиков А.Е. Возможности прогнозирования эффективности и надежности мультисервисных систем связи // Вопросы радиоэлектроники. - М., 2012. - Выпуск 2, -С.153-161;

2. Марченков А.Е. Системный подход в исследованиях использования моделей для формирования организационных структур интегрированного типа / Волков В.А., Трубицин С.Н., Чудинов С.М. // Вопросы радиоэлектроники. Серия «Электронная вычислительная техника (ЭВТ)».-М., 2012. -Выпуск 2. -С.189-196;

3. Марченков А.Е. Модели диффузии при прогнозировании динамики распространения иииовационных технологий/ Полежаев М.О. // Динамика сложных систем, № 1. - М. 2012. -С.68-72;

4. Марченков А.Е. Методы и технологии адаптивной обработки информации центров управления регионального уровня связи / Трубицин С.Н., Чудинов С.М. // Научные ведомости БелГУ. Серия информатика. Белгород: №1 (120), Выпуск21/1. -2012. С.190-196;

5. Марченков А.Е. Вероятностная организация систем адаптивного управления мультисервисной системой / Сафонов В.Л., Трубицин С.Н // Научные ведомости БелГУ № 7 (126). Серия ИКТ. - Белгород: - выпуск 22/1,2012. - С.178-186.

Публикации в сборниках научных трудов

6. Марченков А.Е. Защищенный ведомственный центр управления ■ информационной системы (статья) / Полежаев М.О. // «Вестник МАРТИТ» № 1 - М., 2009., - С. 89-92;

7. Марченков А.Е. Метод организации широкополосного доступа с учетом индикативного развития регионов (статья) / «Вестник МАРТИТ» № 1 - М., 2010, С.97-107;

8. Марченков А.Е. Методы создания центра мониторинга мультисервисной сети ведомственной информационной системы (статья). / «Вестник МАРТИТ» № 1 - М., 2010. -С.108-116;

9. Марченков А.Е. Перспективы создания многоуровневой модели мультиагентных систем с использованием мизарных технологий (доклад). / Волков В.А., Варламов О.О.// Международный конгресс по интеллектуальным системам и информационным технологиям. Россия, Черноморское побережье, Геленджик-Дивноморское, 2-9 сентября 2011 - С. 303-308;

10. Марченков А.Е., Раков С.Б. Метод использования моделей информационной безопасности (доклад). Сборник трудов Второй Международной конференции «НИУ БелГУ» -С. 508-513.

Отпечатано в типографии ФГУП «Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильной электроники и электрооборудования». Тираж - 100 экз. Усл.печ.л. 1

Подписано в печать 28 сентября 2012 г.

Введение.

Глава 1. Основные элементы системного анализа процессов управления современными мультисервисными системами, разработка типовой структуры региональной мультисервисной системы.

1.1.Основные элементы системного анализа процессов управления современными мультисервисными системами.

1.2. Общие принципы построения мультисервисных систем.

1.3. Основные требования к мультисервисным системам с интеграцией услуг.

1.4. Методы предоставления интегрированных информационных услуг.

1.4.1 .Организация уровня доступа.

1.4.2. Организация телекоммуникационных услуг.

1.4.2.1. Организация доступа в сеть Интернет.

1.4.2.2. Предоставление услуг на базе Frame Realy.

1.4.2.3. Предоставление услуг на основе аренды каналов Е1.

1.4.2.4. Предоставление в аренду синхронных каналов связи.

1.4.2.5. Предоставление в аренду каналов тональной частоты.

1.5. Перспективные направления развития мультисервисных систем и реализации информационных услуг.

Актуальность работы. Современный этап информатизации общества характеризуется широким внедрением многоуровневых мультисервисных систем (МС) с интеграцией инфокоммуникационных услуг в различные сферы деятельности. Это во многом обусловлено тем, что мультисервисные системы интегрированного уровня позволяют обеспечить непосредственную связь с пользователями.

МС является весьма сложным многокомпонентным объектом, который характеризуется разнообразными свойствами, которые требуется учитывать при управлении. В связи с этим цели управления в полном объеме, как правило, труднодостижимы и для разрешения неопределенностей и согласования целей требуется проведение системного анализа процессов управления. При этом МС как объект управления рассматривается в виде совокупности взаимосвязанных компонентов, имеющих цели, входы, выходы, ресурсы, связь с внешней средой и обратную связь. Очевидно, что для каждого региона, где создается и эксплуатируется МС, эта проблема имеет специфические особенности, которые требуют индивидуального подхода. Сюда следует отнести: создание топологии МС, адекватной инфраструктуре региона и, прежде всего распределению потребителей услуг; приоритеты пользователей; пропускную способность и надёжность функционирования мультисервисных систем; принципы и технологии взаимодействия с общим информационным пространством России и некоторые другие аспекты. Степень обоснованности принимаемых решений существенным образом влияет на эффективность управления МС и качество услуг.

При создании эффективной и надежной МС должны согласованно решаться задачи анализа и синтеза. Задача анализа состоит в вычислении количественных показателей эффективности и надежности проектируемой системы с целью определения ее соответствия предъявляемым требованиям. Целью синтеза является обеспечение требуемого уровня эффективности и надежности системы при ее создании и развитии. Отсюда вытекает сложная задача получения аналитических зависимостей показателей эффективности и надежности МС в целом от ее характеристик элементов МС, структуры и алгоритмов функционирования. Наличие таких зависимостей позволит оценивать влияние тех или иных принимаемых решений на качество системы., что р свою очередь позволит создать эффективную и надежную МС с соответствующим уровнем управления.

Задачи управления мультисервисной системой состоят в том, чтобы предоставить оператору возможность поддерживать устойчивые эксплуатационные характеристики системы, осуществлять ее техническое обслуживание и развитие с минимальными затратами, обеспечив при этом требуемый уровень качества обслуживания. Наиболее значимым фактором при решении задач управления является обеспечение аппаратной и функциональной надежности.

Таким образом, проведение системных исследований при построении системы управления региональной МС, позволяющих обеспечить эффективное территориальное управление системой на основе разработки и внедрения методов функциональной надежности, является актуальной задачей. Для достижения цели сформулированы и решены следующие научные задачи:

1. Систематизированы структурные аспекты построения МС с учетом информационной модели, описывающей процессы предоставления инфокоммуникационных услуг.

2. Обоснованы и реализованы методы управления МС, как комплексной многоуровневой интегрированной системой, в состав которой входит подсистема управления технологическими процессами (управление элементами сети) и организационная подсистема управления (управление бизнесом).

3. Разработан комплекс математических моделей для расчета и оценки функциональной надежности МС с учётом особенностей сложной топологии МС и развития аппаратной поддержки информационных технологий.

4. Разработаны, обоснованы и реализованы технические решения, направленные на повышение надежности системы управления МС, на основе использования имеющихся в составе МС естественных и дополнительных ресурсов в виде программно-аппаратных средств.

Объектом исследования служат многоуровневые мультисервисные системы с интеграцией инфокоммуникационных услуг на региональном уровне.

Предмет исследования - средства моделирования и формализации процессов управления на основе использования комплекса аппаратно-программных средств МС.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы системного анализа, математической логики, теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания, теории проектирования сложных систем.

Научная новизна диссертации связана с установлением связей и зависимостей между параметрами структуры мультисервисной системы и ее надежностью, позволивших разработать методы и модели оценки ее функциональной надежности, в соответствии с принимаемыми решениями по системе управления МС, включая:

- методы и модели оценки и прогнозирования надежности функционирования МС с учётом особенностей топологии МС, аппаратной поддержки и перспективных информационных технологий;

- методы и модели повышения и расчета функциональной надежности на основе применения имеющихся в составе МС и системы управления естественных и вновь введенных ресурсов.

Практическая значимость результатов диссертации обусловлена ориентацией на возможность практического применения предложенных моделей, методов и алгоритмов, разработкой правил и рекомендаций для их применения в интегрированных компаниях, позволяющих обеспечить эффективное решение задач управления на основе современных информационных технологий. Результаты диссертационного исследования использованы в практической и методологической работе региональной интегрированной компании ООО «РК-ТЕЛЕКОМ».

Достоверность полученных результатов и выводов обусловлена: корректностью использования методов системного анализа и математических моделей; согласованностью теоретических результатов с основными положениями теории управления и надёжности. Это подтверждается практическими результатами эксплуатации созданной и введенной в эксплуатацию региональной системы.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические результаты и практические рекомендации исследования осуществлены в деятельности интегрированной структуры ООО «РК-ТЕЛЕКОМ».

Специальность, которой соответствует диссертация

Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (технические науки) по следующим областям исследования: п.2. Формализация и постановка задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации; п.4. Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации; п.11. Методы и алгоритмы прогнозирования и оценки эффективности, качества и надежности сложных систем.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы изложены в ряде печатных публикаций, докладывались на всероссийских и вузовских научных конференциях: «Новые информационные технологии в автоматизированных системах на международном конгрессе по интеллектуальным системам и информационным технологиям. Россия, Черноморское побережье, Геленджик-Дивноморское, 2-9 сентября 2011 года, Второй Международной научно-технической конференции «Компьютерные науки и технологии» (БелГУ), Белгород 3-5 октября 2011г., на Московской конференции «Национальная суперкомпьютерная технологическая платформа» 27-29 ноября г. Москва, ВДНХ.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 10 публикациях автора, из которых пять статей в рецензируемых научных журналах и изданиях. Общий объем публикаций 4,0 печатных листа, где 2,7 печатных листа, принадлежат лично автору.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем работы 139 страница. Список литературных источников включает 107 наименований.

4.6. Основные результаты и выводы по главе 4

1. В данной главе рассмотрены подходы к оценке функциональной надежности МС, приведены соответствующие аналитические выражения (алгоритмы) и модели. Для защиты МС от функциональных отказов целесообразно иметь в ее составе средства обеспечения отказоустойчивости, которые предназначаются для рационального использования имеющихся в составе МС естественных и дополнительно введенных ресурсов. Установлены граничные условия, определяющие объем дополнительных средств для защиты МС от функциональных отказов.

2. Показано, что функциональная надежность сложных систем, таких, как мультисервисная система связи, находится в прямой зависимости от информационной нагрузки.

3. Центр тяжести обеспечения функциональной надежности мультисервисных систем связи (МС) находится не только в области обеспечения безотказности и восстанавливаемости технических средств, но и в области решения задач расчета и обеспечения правильности и своевременности выполнения функциональных задач.

4. Предложены методы прогнозирования и оценки надежности многоуровневых мультисервисных систем, которые рассматриваются как разновидность иерархических сложных систем. Установлены граничные условия, определяющие объем дополнительных средств для защиты МС от функциональных отказов, при этом коэффициент готовности для такого рода систем имеет величину Кг=0,998, что соответствует требованиям руководящего документа Минкомсвязи РФ РД.45.128-2000.

Заключение.

Диссертационная работа содержит новое решение актуальной научной задачи - получение научно обоснованных технических решений управления мультисервисной системой на основе методов функциональной надежности

В результате проведенного исследования сформулированы следующие выводы и результаты:

1. На основе системного подхода разработана информационная модель мультисервисной системы, позволившая сформулировать и оценить показатели эффективности управления, определить требования к элементам системы управления мультисервисной системы при предоставлении инфокоммуникационных услуг.

2. Разработана архитектура системы управления МС, учитывающая возможности региональных интегрированных компаний и тенденций востребованности услуг. Выделена задача создания центра мониторинга МС, как составного элемента системы управления. В основу построения центра управления и мониторинга МС положены концепция обеспечения функциональной надежности сложных мультксервисных систем и возможности управления параметрами сети.

3. Разработаны и теоретически обоснованы методы прогнозирования и оценки надежности многоуровневых мультисервисных систем. Установлены граничные условия, определяющие объем дополнительных средств защиты МС от функциональных отказов, при этом коэффициент готовности для такого рода систем имеет величину Кг=0,998, что соответствует требованиям руководящего документа Минкомсвязи РФ РД.45.128-2000.

4. Разработан комплекс математических моделей для расчета функциональной надежности МС и системы управления при различных структурных решениях и применяемых информационно-коммуникационных технологиях. Модели дают возможность исследовать время пребывания МС в различных состояниях при заданном графе переходов, определять политику защиты системы управления от отказов.

5. Разработаны технические решения реализации предложенных автором методов управления при проектировании многоуровневой мультисервисной системы регионального уровня. Разработанные проектные предложения построения МС, базовые подходы к проектированию и выбору архитектуры системы управления МС могут быть использованы при создании подобных систем в различных областях народного хозяйства с учетом разнообразных требований и уровней надежности передачи информации.

6. Результаты диссертационного исследования использованы: в практической и методологической работе региональной интегрированной компанией ООО «РК-ТЕЛЕКОМ»;

- в практике работы интегрированной компании «Распределенные интеллектуальные системы и телекоммуникации» (РИСТЕК).

Таким образом, решена комплексная задача построения, анализа и управления для мультисервисных систем регионального уровня при предоставлении гарантированных инфокоммуникационных услуг, на основе методов обеспечения функциональной надежности.

1. Монографии, сборники, материалы научно-практических конференций

2. Амарян М.Р. Методика выбора интегральных оценок эффективности корпоративных информационных систем на примере ОАО «ЦентрТелеком»/ Ануфриев В. К., Лысаковский В. А. // Компьюлог. № б, -- М. -2002. - 54 е.;

3. Амарян М. Р. Научно-методологические основы построения АСУ связью региона электросвязи / Васильев В. Н., Локотков А. А. // М.: ИРИАС,-2003.- 172 е.;

4. Амарян М. Р. Об оценке эффективности региональной АСУ / Локотков А. А., Чудинов С. М. // Вестник связи International., М., - 2003. -№ 6. - С.21-25;

5. Амарян М. Р. Основные положения концепции построения автоматизированной системы управления регионального оператора электросвязи / Н. Васильев//, М.: ИРИАС, - 2003 - 64 е.: ил.;

6. Амарян М. Р. Проблема защиты информации в АСУ регионального оператора / Варламов О. О., Журавлева Э. М., Чудинов С. М. // Вестник связи. М. - 2003 - № 1 - С. 42-48;

7. Амарян М. Р. Синтез мультисервисных сетей межрегиональных операторов электросвязи и национальной мультисервисной сети России / Пегасов М.А.//Компьюлог. М. -2004, - № 5 - С. 11 -16;

8. Амарян М. Р. Системы предобработки учетных данных для региональных операторов электросвязи / Пегасов М. А.// Компьюлог. 2004. -№5 (65).-С. 34-38;

9. Амарян Р. А. Основы системного менеджмента межрегиональной телекоммуникационной компании : обобщение опыта ОАО «ЦентрТелеком» II-Ы. : Весь мир,-2004.-347 е.: ил.;

10. Бакланов И.Г. ЫвЫ : принципы построения и организации// М., Эко-Трендз, - 2008. - С. 234-289;

11. Барлоу П., Математическая теория надежности /пер. с англ. И. А. Ушакова; под ред. Гнеденко Б. В. // М. : Сов.радио, 1969 - 488 е.;

12. Битнер В.И., Нормирование качества телекоммуникационных услуг, Учебное пособие / Попов Г.Н.// Под ред. профессора Шывалова В.П. -М.: Изд. «Горячая линия-Телеком», 2004 -С.23-25;

13. Блох Э. Л. Модели источника ошибок в каналах передачи цифровой информации / Попов О. В., Турин В. Я. //- М.: Связь, 1971. 311 с. : ил.;

14. Богданова Г. А., Надежность аппаратуры передачи данных/, Гуров Г. С., Дадушко Л. Н. и др. Ч М. : Связь, 1977. - 152 е.;

15. Болнокин В.Е. Модели адаптивного формирования вариантов управления динамической системой, М. : Научный журнал «Динамика сложных систем» № 4, том 5, - 2011 - С.45-51;

16. Большие системы. Теория, методология, моделирование: по материалам конф., сост. в Москве 4-7 окт. 1967 г. / под. ред. Гнеденко Б. В. -М.: Наука, (Научные и практические проблемы больших систем), 1971. -328 е.;

17. Бомштейн Б. Д. Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи / Л. К. Киселев, Е. Т. Моргачев//. М. : Связь, 1975. - 245 е.: рис.;

18. Буренина Н.И. Принципы построения систем управления информационными сетями, СПб., ВАС, 1985. 47 е.;

19. Бусленко Н. П. Лекции по теории сложных систем / Н. П. Бусленко, В. В. Калашников, И. Н. Коваленко. М.: Сов.радио, 1973. -439 с.;

20. Варакин J1. Е. Распределение доходов, технологий и услуг / JI. Е. Варакин// М. : Междунар. акад. связи, - 2002, - 295 е.;

21. Варламов О. О. Эволюционные базы данных и знаний для адаптивного синтеза интеллектуальных систем: миварное информационное пространство// М. : Радио и связь, 2002. - 286 е.;

22. Гаврилов Г. П. Сборник задач по дискретной математике/ Сапоженко A.A. М. : Наука, 1977. - 368 е.;

23. Гадасин В. А. Надежность сложных информационно управляющих систем/И. А. Ушаков// М. : Сов.радио, 1975. - 191 е.;

24. Гадасин В. А. Надежность сложных информационно управляющих систем / И. А. Ушаков. М. : Сов.радио, 1975. - 191 е.;

25. Галлагер Р. Дж. Теория информации и надежная связь/ под ред. М. Н. Пинскера, Б. С. Цыбакова.// М. : Сов. радио, 1974. - 719 е.;

26. Гнеденко Б. В. Математические методы в теории надежности: основные характеристики надежности и их стат. анализ / Ю. К. Беляев, А. Д. Соловьев// черт. (Физ.-мат. б-ка инженера;, - М. : Наука, 1965. - 524 е.;

27. Голинкевич Т. А. Прикладная теория надежности: учеб. для вузов // 2-е изд., перераб., доп. - М. : высш. шк., 1985. - 168 е.;

28. Гордиенко В.Н., Многоканальные телекоммуникационные системы /Тверецкий М.С.// -М., Горячая линия-Телеком, - 2007 - С.57-86;

29. Голышко A.B. NGN: Российский сешмент. «Электросвязь», -2009, № 12-С. 12-23;

30. Гуров С. В. Анализ надежности технических систем с произвольными законами распределений отказов и восстановлений// Качество и надежность изделий. М., 1992, - Т. 2., - С.3-37.;

31. Демин В.К. Региональные информационные системы, методы их структурной и функциональной оценхи//БедГУ 2008, 318 е.;

32. Денисьева О.М., Средства связи для «последней мили» / Мирошников Д.Г. // М.: Изд. ЭКО-ТРЕНДЗ, - 1998, - С.34-36;

33. Дудник Б. Я., Надежность и живучесть систем связи / Овчаренко В. Ф., Орлов В. К. и др.// под ред. Б. Я. Дудника. М. : Радио и связь, -1984. -216 с.,: ил. - (НК. Надежность и качество);

34. Евстигнеев В. А. Применение теории графов в программировании // под ред. А.П.Ершова. М. : Наука, 1985,- 384 с. : ил.;

35. Зыков А. А. Основы теории графов// М. : Наука, 1987. - С.384: ил.

36. Инфокоммуникации XXI века: технологии, услуги, качество// под ред. Л. Д. Реймана Л. Е. Варакина. М. : Междунар. акад. связи, 2001. -239 с.;

37. Клещев Н. Т. Телекоммуникации. Мир и Россия. Состояние и тенденции развития // Федулов, В. М. Симонов и др. ; под ред. Н. Т. Клещева. -М. : Радио и связь, 1999. 480 е.: ил.;

38. Корпаративная сеть передачи данных Компаний Группы «Связьинвест», системный проект, 2004 , - С.56-59;

39. Королюк В. С. Полумарковские процессы и их приложения / А. Ф. Турбин// АН УССР, Ин-т математики. Киев : наук, думка, 1976. -184 е.;

40. Костров Б.В., Телекоммуникационные системы и вычислительные сети, М., - ТЕХБУК, - 2006, - С. 145-156;

41. Кристофидес Н. Теория графов: алгоритмический подход // пер. с англ. Э. В. Вершкова, И. В. Коновальцева. М. : Мир, 1978. - 432 е.: ил.;

42. Кузнецов В. В. Методы оценки надежности мультисервисных сетей связи /М. А. Пегасов // Вестник Московской академии рынка труда и информационных технологий. 2004. - № 12. - С. 129-139;

43. Кузьменко Г.Н., Принципы построения и методы оценки надежности мультисервисных сетей /Кузнецов В.В., Чудинов С.М.// -Белгород,-2005, -224с.;

44. Лекции по теории графов : учеб. пособие / В. А. Емеличев, О. И. Мельников, В. И. Сарванов, Р. И. Тышкевич./'/ М. : На>ка, 1990, -- 382 е.: ил.;

45. Липаев В. В. Надежность программного обеспечения АСУ // М.: Энергоиздат, - 1981.-241 е.: ил.;

46. Марченков А.Е. «Возможности прогнозирования эффективности и надежности мультисервисных систем связи» Журнал «Вопросы радиоэлектроники» серия ЭВТ, выпуск 2, 2012 г. - С. 153-161;

47. Марченков А.Е., «Системный подход в исследованиях управления инновационной деятельностью интегрированных структур» /Трубицин С.Н., Чудинов С.М.// Журнал «Вопросы радиоэлектроники» серия ЭВТ, выпуск 2, 2012 г., - С.189-196;

48. Марченков А.Е., «Модели диффузии при прогнозировании динамики распространения инновационных технологий» / Полежаев М.О.// Динамика сложных систем. 2012. - № 1. - С.68-72;

49. Марченков А.Е. «Методы и технологии адаптивной обработки информации центров управления регионального уровня связи» / Трубицин С.Н., Чудинов С.М.// Научные ведомости БелГу, Выпуск 21/1. 2012, -С.190-196;

50. Марченков А.Е., Полежаев М.О. Защищенный ведомственный центр управления информационной системы (статья) «Вестник МАРТИТ» № 1, 2009, - С.89-92;

51. Марченков А.Е. Метод организации широкополосного доступа с учетом индикативного развития регионов // «Вестник МАРТИТ» (статья) № 1 -2010, С.97-107;

52. Марченков А.Е. Методы создания центра мониторинга мультисервисной сети ведомственной информационной системы // «Вестник МАРТИТ» (статья), № 1, 2010 - С. 108-116;

53. Марченков А.Е. Перспективы создания многоуровневой модели мультиагентных систем с использованием миварных технологий (доклад)./ Волков В.А., Варламов О.О.// Международный конгресс по интеллектуальным системам и информационным технологиям. Россия,

54. Черноморское побережье, Геленджик-Дивноморское, 2-9 сентября 2011. С. 303-308.

55. Марченков А.Е. Метод использования моделей информационной безопасности (доклад)./ Раков С.Б.// Сборник трудов Второй Международной конференции «НИУ БелГУ», 2011. - С.508-513;

56. Марченков А.Е. Вероятностная организация систем адаптивного управления мультисервисной системой /Сафонов B.JL, Трубицин С.Н.// Научные ведомости БелГУ № 7 (126), серия ИТК, Белгород: выпуск 22/1, -2012, С.178-186;

57. Майерс Г. Д. Надежность программного обеспечения / пер. с англ. Ю. Ю. Галимова; под ред. В. Ш. Кауфмана.// М. : Мир, -1980. - 360 е.;

58. Майника, Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах / Э. Майника ; пер. с англ. М. Б. Кацнельсона, М. И. Рубинштейна//; под ред. Е. К. Масловского. М. : Мир, 1981. - 323 е.;

59. Межуев Н. В. Концепция развития сети связи и телекоммуникаций Московского филиала ОАО «ЦентрТелеком»/ / М. : Весь мир, - 2004. -610 с.;

60. Надежность технических систем: Справочник / под общ. Ред. И.А. Ушакова. // М.: Радио и связь. - 1985 - С.234-238;

61. Назаров А.Н. ATM: технология высокоскоростных сетей / Симонов М.В.//-М.: Изд. ЭКО-ТРЕНДЗ, -1999 96 е.;

62. Нуриев Р. М. Основы экономической теории. Микроэкономика: Теория. Задачи. Вопросы. Тесты// М. : Высш. шк., - 1996, - 446 е.;

63. О связи: Федеральный закон от 07.07.2003 № 126-ФЗ // Собрание законодательства РФ. 2003. - № 28. -2895 е.;

64. Об информации, информатизации и защите информации: Федеральный закон от 20.02.1995 № 24-ФЗ // Собрание законодательства РФ.- 1995-№8-609 е.;

65. Об электронной цифровой подписи: Федеральный закон от 10.01.2002 № 1-ФЗ // Собрание законодательства РФ. 2002. - № 2. --127 е.;

66. Окинавская хартия глобального информационного общества: принята на о-ве Окинава 22.07.2000 /7 Дипломатический вестник. 2000. -№ 8. - С.51-56;

67. Олифер В.Г. Компьютерные сети. 2-е. изд./Олифер Н.А// Учебник для вузов. СПб., - 2004. - 864 с.

68. Панфилов И. В., Вычислительные системы // под ред. А. М. Половко.- М. : Сов. радио, 1980. - 304 е.;

69. Пашков Ю. Д. Организация защиты информации от несанкционированного доступа в автоматизированных системах/ Ю. Д. Пашков, В. Н. Казеннов.// СПб. : ЗАО «Радиовнимяние^ 1995. -76 е.;

70. Пегасов М. А. Анализ требований и возможностей управления качеством обслуживания в сетях связи с коммутацией пакетов : отчет о НИР (техн. предложения) / М. А. Пегасов, И. В. Степанова// Моск. тех. ун-т связи и информатики. М., - 2004. - 120 е.;

71. Пегасов М. А. Конвергенция информационных технологий в мультисервисной сети связи: отчет о НИР (техн. предложения)/ М. А. Пегасов, И. В. Степанова// Моск. тех. ун-т связи и информатики. М., 2004.- 120 е.;

72. Пегасов М. А. Методы структурно-параметрического синтеза крупномасштабных мультисервисных сетей для межрегиональных компаний электросвязи/ М. А. Пегасов // Компьюлог. 2004. - № 6 (66). -С.7-10;

73. Пегасов М. А. Подход к параметрическому синтезу крупномасштабных мультисервисных сетей для межрегиональных компаний электросвязи // Вестник Московской академии рынка труда и информационных технологий. 2004. - № 12. - С.97-106;

74. Пегасов М. А. Системно-технологические основы построения крупномасштабных мультисервисных сетей связи и телекоммуникации с интеграцией услуг : на примере МРК ОАО «ЦентрТелеком / Амарян М. Р. // -М. : Весь мир, 2005. - 480 е.;

75. Половко А.М. Основы теории надежности. 2-е издание. / Гуров С.В.// СП.:ВНУ СПб., - 2006 - С.132-141;

76. Путинцев Н. Д. Аппаратный контроль управляющих вычислительных машин // М. : Сов. радио, -1966. - 424 е.;

77. Пухов Г. Е. Дифференцированный анализ электрических цепей // АН УССР, Ин-т проблем моделирования в энергетике. Киев: Наук, думка,

78. Пятибратов А.П. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы / Гудыно Л.П., Кириченко А.А.// М., -2001. - Деп. в ВИНИТИ, № В-1263 - С. 112-116;

79. Райншке К. Оценка надежности систем с использованием графов / Ушаков.// М. : Радио и связь, - 1988, - 209 е.: ил.;

80. Розенберг Е. Н. Методы и модели функциональной безопасности технических систем/ Е. Н. Розенберг, И. Б. Шубинский// Рос. науч.-исслед. и проект.-конструкт, ин-т информатизации, автоматизации, связи. М.: ВНИИАС,- 2004.- 187 с.;

81. Савицкая Г. В. Анализ хозяйственной деятельности предприятия: учеб. пособие для вузов // 4-е изд., перераб. и доп. Минск : Новое знание, -2000,-688 е.: ил;

82. Спирин В. А. Как идти к Triple Play/ В. А. Спирин, В. К. Тарасов, Н. А. Фомин // Вестник связи. 2005, - № 4, - С. 182-191;

83. Трубицин С.Н. Сети нового поколения эффективный путь к построению информационного общества в РФ // Москва, Журнал «Спецтехника» № 4 - 2011 - С.2-9;

84. Управление ресурсами в условиях рынка : учеб. пособие / подгот. Г. Фрэнсисом и др.// Междунар. центр дистанц. обучения. М. : ЛИНК, -1999, - Кн. 6. Управление финансами. -159 е.;

85. Уткин Л. В. Нетрадиционные методы оценки надежности информационных систем/ Л. В. Уткин, И. Б. Шубинский//под ред. И. Б. Шубинского// СПб. : -2000. - 173 е.;

86. Филин Б.П., Методы анализа структурной надежности сетей связи// М. : Радио и связь, - 1988. - С.54-59;

87. Фомин Я.А. Теория выбросов случайных процессов. М., Связь, -1980.-С. 65-69;

88. Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet// -СПб., изд. БХВ-Петербург, 2007, С.345-357;

89. Черкесов Г. Н. Надежность технических систем с временной избыточностью // под ред. Половко А. М. М. : сов. радио, -1974. - 295 е.: ил.;

90. Шубинский И. Б. Активная защита от отказов управляющих модульных вычислительных систем / И. Б. Шубинский, В. И., Николаев С. К. Колганов А. М., Заяц// под ред. И. Б. Шубинского. СПб. : наука, -1993. -284 е.: ил.;

91. Шубинский И. Б. Топологический метод и алгоритм определения стационарных показателей надежности технических систем// Надежность и контроль качества. 1984, - № 5. - С.3-11;

92. Шувалов В.П., Телекоммуникационные системы и сети / Крук Б.И., Попантонолуло В.Н.// М.: Горячая линия Телеком, - 2003, - С.45-53;

93. Хинчин А .Я Работы по математической теории массового// М., -1963 г. - С.238-243;

94. Яблонский С. В. Введение в дискретную математику : учеб. пособие для вузов по спец. «Прикл. Математика» // М.: наука, -1979, - 272 е.: ил.;1. Периодические издания

95. Журнал «Технологии и средства связи» № 3, 2005 г., часть 2. Специальный выпуск «Системы абонентского доступа-2005», 5 е.;

96. Журнал «Технологии и средства связи» № 1, 2005 г., часть 2. Специальный выпуск «Широкополосные мультисервисные сети -2005», 17 е.;

97. Журнал «Технологии и средства связи» № 5, 2004 г. И.М. Котиков. Системы абонентского радиодоступа: WLL, BWA и WiMAX, С. 15-18;

98. Журнал «Технологии и средства связи» № 4, 2005 г. A.M. Ширяев. Мультисервисные сети: главные события еще впереди, С.3-5;

99. Журнал «Технологии и средства связи» № 4, 2005 г. Т. Пфайфер и др. Оптические сети путь к широкополосному доступу, С. 11-12;

100. Access to a public Switched Multi-Megabit Data Service offering / F.R. Dix et al. // Comput. Comm. Rev. 1990, - Vol. 20, № 3. - P. 46-61;

101. Asano, T. An approach to the homomorphism problem and max-cut problem // Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems.-Kyoto, 1985.-Vol. 3,-P. 1657-1660;

102. CCIT Recommendation Q.921, ISDN user-network interface : data link layer specification // Blue Book. Geneva, -1988 - P.34-38;

103. DoD Teleport Network Management and Control, 10 may, 2004;

104. Despotuli, A.L.; Nikolaichic V.I. A step towards nanoionics. Soild State Ionics 60. P. 12-16;

105. Sen Javdip. Convergence and next generation networks. White Paper// Future trends and Challenegs for ICT Standardixation. Aalborg: River Publishers Denmark, - 2010. - P. 107-192.

106. URL:http//www.technopolice.ru;1. URL:http//www. Linkc.ru;

107. URL:http//http://gendocs.ru;

108. URL:http://telekom.org.ru;

109. URL:http://kis.gov.spb.ru;

110. URL:http://www.oc.ru/media/el04 karpov.html;

111. URL:http://www.vilcom.ru//pdf/NGN.pdf;

112. URL:http://www.lessons-tva.info/edu/e-inf3/inf3.html;1. URL:http://www.cisco.com