511_SHerstneva_O._G._Modelirovanie_funktsionirovanija_ehlementov__

В основе функциональной модели сетевого элемента, модели дискретного случайного процесса, описываемого графом возможных состояний элемента сети, лежат формульные математические модели, реализованные программно. Пользовательский интерфейс программы имитационного моделирования выполнен в виде стандартного для операционной системы MS Windows оконного вида (рисунок 3.5).

Программа позволяет автоматизировать процесс расчета основных показателей надежности по статистическим данным системы мониторинга и диагностики сети. Также применение разработанного программного продукта позволяет экономить вычислительные ресурсы конкретных систем, обеспечивать их гибкость по отношению к изменениям исходных данных и проводить автоматическую проверку адекватности полученных результатов. При этом, значительно снижается время обработки исходных статистических данных, повышается точность расчета и появляется возможность оптимизации исследуемых параметров по заданному уровню качества обслуживания.

Для удобства результаты исследований выводятся на графиках. Фрагмент вывода результатов приведен на рисунке 3.6.

На рисунке 3.6 показаны графики зависимости вероятностей попадания на восстановление неработоспособного сетевого элемента или устройства вследствие отказов разного вида и вероятности попадания на восстановление работоспособного сетевого элемента (устройства) от параметра при раз-

ных значениях , , .

Рисунок 3.5. Интерфейс программного продукта

41

Рисунок 3.6. Фрагмент программы. Вывод результатов.

Представленные графики зависимости (рисунок 3.6) иллюстрируют различные пути определения ошибок контроля I, II, III рода системы непрерывного и периодического контроля.

Также по графикам можно определить возможные значения вероятностей попадания на восстановление вследствие разных видов отказов в условиях, когда интенсивность отказов оборудования колеблется в пределах от 1х10-5 до 0,1час-1. Пути определения указанных вероятностей зависят от имеющихся в распоряжении обслуживающего персонала эксплуатационных данных, статистических данных на момент оценки надежности тестируемого оборудования или его системы управления.

Новизна компьютерной программы заключается в применении математического метода анализа вероятностных систем для описания процесса функционирования телекоммуникационной сети, применении разработанных математических моделей, применении разработанного аналитического метода расчета основных показателей надежности взамен традиционных экспертных методов. Для работы с программой необходимо иметь персональный компьютер типа IBM PC Pentium IV с операционной системой Windows XP оперативной памятью от 512 Мб.

42

3.3. Пример использования разработанного метода расчета показателей надежности.

Внастоящем разделе приведен пример использования моделей функционирования сетевых элементов и разработанного аналитического метода для расчета показателей надежности участка сети сигнализации [32, 33, 34].

Подсистема контроля и диагностики систем сигнализации (ПКД СС) QUEST7 представляет собой интеллектуальную систему мониторинга компании GN Nettest для сетей ОКС№7, GSM и IN. Данная система контроля вследствие присущей ей гибкости может использоваться как с одним центром контроля, так и в виде сложной иерархической системы, включающей региональные центры контроля больших сетей, соединенных с главным центром. Система выполнена на платформе UNIX и осуществляет сбор и передачу данных с использованием устройств удаленного тестирования (RTU), основанных на специализированном многоканальном анализаторе протоколов (МРА) той же компании, что позволяет уменьшить затраты при повышении качества и доступности функционирования [1].

Врабочем состоянии сети осуществляется непрерывный или периодический контроль исправности, сбор данных о состоянии подконтрольного оборудования и системы в целом. Помимо контроля оборудования осуществляется извещение оператора сети о качественном состоянии сети, а также производится инициация профилактического контроля. Задача обнаружения сбоев в работе, аварий сводится не к простому их обнаружению и извещению оператора, но и к указанию конкретного места неисправности или аварии для дальнейшей локализации данного места. При локализации, то есть выключении из сети неисправного оборудования, может произойти негативный эффект от данных действий, и задача системной защиты состоит в том, чтобы вовремя ввести в действие резервное оборудование или обходные каналы.

Наличие распределенных баз данных, сохраняющих большое количество информации о сигнализации, совместно с трассированием вызова по всей сети даже спустя несколько часов после его поступления, значительно облегчает поиск неисправностей при обнаружении проблем в сети.

Таким образом, использование централизованной подсистема контроля

идиагностики систем сигнализации (ПКД СС) обеспечивает корпоративных пользователей определенным набором средств, позволяющих снизить стоимость эксплуатации, улучшить качество предоставляемых услуг и получаемых результатов.

Результаты мониторинга сигнального обмена ОКС№7 представляют собой средство управления предоставлением новых услуг абонентам, оформления счетов транзитной сигнализации и проверки счетов от операторов. Более того, доступность данных в режиме реального времени позволяет предупредить возникновение неблагоприятных условий, обнаружить факт несанкционированного доступа, произвести оценку функционирования коммутатора

43

оператора, статистических доказательств качества предоставляемых услуг и т.д.

В настоящее время система установлена и успешно эксплуатируется в таких компаниях, как Sonofon (Дания), Mannesmenn Mobilfunk GmbH (Германия), Bell Emergis (Канада), Post Telecom (Австрия), ETISALAT (Объединенные Арабские Эмираты), Global One, Malav (Венгрия) и др.

Система сигнализации ОКС№7 представляет собой совокупность средств, обеспечивающих прием требований на передачу линейных, регистровых и информационных сигналов, формирование пакетов данных переменной длины с сигнальной и другой информацией, передачу и прием кадров, обеспечение требуемой верности и удовлетворение требований по допустимой задержке.

Сообщение ОКС№7 названо сигнальной единицей (СЕ) – Signal Unit (SU) [18]. Существует три типа сигнальных единиц: заполняющая сигнальная единица - Fill-in Signal Unit (FISU), сигнальная единица состояния звена (СЗСЕ) - Link Status Signal Unit (LSSU), значащая сигнальная единица (ЗНСЕ) - Message Signal Unit (MSU) [2].

У всех трех типов СЕ имеется общий набор полей, которые отвечают за безошибочную передачу информации в сигнальной сети.

К ним относятся (Рек.ITU-T Q.702, Q.706, Q.707, Q.104): BSN — номер подтверждаемой сигнальной единицы; BIB — бит индикации обратного направления;

FSN — номер передаваемой сигнальной единицы; FIB — бит индикации прямого направления;

LI — индикатор длины.

Защита от ошибок при передаче СЕ обеспечивается протоколом второго уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем (МВОС).

МСЭ-Т рекомендует использовать два метода защиты: основной (базовый) и метод превентивного циклического повторения (ПЦП).

Идея защиты от ошибок по базовому методу, аналогична идее, реализованной в процедуре HDLC (High-Level Data Link Control – бит-

ориентированный протокол канального уровня сетевой модели OSI). Текущим стандартом для HDLC является ISO 13239. ISO (International Organization for Standardization) - Международная организация по стандартизации.

Кратко суть этой идеи такова:

1)каждая СЕ однозначно определяется FSN в диапазоне от 0 до 127;

2)с помощью FIB в передаваемой СЕ указывается, имеет ли место повторная передача или СЕ передается впервые;

3)подтверждение (положительное или отрицательное) принятой СЕ обеспечивается с помощью BSN и BIB в той СЕ, которая передается в обратном направлении.

44

Под "положительным" подтверждением понимают информирование удаленной стороны об отсутствии ошибок в принятой СЕ, под "отрицательным" - запрос о необходимости повторения СЕ, принятой с ошибкой.

Звено сигнализации обязано предотвращать потерю СЕ. Если в канале возникает прерывание, то это приводит к искажениям СЕ. Для предотвращения потери СЕ обе стороны (передающая и принимающая) должны находиться в фазированном состоянии.

Состояние проверки, выдачи, повторной передачи СЕ можно фиксировать, например, при снятии Signal Trace с управляющего устройства (MN - Management Node). Поэтому данные состояния являются состояниями, наблюдаемыми в процессе эксплуатации. Для сбора и обработки статистических данных с помощью ПКД СС можно запустить счетчики для каждого типа сообщений по всем линиям. Эти счетчики обеспечивают реальные статистические данные о качестве обслуживания вызовов.

Таким образом, в процессе отслеживания прохождения конкретной сигнальной единицы возможно наблюдение за следующими ее состояниями (рисунок 3.7):

И1 - исходное состояние источника сигнальной информации;

ПВ , ПН - состояние проверки верно и неверно принятой СЕ;

И2н , И2в – состояния выдачи источником следующей сигнальной едини-

цы при неверно принятой и верно принятой СЕ; ППВ , ППН – состояния повторной передачи верно и неверно принятой

сигнальной единицы; РИН2 , РИВ 2 – вероятность попадания в состояние И2 неверно и верно приня-

той СЕ; РППН , РППВ – вероятность попадания в состояние ПП неверно и верно при-

нятой СЕ; РПН , РПВ – вероятность повторения процесса, когда была неверно и верно

принята СЕ. Передаваемая сигнальная информация может быть искажена в связи с недостаточным качеством используемого канала связи и большим объемом передаваемой информации.

Метод защиты от ошибок предполагает определение верности принимаемой информации с помощью циклического кодирования и организации «обратного» канала связи. При обнаружении искажения принятой сигнальной единицы по «обратному» каналу связи передаются обратный порядковый номер сигнальной единицы и обратный бит индикатора, которым присвоены определенные значения. Таким образом, рассматриваемая система сигнализации относится к системам с решающей обратной связью (РОС).

В системах с РОС приемник, приняв кодовую комбинацию (КК), анализирует ее на наличие ошибок. Затем принимает окончательное решение или о выдаче КК потребителю информации, или об ее стирании и посылке по обратному каналу связи сигнала о повторной передачи этой КК (переспрос).

45

Рисунок 3.7. Граф наблюдаемых событий прохождения СЕ

В случае безошибочного приема приемник формирует и направляет в канал обратной связи сигнал подтверждения, получив который передатчик передает следующую КК. Этот процесс и наблюдается в системе ОКС№7.

Системы с обратной связью подразделяются на системы с ограниченным числом повторений или с неограниченным числом повторений. В ОКС число повторений ограничивается объемом памяти буфера повторной передачи. При его переполнении, равно как и при перегрузке звена сигнализации, происходит перенос трафика на другое звено с учетом структуры сигнальной сети.

Наличие ошибок в каналах обратной связи приводит к тому, что в системах с РОС возникают потери информации, называемые «вставки» и «выпадения». Вставки получаются в тех случаях, когда приемник посылает сигнал решения о правильности принятой КК, в канале обратной связи этот сигнал трансформируется в сигнал переспроса. На получателя информации данный факт не оказывает влияния, но скорость передачи информации может значительно снижаться. В этом случае передатчик повторяет предыдущую КК, а приемник воспринимает ее как следующую, т.е. одна и та же информация выдается дважды. Выпадения получаются тогда, когда выработанный приемником сигнал переспроса трансформируется в сигнал подтверждения правильности приема. В этом случае по каналу прямой связи передается следующая КК, а предыдущая стирается и к получателю не поступает. Т.к. система ОКС работает, как система с РОС, то и здесь также наблюдаются вставки и выпадения, что приводит к снижению качества обслуживания абонентов в условиях, когда предполагается, что ОКС может обслуживать до 1500 цифровых речевых каналов и до 2500 аналоговых.

Описанную ситуацию можно смоделировать на математической модели. Граф возможных состояний СЕ и переходов между ними показан на рисунке 3.8.

46

Рисунок 3.8. Граф возможных состояний СЕ и переходов.

При составлении математической модели учитывалось то обстоятельство, что передаваемая сигнальная информация может быть искажена в связи с недостаточным качеством используемого канала связи и большим объемом передаваемой информации. Приведенная математическая модель составлена лишь для одного участка сети, без учета структуры построения сети ОКС в целом.

При составлении математической модели были сделаны допущения:

-каналы системы сигнализации находятся в непрерывном использовании по назначению;

-все события происходят в случайные моменты времени;

-закон распределения времени между событиями – экспоненциальный. В модели рассматриваются следующие состояния системы сигнализа-

ции:

И1 – исходное состояние источника сигнальной информации; В, Н – состояния, при которых сигнальная информация (сигнальная

единица) получена без искажений (верно) и с искажением (неверно) соответственно;

ПВ , ПН - состояния передачи сигнала подтверждения верно и неверно принятой сигнальной единицы соответственно;

ЗВ , ЗН - состояния передачи сигнала запроса верно и неверно принятой сигнальной единицы соответственно;

47

И2В , И2Н – состояние выдачи источником следующей сигнальной единицы после верно принятой СЕ и неверно принятой СЕ; в случае И2Н будет наблюдаться выпадение информации (безвозвратная потеря СЕ);

ППВ , ППН – состояние повторной передачи верно и неверно принятой сигнальной единицы соответственно.

Переходы между состояниями характеризуются следующими вероятностями:

-– вероятность искажения сигнальной единицы;

-1 – вероятность того, что сигнальная единица принята без искаже-

ний;

- 1 – вероятность подтверждения верно принятой сигнальной единицы;

-1 – вероятность запроса неверно принятой сигнальной единицы;

-– вероятность трансформации сигнала подтверждения в сигнал за-

проса (ошибка контроля I рода);

- - вероятность трансформации сигнала запроса в сигнал подтверждения (ошибка контроля II рода);

- РППН , РППВ – вероятность повторной передачи верно и неверно принятой сигнальной единицы соответственно, РПП 1;

- РПН , РПВ – вероятность передачи следующей сигнальной единицы при получении подтверждения на верно и неверно принятую СЕ, РП 1 .

Эти вероятности описывают процесс смены состояний. В дальнейшем будем называть их вероятностями прохождений. С помощью этих вероятностей можно исследовать характеристики, описывающие указанные события.

Для вывода формул расчета показателей надежности воспользуемся матричным методом анализа вероятностных систем, предложенным в работе

[16].

Для этого составим полную матрицу вероятностей прохождений в состояния и произведем ее разбиение до 7-го состояния (таблицы 9, 10, 11, 12).

Поскольку входное подмножество U И1 состоит из одного состояния, то относительные частоты состояний множества U в стационарном режиме являются элементами первой строки матрицы относительных частот: