CC BY
43
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ В УСЛОВИЯХ ЧС
Козаченко Юрий Михайлович,
ФГУП ЦНИИС, Москва, Россия, [email protected]
Патрина Надежда Сергеевна,
ФГУП ЦНИИС, Москва, Россия
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация, основное направление связи, приоритетный пользователь, дестабилизирующий фактор, связность, надёжность, живучесть, устойчивость, работоспособность, коэффициент готовности, экспертная оценка, дельфийский метод, паспорт безопасности.
Последние десятилетия характеризуются значительным ростом числа природных и техногенных катастроф, которые зачастую сопровождаются гибелью людей и огромными материальными потерями. По данным МЧС [1] на территории РФ число природных катастроф ежегодно возрастает на 4%, а число материальных потерь от них - на 10,4%. При возникновении чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера ряд государственных организаций проводят неотложные мероприятия по ликвидации последствий ЧС, включая спасение людей и материальных ценностей, оказание помощи пострадавшим, охрану правопорядка, обеспечение безопасности и обороноспособности страны, а также осуществляют государственное управление.
Проведение вышеуказанных мероприятий невозможно без надёжной и бесперебойной связи. Именно связь создаёт необходимые условия, которые нужны для успешного проведения поисково-спасателных работ и других неотложных мероприятий в зоне действия поражающих факторов. Поэтому одной из важнейших задач является прогнозирование уровня устойчивости сети связи в условиях воздействия на сетевую инфраструктуру различных дестабилизирующих факторов природного и техногенного характера.
Настоящая статья посвящается методологическому обеспечению определения уровня устойчивости транспортных сетей связи, ресурсы которых в условиях ЧС используются для передачи трафика приоритетных пользователей.
Информация об авторах:
Козаченко Юрий Михайлович, начальник научного отдела, ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт связи", Москва, Россия,
Патрина Надежда Сергеевна, ведущий инженер, ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт связи", Москва, Россия
Для цитирования:
Козаченко Ю.М., Патрина Н.С. Методическое обеспечение устойчивого функционирования сетей связи в условиях ЧС // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №9. С. 26-30.
For citation:
Kozachenko Yu.M., Patrina N.S. (2017). Methodological support of sustainable operation of communication networks in emergency situations. T-Comm, vol. 11, no.9, pp. 26-30. (in Russian)
В настоящей статье рассматриваются сети связи, входящие в состав сети связи общего пользования* ресурсы пропускной способности которых в настоящее время используются для пропуска графика приоритетных пользователей, а также те сети связи, ресурсы пропускной способности которых в условиях чрезвычайной ситуации (далее - ЧС) могут использоваться для создания резервных маршрутов в обход повреждённых участков основных направлений связи.
В сетях связи, в которых арендуются каналы и тракты в интересах приоритетных пользователей, формируются так называемые основные направления связи.
Основные направления связи представляют собой совокупность линий передачи и узлов связи, обеспечивающих передачу трафика приоритет ных пользователей.
В соответствии с Постановлением 11равительства РФ от 3 1.12.2004 г. № 895 [2] К приоритетным пользователям относятся: Министерство обороны Российской Федерации, Министерство внутренних дел Российской Федерации, Министерство Российской Федерации но делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, Федеральная служба безопасности Российской Федерации, Федеральная служба охраны Российской Федерации, Служба внешней разведки Российской Федерации, Министерство юстиции Российской Федерации, находящиеся в их ведении службы и агентства* а также координационные органы всех уровней единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
В условиях ЧС, когда на сеть связи могут воздействовать самые различные дестабилизирующие факторы, критически важно сохранить связность на основных направлениях связи и обеспечить бесперебойную передачу трафика приоритетных пользователей.
Актуальность этой задачи обусловлена тем, что именно в условиях ЧС приоритетными пользователями выполняются неотложные задачи по спасению людей и материальных ценностей. Также в условиях ЧС приоритетные пользователи должны обеспечивать охрану правопорядка, поддерживать на необходимом уровне безопасность и обороноспособность страны, осуществлять государственное управление,
Дтя выполнения всех тптх функций нужна надёжная и бесперебойная связь.
Существующие требования к уровню устойчивости основных направлений связи установлены в 2008 ¡. в ГОСТе «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования. Методы проверки.» [3].
Данный документ содержит методологию расчёта показателей надёжности и живучести основных направлений связи, а также требования к показателям устойчивости основных направлений связи при различных уровнях внешних дестаби лизнру ющих воздействий,
Однако в указанном документе отсутствует какая-либо информация о том, как определить вероятность сохранения работоспособности сетевых элементов, которые попали в зону воздействия внешних дестабилизирующих факторов природного или техногенного характера. Без этих данных, которые характеризуют живучесть сетевых элементов, невозможно произвести расчет показателей устойчивости основных направлений связи, и следовательно произвести оценку уровня их устойчивости. Информации о способах
получения таких данных нет ни в научной литературе, ни в каких-либо нормативных документах РФ. Эта позволяет сделать вывод о том, что в настоящее время не существует формализованного метода, опирающегося на математическую модель, при помощи которого можно было бы осуществить оценку вероятности сохранения работоспособности сетевых элементов в условиях воздействия на них внешних дестабилизирующих факторов.
Для решения этой проблемы предлагается методика оценки уровня устойчивости основных направлений связи (далее - Методика), в которой для определения вероятности сохранения работоспособности сетевых элементов непользуется метод экспертной оценки.
Цель этой Методики, с одной стороны, предложить метод определения уровня устойчивости основных направлений связи в условиях ЧС природного и техногенного характера, который может быть реализовав на практике, а с другой стороны, дать механизм для определения гех се гей связи других операторов, ресурсы пропускной способности которых целесообразно было бы использовать в условиях ЧС для резервирования повреждённых участков основных направлений связи, то есть определить те сети связи, показатели структурной надёжности и живучести которых отвечают заданным требованиям к вероя тности связности основных направлений связи в условиях ЧС природного и техногенного характера.
В качестве природных и техногенных факторов в Методике предлагается рассматривать только те опасные природные явления и техногенные ЧС [4, 5], которые могут оказывать разрушающей воздействие па элементы сети связи или оказывать опасное воздействие на персонал узлов связи.
В число таких природных явлений, в первую очередь, входят:
геологические опасные явления, включая землетрясения, извержения вулканов оползни, обвалы;
гидрологические опасные явления, включая наводнения, цунами, сели, лавины;
метеорологические опасные явления, включая вихри, ураганы, штормы, смерчи, шквалы, грозы);
природные пожары, включая лесные, степные, торфяные,
В число техногенных ЧС входят;
- промышленные аварии и катастроф],!, связанные, в первую очередь, с радиационным, химическим и биологическим загрязнением местности:
пожары и взрывы, связанные с производством, хранением и транспортировкой легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ;
опасные происшествия на транспорте, включая крушение поездов, аварии на дорогах, авиакатастрофы, аварии на газо- и нефтепроводах.
Действие этих источников ЧС может вызывать отказы оборудования узлов и линий связи, а при масштабном воздействии может привести к потере связности на основных направлениях связи.
Предлагаемая Методика предусматривает прогнозирование возможного ущерба, наносимого телекоммуникационной инфраструктуре вышеприведёнными источниками природных и техногенных ЧС. Это, в свою очередь, даёт возможность операторам связи вовремя принять превентивные
T-Comm Vol.11. #9-2017
меры по снижению рисков нарушения связности па основных направлениях связи.
Данная Методика ориентирована на использование в тех сетях магистрального, регионального и местного уровня, каналы и тракты которых арендуются приоритетными пользователями или используются для резервирования основных направлений связи.
Для обеспечения связности в условиях возможных масштабных разрушений телекоммуникационной инфраструктуры основных направлении связи (когда нарушение связности неизбежно или имеет высокую вероятность) необходимо создание обходных резервных маршрутов по сетям связи других операторов.
Учитывая необходимость создания таких маршрутов, в Методике предлагается предусмотреть определение уровня устойчивости тех сетей связи, ресурсы пропускной способности которых могут в условиях ЧС использоваться для резервирования повреждённых участков основных направлении связи.
Ключевой проблемой определения уровня устойчивости сети связи является определение вероятности того, что сетевой элемент, находящийся в зоне ЧС, при воздействии различных дестабилизирующих факторов, сохранит свою работоспособность.
Однако, как эти было показано выше, в настоящее время не существует стандартных формализованных методов определения вероятности сохранения работоспособности сетевых элементов в условиях воздействия на них внешних дестабилизирующих факторов природного или техногенного характера (например, методов, основанных на экстраполяции или моделировании с использованием математико-статиетических моделей).
В этом случае единственным выходом из положения является использование методов экспертной оценки событий.
Для получения численной оценки вероятности сохранения работоспособности сетевыми элементами в условиях ЧС предлагается использовать дельфийский м е год ко л л екти в-пон экспертной оценки [6, 7].
При этом в целях получения исходных данных, необходимых для проведения экспертной оценки, предлагается использовать данные паспортов безопасности территорий субъектов Российской Федерации и муниципальных образовании, разработанных органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органами местного самоуправления муниципальных образований и населенных пунктов в соответствии с Приказом МЧС РФ от 25.10.2004 т. № 484 [81 В паспорте безопасности территории приводятся: характеристика расположенных на ней опасных объектов, а также показатели риска природных и техногенных чрезвычайных ситуаций.
Процедура экспертной оценки включает в себя:
определение перечня внешних дестабилизирующих факторов, которые могут привести к нарушению работоспособности сетевых элементов, используемых в основных направлениях связи;
определение перечня сетевых элементов, которые могут попасть в зону поражения;
определение вероятности сохранения работоспособности сетевых элементов при различной интенсивности внешних воздействий.
Для решения этих задач на основе дельфийского метода предлагается создание двух групп специалистов в области связи - рабочей группы и группы независимых экспертов.
Рабочая группа осуществляет анализ данных паспортов безопасности и анализ телекоммуникационной инфраструктуры основных направлений связи. На основе этих данных составляются анкеты для опроса независимых экспертов. Эксперты для каждого сетевого элемента определяют весовой коэффициент, который отражает вероятность сохранения работоспособности сетевого элемента в условиях конкретного вида ЧС.
Рабочая группа производит статистическую обработку данных, полученных от экспертов, и при определённых условиях повторяет опрос экспертов, пока не будет получено некоторое согласованное мнение экспертов.
Учитывая, что устойчивость сети связи представляет собой совокупность свойств её надёжности и живучести, в Методике предлагается следующая последовательность действий при оценке уровня устойчивости основных направлений связи:
1) расчёт показателей надёжности сетевых элементов, используемых в основном направлении связи;
2) расчет показателя надёжности основных направлений связи;
3) определение вероятности сохранения работоспособности сетевых элементов в условиях внешних воздействий различной интенсивности, т.е. показателя живучести;
4) расчет показателей устойчивости этих сетевых элементов;
5) расчёт вероятности связности основных направлений связи, предст авляющую собой показат ель устойчивости.
Расчёт показателей надёжности и живучести, предложенный в Методике, базируется на методе, описанном в ГОСТ Р 53111-2008 [5].
Для проведения расчета применяется способ формального описания структуры сети связи в виде графа и построение структурной схемы надёжности для основного направления связи, когда на графе задаётся двухполюсная сеть связи, обеспечивающая передачу информации между двумя узлами сети.
В качестве показателя надёжности используется коэффициент готовности, а в качестве показателя устойчивости — коэффициент оперативной готовности.
Определение вероятности связности основного направления связи осуществляется классическим методом оценки надежности последовательно-параллельных структур с применением способа исключения многократного учета коэффициента готовности (оперативной готовности) одного и того же сетевого элемента.
В качестве показателя устойчивости основного направления связи, используется коэффициент оперативной готовности двухполюсной сети связи, т.е. вероятность связности двухполюсной сети связи в условиях ЧС природного и техногенного характера, которая определяется но формуле:
Ксгу = 1 -
-щ-п
Ра(Т) * Кг а
где Ко г,у - коэффициент оперативной готовности основного направления связи между узлами V, и \у,
Т-Сотт Том 11. #9-2017
Кг„ - коэффициент готовности и-го элемента, принадлежащего пути го есть вероятности исправности этого элемента;
- к-я простая пепь, принадлежащая множеству ту;
т-д - заданное множество простых цепей (д^, между узлами V, и »'у;
Р*,(Т) - вероятность сохранения работоспособности ц-го
элемента принадлежащего пути ^^ при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.
Значение Р(1(Т) определяется посредством экспертной оценки вероятности сохранения работоспособности элементов сети связи в условиях ЧС природного и техногенного характера.
Если разные простые Цепи, принадлежащие множеству Мф взаимозависимы, то есть имеют общие ребра п узлы, то рассмотрение этих цегтен как работающих параллельно даст завышенный результат вероятности связности. Для получения действительного результата в расчетной формуле после раскрытия скобок все показатели степени больше единицы следует заменить на единицу, что соответствует исключению события многократного учета коэффициента готовности одной и той же линии или узла.
Заключение
Предложен метод определения уровня устойчивости сетей связи, ресурсы пропускной способности которых используются для передачи трафика приоритетных пользователей, а также тех сетей связи, ресурсы пропускной способности которых целесообразно использовать в условиях ЧС для резервирования повреждённых участков основных направлений связи.
Метод определения уровня устойчивости основан на определении показателей надёжности и живучести сетевых элементов, а также основных направлений связи, в состав которых входят данные сетевые элементы.
Показатели надёжности и живучести определяются путём вычисления коэффициентов готовности и оперативной готовности сетевых элементов, а также вычисления коэффициентов готовности и оперативной готовности основных направлений связи. Вычисления осуществляются классическим методом оценки надежности последовательно-параллельных структур с применением способа исключения многократного учета коэффициента готовности (оперативной готовности) одного и того же сетевого элемента.
Установлено, что в настоящее время не существует стандартных формализованных методов определения живучести сетевых элементов (вероятности сохранения их работоспособности в условиях внешних воздействий дестабилизирующих факторов), опирающихся на точные математические модели.
Е* условиях, когда вероятность сохранения работоспособности сетевого элемента в ЧС (его живучесть) невозможно определить стандартными формализованными методами, предлагается использовать методы прогнозирования, основанные на методе коллективных экспертных оценок.
В качестве метода коллективной экспертной оценки предложен дельфийский метод, в котором надёжность экспертных оценок базируется на предположении, что в случае получения близких результатов независимых экспертов конечный (средний) результат близок к истине.
Предложенный метод прогнозирования позволяет заранее определить уязвимости в тех сетях связи, ресурсы пропускной способности которых используются приоритетными пользователями. Это позволяет операторам связи заранее принять превентивные меры по повышению катастрофо-уетойчивости инфраструктуры основных направлений связи.
Там, где существует вероятность масштабных катастроф, неизбежно приводящих к нарушению связности на основных направлениях связи, целесообразно заранее подготовить обходные резервные маршруты, проложенные по сетям связи других операторов. Поэтому в статье предлагается определять также и уровень устойчивос ти тех сетей связи, ресурсы пропускной способности которых могут в условиях ЧС использоваться для резервирования повреждённых участков основных направлений связи.
Литература
! МЧС: число опасных природных бедствий в мире ежегодно возрастает на 4% - [Электронный ресурс| - Режим доступа -Ытрэ:/Ма,гц&ос 1е1у/2№ 1009Л299343545.ЬЦя! (дата обращения -12.04.2017).
2 Постановление Правительства РФ от 31.12.2004 г, № 895 «Об утверждении Положения о приоритетном использовании, а также приостановлении ИЛИ ограничении использования любых сетей связи и средств связи во время чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»
3 ГОСТ Р 53111-2008 Устойчивость функционирования септ связи обшего пользования. Требования и методы проверки.
4 ГОСТ Р 22.0.03-95 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Природные чрезвычайные ситуации. Термины и определен и я.
5 ГОСТ 22.0.05-97/ГОСТР 22.0.05-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации-Термины и определения,
6 Орлов Л И. Теория принятия решений; Учебное пособие Мл Март. 2004. 656 с.
7 Метод «Дельфин как метод оценки уровня риска - [Электронный ресурс] - Режим доступа - Ьнр://кШ(1орес1!а.т/ !4_68475_те1ой^е11т-как-тс(ос1-о15спк|-11гоупуа-п5ка,111т1 (дата обращения -25.04.2017).
8 Приказ МЧС РФ от 25.10.2004 г. № 484 «Об утверждении г и нового паспорта безопасности территорий субъектов Российской Федерации н муниципальных образовании».
Т-Сотт Vol.ll. #9-2017
COMMUNICATIONS
METHODOLOGICAL SUPPORT OF SUSTAINABLE OPERATION OF COMMUNICATION NETWORKS IN EMERGENCY SITUATIONS
Yuri M. Kozachenko, FSUE ZNIIS, Moscow, Russia, [email protected]
Nadezhda S. Patrina, FSUE ZNIIS, Moscow, Russia
Abstract
The last decades are characterized by a significant increase in the number of natural and man-made disasters, which are often accompanied by loss of lives and huge material losses. According to the MCHS [1] the number of natural disasters in the Russian Federation annually increases by 4%, and the number of material losses from them - by 10.4%.
In the event of emergencies (natural and man-made) a number of state organizations carry out urgent measures to eliminate the consequences of emergency situations, including saving people and property, providing assistance to the victims, protecting the rule of law, ensuring the security and defense capability of the country, and also carry out state management.
Carrying out the above measures is impossible without reliable and uninterrupted communication. It is the communication that creates the necessary conditions that are necessary for the successful conduct of search and rescue operations and other urgent measures in the zone of effect of the damaging factors. Therefore, one of the most important tasks is to predict the level of stability of the communication network under the impact on the network infrastructure of various destabilizing factors of natural and man-made nature. This article is devoted to methodological support for determining the level of stability of transport communication networks, whose resources in conditions of emergency are used to transmit priority users traffic.
Keywords: emergency situation, the main direction of communication, priority user, destabilizing factor, connectivity, reliability, survivability, sustainability, operability, availability ratio, expert evaluation, the Delphi method, safety data sheets.
References
1. MCHS: the number of dangerous natural disasters in the world increases annually by 4% [Electronic resource] - Access mode - https://ria.ru/socie-ty/20l5l009/l299343545.html (date of access - 12.04.2017). (In Russian)
2. Resolution of the Government of the Russian Federation of 31.12.2004 № 895 "On approval of the Regulation on priority use, as well as suspension or restriction of the use of any communication networks and communication facilities during emergency situations of natural and man-made nature"
3. GOST R 53111-2008 Stability of functioning of the public communications network. Requirements and check methods. (In Russian)
4. GOST R 22.0.03-95 Safety in emergencies. Natural emergencies. Terms and definitions. (In Russian)
5. GOST 22.0.05-97/r0CT P 22.0.05-94. Safety in emergencies. Technogenic emergencies. Terms and definitions. (In Russian)
6. Orlov A. I. (2004). Theory of decision making: Tutorial. M.: Mart. 656 p. (In Russian)
7. The "Delphi" method as a method of assessing the level of risk - [Electronic resource] - Access mode - http://studopedia.ru/l4_68475_metod-delfi-kak-metod-otsenki-urovnya-riska.html (date of access - 25.04.2017). (In Russian)
8. The order of the Ministry of Emergency Measures of the Russian Federation of 25.10.2004 № 484 "On the approval of the standard safety data sheet for the territories of Subjects of the Russian Federation and municipal formations". (In Russian)
Information about authors:
Yuri Kozachenko, FSUE ZNIIS, head of scientific department, Moscow, Russia Nadezhda Patrina, FSUE ZNIIS, lead engineer, Moscow, Russia
