CC BY
57
МЕТОДИКА СИНТЕЗА МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ СВЯЗИ
DOI 10.24411/2072-8735-2018-10254
Журавель Евгений Павлович,
ФГАОУ ВО "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого", г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Ключевые слова: мультисервисная сеть связи, методика структурно-параметрического синтеза, минимальное остовное дерево.
Cформулирован перечень исходных данных, которые целесообразно использовать для построения мультисервисной сети связи с коммутацией пакетов. Мульти-сервисную сеть связи предложено рассматривать как совокупность подсетей, её составляющих, каждая из которых имеет своё функциональное назначение и архитектуру. Для сети доступа, сети агрегации, транспортной сети, сети систем коммутации, сети управления, сети обеспечения функционирования и сети сбора и анализа информации состояния рассмотрены варианты рациональных структур с учетом технических особенностей предоставления инфокоммуникационных услуг и управления ими, использование которых в совокупности позволяет выполнить синтез соответствующих подсетей и их взаимное присоединение или наложение. Рассмотрены рациональные подходы, способы и методы синтеза подсетей мультисервисной сети связи, обладающие требуемыми значениями устойчивости, безопасности и надежности функционирования и сформулированы предложения по их достижению. Предложена методика синтеза мультисервисной сети связи в процессе выполнения которой на основе метода последовательных уступок синтезируются рациональные структуры подсетей её составляющих. Предлагаемая методика решения задачи синтеза МССС как последовательность составляющих ее действий не является строгой, и не определяет непосредственный порядок выполнения этих действий. Вместе с тем, она задаёт возможные направления хода рассуждений для того, чтобы с учетом, в первую очередь, формализуемых и не формализуемых задач, стоящих перед мультисервисной сетью связи, в соответствии с заданными критериями, стало возможным найти осознанное, компромиссное и приемлемое по ряду критериев решение с учётом цены уступок в одних критериях и (или) величины выигрыша за счет этих уступок в других критериях и (или) их соотношения. В дальнейшем, на основе анализа результатов и приобретённого опыта в решении аналогичных задач, данная методика может быть формализована и автоматизирована некими шаблонами с использованием методов представления и использования знаний, методов искусственного интеллекта, методов нечёткой логики или другими методами.
Информация об авторе:
Журавель Евгений Павлович, федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого", доцент высшей школы "Прикладной физики и космических технологий" института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций, к.т.н., г. Санкт-петербург, Россия
Для цитирования:
Журавель Е.П. Методика синтеза мультисервисной сети связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Том 13. №4. С. 4-8. For citation:
Zhuravel Е.Р. The methodic of synthesis of a multiservice communication network. T-Comm, vol. 13, no.4, pр. 4-8. (in Russian)
Основное назначение сети агрегации МССС - прием и передача трафика пользователей от ТКО сети доступа и транспортную сеть, которая может быть собственной и (или) арендованной н характеризоваться весьма малым количеством высокоскоростных портов [5]. В связи с этим, целесообразно выполнение подключения ТКО сети агрегации к ТКО транспортной сети с использованием не менее чем одного, а лучше - двух высокоскоростных подключений {портов) [5] (см. рис. 4).
Рис, 4. Подключение сети агрегации к транспортной cení мультисервисной сети связи
Пропускная способность портов ТКО сети агрегации может находиться в диапазоне от 1 ...10 1'бит/е. В сети управления следует выполнять мониторинг входящег о и исходящего трафика всех (uplink) портов ТКО сети доступа, всех (uplink) портов сети агрегации и, если сеть организационная и техническая возможность, всех портов транспортной сети МССС. В случае достижения средней загрузки порта (uplink) 80% и более ТКО сети доступа и (или) сети агрегации следует повысить пропускную способность данного подключения заменой модулей на более производительные и/или выполнить подключение данного ТКО еще одним портом (uplink) к ТКО сети агрегации и (или) транспортной сети соответственно [3].
Отдельный сложный вопрос построения транспортной сети МССС связан с рядом требований по её устойчивости, безопасности и предоставлению услуг, которые необходимо учитывать в совокупности. Так, в множестве услуг, предоставляемых МССС, имеется услуга передачи видеоинформации, а, в соответствии с рекомендациями RFC 4607,4610 для raulticast-трафика следует предусмотреть два независимых пути его передачи от двух независимых источников посредством TICO в транспортной сети через ТКО сети агрегации до ТКО сети доступа и, при этом, ввиду достаточно высоких требований к пропускной способности, логических циклов и петель при передаче пакетов muí ticast-трафика быть не должно [3] (см. рис. 5).
Для повышения надежности предоставления услуг в сетях доступа, агрегации и транспортной сети МССС следует предусмотреть резервирование взаимосвязей оборудования с использованием схем "кольцо" или "цепочка" и (или) параллельным подключением и др. Требования по безопасности сети доступа, сети агрегации и транспортной сети МССС реализу-
ются подключением её ТКО и СВТ к сети управления, сети обеспечения функционирования и сети сбора и анализа информации состояния, например, ;шя экономии средств, с использованием выделенных подсетей [Р-адресов [6], помещенной в соответствующие выделенные виртуальные сети (vlan) [7].
Методика синтеза мулыисервиеной сети связи
В соответствии с предтоженным в [ I ] методом синтеза МССС, обладающей заданными значениями ее характеристик, выделяем первым по предпочтительности критерий и пусть им будет KF — интегральный показатель результатов функционирования МССС по предоставлению услуг связи пользователям. Тогда, при построении транспортной сети следует учесть требования к услугам передачи видеоинформации (рассмотрены выше) и передачи голосовой информации. Последние заключаются в том, чтобы выполнить выделенные подключения между сетями систем коммутации, предоставляющими услуги голосовой связи, необходимые для того, чтобы обеспечить передачу голосового трафика, обладающего, как и трафик управления ТКО, максимальным приоритетом [4], Для выполнения данных требований целесообразно формирование транспортной сети с не менее чем двумя независимыми остовными деревьями по ребрам, одно из которых минимально 11 ], Для определения фактического значения Кг целесообразно воспользоваться методом имитационного моделирования, для чего необходима информация о частоте и продолжительности неработоспособности ресурсов (воздействий на ресурсы) МССС и, как результат, вероятность и среднее время их не работоспособности. Пусть достигнутое значение Щ составляет требуемое, например, Кг= 0,999. Тогда можно рассчитать значение уступки AKF и перейти к следующему этапу синтеза МССС.
Выберем второй по предпочтительности критерий и пусть им будет KVi - коэффициент готовности /-сети МССС, предоставляющей услуги связи. Исходя из приведенных ранее рассуждений для Kf, отсутствия прямых правил перехода от значения Кп к сетевым структурам и предлагаемого в [8J учета требований надежности в косвенном виде через коэффициент связности точек присутствия оборудования организации связи, количество остовных деревьев, выравнивание мощности сечений, уменьшение диаметра сети и среднего расстояния сети, наличие колец и циклов и др., с использованием предлагаемого в [1] метода выполним поиск ещё не менее одной структуры транспортной сети, минимальной по количеству входящих в неё основных (для которых необходимо синтезировать сеть) и взаимодействующих (для связности) узлов. Добавим найденную структуру в полученное на предыдущем этапе множество узлов и ребер. Вполне возможно, что достаточно большое подмножество узлов и ребер будут совпадать и полученная структура МССС не потребует продолжения синтеза, т.к. в целом удовлетворяет первым двум наиболее предпочтительным критериям из трех.
Тем не менее, продолжим синтез МССС и выберем третий по предпочтительности критерий Q, для выполнения требований которого следует минимизировать количество используемого ТКО, узлов и ребер транспортной сети. Одним из способов минимизации затрат является (пере-) использование существующих линий связи, т.к. их капитальное строительство характеризуется наибольшими затратами времени и ресурсов. Отметим существующие ребра в полученной ранее совокупно-
сти узлов и ребер, выберем те структуры, в которых вхождение уже построенных ребер максимально и именно с них целесообразно начать формирование МССС. Также целесообразно выровнять мощность сечений для результирующей МССС, под которой следует понимать не только непосредственную пропускную способность, но и количество ребер, характеризующих соответствующее сечение. На данном этапе методика синтеза МССС может быть завершена, хотя возможен возврат к предыдущим шагам и итеративное выполнение ряда приведенных ранее действий, направленных на улучшение связности и повышение надежности МССС.
Синтезированная МССС по своей топологии может быть отнесена к многоступенчатым сетям Клоза [9], используемым для коммутации каналов и сообщений. При этом, алгоритмы маршрутизации пакетов мри их использовании в многоступенчатых сетях с топологией Клоза или близкой к таковой становятся весьма сложными как в настройке, так и в функционировании, поскольку должны учитывать постоянные динамические изменения доступности и пропускной способности таких сетей выполнением сбора и анализа в большинстве случаев избыточной информации состояния соответствующих ТКО МССС [6], Для синтезированной МССС представляется целесообразным использование перспективных протоколов маршрутизации, сочетающих в себе особенности Link-State протоколов при передаче полной информации состояния от ТКО сетей доступа к ТКО сетей aipetauHH и транспортной сети [6], а также преимущества Distance-Vector протоколов при получении информации достижимости от ТКО граспортной сети к ТКО сетей агрег ации и ТКО сетей доступа [6]. Одним из таких протоколов является разрабатываемый в настоящее время новый протокол маршрутизации Routing in Fat Trees [ 10].
В условиях деградации пропускной способности МССС для решения задачи предоставления услуг связи высокоприоритетным пользователям, например, специальным высокоприоритетным абонентам - юридическим лицам, целесообразно для услуги передачи данных уменьшать предоставляемую скорость или отключать некоторые менее предпочтительные услуги менее приоритетным пользователям, например, абонентам - физическим лицам. Для этого, с использованием сети управления целесообразно выполнять реаутенти-фикацию и (или) реавторизацию пользователя или, если телематическая служба, предоставляющая соответствующую услугу, не поддерживает эти действия, то останавливать и вновь запускать данную службу. Если необходимо быстрое отключение всех услуг определенному подмножеству пользователей, например, при выявлении специальных программных или специальных программно-технических воздействий на МССС, приведенных в [11], то, с использованием сети управления возможно логическое отключение поргов ТКО сети доступа и (или) сети агрегации, к которым подключены СВТ с которых оказывается деструктивные воздействия.
Оценка качества методики синтеза МССС
Предлагаемая методика решения задачи синтеза МССС как последовательность составляющих ее действий не является строгой, и не определяет непосредственный порядок выполнения этих действий. Вместе с тем, она задаёт возможные направления хола рассуждений для того, чтобы с учетом, в первую очередь, формализуемых и не формализуемых задач,
стоящих перед МССС, в соответствии с заданными критериями, стало возможным найти осознанное, компромиссное и приемлемое по ряду критериев решение с учётом цены уступок в одних критериях и (или) величины выигрыша за счет этих уступок в других критериях и (или) их соотношения. Поиск и нахождение решения задачи синтеза МССС с использованием предлагаемой методики становится возможным с использованием неформального и (или) творческого потенциала человека, как лица, принимающего решения. В дальнейшем, на основе анализа результатов и приобретённого опыта в решении аналогичных или сходных задач, данная методика может быть формализована и автоматизирована некими шаблонами с использованием методов представления и использования знаний, методов искусственного интеллекта, методов нечёткой логики или другими методами.
Заключение
Полученное предлагаемой методикой решение обобщённой задачи структурно-параметрического синтеза МССС не будет являться строго оптимальным. Вместе с тем, можно утверждать, что найденное предлагаемой методикой решение будет принадлежать к области полоптимальных и (или) околооптимальных решений, поскольку учитывает ряд формализуемых и не формализуемых требований к функционированию МССС [I], а также может быть получено за приемлемое, например, по сравнению с методом полного перебора, время и с учётом величин выполняемых в ходе решения уступок и (или) получаемых за счет выполненных уступок выигрышей и (или) их соотношения.
Литература
1. Журавель ЕМ. Метод синтеза мультисервисной сети связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. № 10. С. 4-9.
2. Журавель ЕЛ. Способ зашиты ресурсов мультисервисной сети СВЯЗИ / Юбилейная X Санкт-Петербургская межрегиональная конференция "Информационная безопасность регионов России", СПОИСУ. 2017. С. 175-177.
3. Sanchez-Monge A., Szarkowicz К. MPLS in the SDN era - Sebastopol. CA, USA: O'Reilly, 2016. 893 p,
4. Design guide for the cisco unified videoconferencing solution using desktop component release 5,6: [сайт]. [2009]. URL.: http://www.cisco.c0m/c/en/us/1d/docs/video/cuvc/design/guides/d esktop/5_6/design_guide_wrapper.pdf {дата обращения: I 5.1 1.201 8)
5. Petersen R Hardware-defined networking. Modem netwoiking from a hardware perspective, USA.: Juniper Networks, Inc., 2017. 352 p.
6. Southwick P. Marschke D.. Reynolds H. J unos enterprise routing, second edition- Sebastopol, CA. USA.: O'Reilly. 2011. 768 p,
7. Reynolds H.. Marschke D. Junos enterprise switching - Sebastopol, CA, USA.: O'Reilly, 2009. 752 p.
8. Лебедев А. Т.. Бабкин A.B., Муравцов A.A. Многокритериальный синтез топологической структуры региональной транспортной сети связи // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2008. № 3. С. 12-17.
9. Clos С. Study of non-blocking switching networks. Bell systems technical journal. Vol. 32, issue 2, Mar. 1953, pp. 406-424,
10. Проект запроса комментариев Routing in Fat Trees международной экспертной группы технического инжиниринга сети Интернет: [сайт]. [2018]. URL: https://tools.ietf.org/id/drafi-ietf-rift-riU-03.txt (дата обращения: 15.01.2019).
I \ . Журавель Е.П.. Журавель П.Н. Модели воздействий на ресурсы мультисервисной сети связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 1 !, № 4. С. 26-33.
THE METHODIC OF SYNTHESIS OF A MULTISERVICE COMMUNICATION NETWORK
Evgeny P. Zhuravel,
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia, [email protected]
Abstract
In article the list of basic data which are reasonable for using for creation of a multiservice communication network packet switched is formulated. It is offered to consider a multiservice communication network as set of the subnets making it, each of which has the functional purpose and architecture. For an access network, network of aggregation, a transport network, network of switching systems, network of management, network of ensuring functioning and network of collecting and information analysis of a status options of rational structures taking into account technical features of providing infocommunication services and management are considered by them which use in total allows to execute synthesis of the corresponding subnets and their mutual accession or imposing. The rational approaches, ways and methods of synthesis of subnets of a multiservice communication network having required values of stability, safety and reliability of functioning are considered and sentences on their achievement are formulated. The technique of synthesis of a multiservice communication network in the course of execution of which on the basis of a method of consecutive concessions is offered rational structures of subnets of its components are synthesized. The offered technique of a solution of a problem of synthesis of MCCC as the sequence of the actions making it is not strict, and does not define a direct execution order of these actions. At the same time, it sets the possible directions of a chain of reasoning in order that taking into account, first of all, the formalized and not for-malizable tasks facing a multiservice communication network according to the set criteria, became possible to find the conscious, compromise and acceptable by a number of criteria solution taking into account the price of concessions in some criteria and (or) prize values at the expense of these concessions in other criteria and (or) their ratios. Further, on the basis of the analysis of results and the gained experience in a solution of similar tasks, this technique can be formalized and automated by certain templates with use of methods of representation and knowledge deployment, methods of artificial intelligence, methods of a fuzzy logic or other methods.
Keywords: multiservice communication network, methodic of structural and parametric synthesis, minimum spanning tree.
References
1. Zhuravel E. (2018). The method of synthesis of a multiservice communication network // T-Comm, vol. 12, no. 10, pp. 4-9. (in Russian)
2. Zhuravel E. (2017). The way of resource protection of a multiservice communication network // Anniversary X St. Petersburg interregional conference "Information security of regions of Russia", SPOISU, pp. 175-177. (in Russian)
3. Sanchez-Monge A. & Szarkowicz K. (2016). MPLS in the SDN era. Sebastopol, CA, USA. O'Reilly. 893 p.
4. Design guide for the cisco unified videoconferencing solution using desktop component release 5.6, viewed 15 November 2018, http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/video/cuvc/design/guides/desktop/5_6/design_guide_wrapper.pdf.
5. Petersen B. (2017). Hardware-defined networking. Modern networking from a hardware perspective. USA. Juniper Networks, Inc. 352 p.
6. Southwick P. & Marschke D. & Reynolds H. (2011). Junos enterprise routing, second edition. Sebastopol, CA, USA. O'Reilly. 768 p.
7. Reynolds H. & Marschke D. (2009). Junos enterprise switching. Sebastopol, CA, USA. O'Reilly. 752 p.
8. Lebedev A. & Babkin A. & Muravtsov A. (2008). Multicriteria synthesis of topological structure of a regional transport network of communication. Scientific and technical bulletin of the St. Petersburg state polytechnical university, no. 3. pp. 12-17. (in Russian)
9. Clos C. Study of non-blocking switching networks. (1953). Bell systems technical journal, Vol. 32, Issue 2, Mar., pp. 406-424.
10. Internet-Draft Routing in Fat Trees, The Internet Engineering Task Force, viewed 15 January 2019, https://tools.ietf.org/id/draft-ietf-rift-rift-03.txt.
1 1. Zhuravel E. & Zhuravel P. (2017). The models of impacts on resources of a multiservice communication network // T-Comm, vol. 11. no. 4. pp. 26-33. (in Russian)
Information about author:
Evgeny P. Zhuravel, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, assistant professor "Higher School Applied Physics and Space Technologies" of institute of physics, nanotechnologies and telecommunications, PhD, St. Petersburg, Russia
