Основы построения и функционирования идентификационной системы сетевых элементов единой сети электросвязи российской федерации

На правах рукописи

МАРДЕР НАУМ СЕМЕНОВИЧ

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

СЕТЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ЕДИНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Специальность: 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва

Работа выполнена на кафедре «Инфокоммуникаций» ИПК ГОУ ВПО «Московский технический университет связи и информатики»

Официальные оппоненты:

– доктор технических наук

Иванов Александр Анатольевич

– доктор технических наук

Тамм Юрий Александрович

– доктор технических наук

Соколов Николай Александрович

Ведущая организация – ФГУП «Ленинградский отраслевой научно-

исследовательский институт связи»

Защита состоится "___"__________2008 г. в _____час. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДС 451.001.01 при ЗАО “МНИТИ” (Московский научно-исследовательский телевизионный институт) по адресу: 105094, г. Москва, ул. Гольяновская, д. 7а, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МНИТИ.

Автореферат разослан "___"_______________2008 г.

Ученый секретарь Совета по защите А.Г.Барсуков

докторских и кандидатских диссертаций

ДС 451.001.01, к.т.н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время в Российской Федерации происходит интенсивное развитие национальной телекоммуникационно-информационной инфраструктуры. Её основу составляет единая сеть электросвязи (ЕСЭ) России. Условия функционирования ЕСЭ России порождают ряд проблем технического, организационного, экономического, правового характера, для решения которых требуется создание определенных теоретических предпосылок. В числе приоритетных необходимо выделить проблемы, связанные с функционированием ЕСЭ как большой и сложной системы, состоящей, в свою очередь, из отдельных систем и подсистем.

Важное место в структуре ЕСЭ России занимают системы технической эксплуатации и оперативного управления сетями электросвязи. В этих системах особое значение принадлежит сетевым элементам (СЭ), образующим структуру сетей электросвязи. Под «сетевым элементом» в диссертационной работе понимается автономный физический или логический объект, который поддерживает функции передачи, мультиплексирования, кроссконекции, регенерации и другие на «нулевом» и «физическом» уровнях эталонной модели OSI.

Значительное количество используемых СЭ в сетях связи диктует необходимость создания их идентификационной системы. В соответствии с Федеральным законом «О связи» идентификационная система СЭ есть система их нумерации. Равнозначность понятий «идентификационная система СЭ» и «система нумерации СЭ» позволила в дальнейшем использовать в диссертационной работе преимущественно последний термин, имея в виду, что он является предпочтительным и широко распространенным в действующей законодательной и нормативной базе отрасли «связь».

Система нумерации сетевых элементов должна устанавливать требования к структуре и содержанию номера СЭ, а также определять порядок присвоения номера сетевому элементу, порядок доступа к ресурсам нумерации, их хранения и использования как общенационального информационного ресурса.

Широко известны отраслевые научные исследования, связанные с нумерацией служб электросвязи общего пользования. По результатам этих исследований МСЭ-Т был принят ряд Рекомендаций, касающихся вопросов нумерации в телефонных сетях (Рекомендации серии Е), в телеграфных сетях и сетях передачи данных (Рекомендации серий F и Х), в сетях сухопутной подвижной радиосвязи (Рекомендации серии Е). На базе этих документов в Российской Федерации были проведены научные исследования и созданы национальные системы нумерации служб электросвязи общего пользования, в разработке которых диссертант принимал непосредственное участие.

Другим важнейшим направлением научных исследований в области нумерации телекоммуникационных сетей стало создание системы нумерации для сети сигнализации ОКС-7. Результаты этих исследований отражены в Рекомендациях МСЭ-Т серии Q. В Российской Федерации под руководством соискателя в середине 90-х годов прошлого века была создана национальная система нумерации, учитывающая международные рекомендации и особенности сетей электросвязи России.

Для всемирной компьютерной сети Интернет, функционирующей на базе протокола TCP/IP, была создана система нумерации, базирующаяся на цифровой нумерации (или как принято выражаться применительно к этой сети - адресации) хостов, а также нумерация по системе доменных имен.

Отметим, что эти исследования и принятые решения не могут быть применены для нумерации СЭ, но полезны для методологии создания и внедрения системы нумерации СЭ.

В научно-технической литературе вопросам нумерации СЭ уделено незначительное внимание (это видно из представленного в диссертационной работе библиографического списка) и, как следствие, отсутствуют специализированные инструментальные средства разработки такой системы нумерации. Известный опыт нумерации СЭ в разных странах показывает, что существует множество частных решений, ориентированных на ограниченную номенклатуру СЭ.

В условиях отсутствия в настоящее время решений по нумерации СЭ в российской национальной системе нумерации операторы связи действуют по принципу «ad hoc», что при многообразии и многочисленности сетей электросвязи существенно затрудняет процесс их взаимодействия. Попытки интуитивного выбора варианта нумерации ведут к существенным потерям на этапе эксплуатации и большим затратам на доработку аппаратно-программных комплексов.

Решение проблемы нумерации СЭ в масштабах страны осложняется также неоднородным технологическим уровнем сетей электросвязи различных операторов связи. Высокая динамика изменения состояний сетей при различных способах нумерации СЭ не позволяет обеспечить оперативное взаимодействие служб технической эксплуатации и взаимный обмен информацией между операторами о происходящих изменениях. Затруднено (а во многих случаях невозможно) управление в реальном масштабе времени сетями электросвязи, в том числе, при переходе к централизованному управлению в случаях, предусмотренных законодательством Российской Федерации. Из-за различий в нумерации СЭ оказывается неприемлемым использование геоинформационных технологий, которые важны при применении мобильных средств связи или при разворачивании полевых систем связи, что имеет особое значение для систем связи Вооруженных Сил и других систем специального назначения.

Применяемые в различных сетях электросвязи системы управления ориентированы на конкретного поставщика и на определенный тип оборудования, в котором производитель задает собственный формат нумерации.

Различие в нумерации СЭ различных сетей электросвязи существенно осложняет применение математических методов оптимизации схем построения сетей электросвязи, в том числе, в случаях их оперативной перестройки в интересах обороны, безопасности и правопорядка как на территории всей страны, так и в отдельных регионах.

Таким образом, проблема создания и эффективного функционирования идентификационной системы СЭ является актуальной и важной народно-хозяйственной задачей, реализация которой обеспечивает значительный вклад в развитие экономики страны и повышение её обороноспособности.

Отметим, что проблемы нумерации элементов сетей характерны не только для телекоммуникаций, но и для других видов сетей. Например, в электроэнергетике Российской Федерации в последние годы также возникла проблема классификации и нумерации объектов предметной области.

Целью исследования является разработка для практического применения идентификационной системы сетевых элементов единой сети электросвязи Российской Федерации.

Предмет исследования – методология построения системы нумерации сетевых элементов, предназначенной для формирования единого телекоммуникационного пространства страны.

Объект исследования – ЕСЭ России, включающая в себя сети связи, образующие сеть связи общего пользования; выделенные сети связи; технологические сети связи, присоединенные к сети связи общего пользования; сети связи специального назначения и другие сети связи для передачи информации при помощи электромагнитных систем.

Методы исследования, примененные автором, базируются на положениях теории системного анализа. В диссертационной работе применены также методы исследования и оптимизации сложных систем, распределения ресурсов в информационных системах, представления и анализа теории графов, теории сетей связи, теории множеств, теории логического проектирования баз данных, экспертных оценок.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели представлялось целесообразным сформулировать и решить следующие задачи:

- осуществить систематизированный анализ типов сетевых элементов ЕСЭ России и систем, обеспечивающих поддержание процессов взаимодействия сетей электросвязи, технической эксплуатации, оперативного управления, перестройки сетей, и выявить существенные факторы, которые необходимо учитывать при создании системы нумерации СЭ;

- разработать и научно обосновать единый методологический подход к формированию номера СЭ, универсального для всех сетей электросвязи;

- на основе этого подхода с учетом выявленных на этапе анализа факторов разработать принципы построения системы нумерации;

- разработать систему классификации СЭ;

- разработать и проанализировать основные положения функционирования системы нумерации, включая вопросы создания базы данных сетевых элементов;

-обобщить теоретические результаты исследований и разработать практические решения по использованию в сетях электросвязи Российской Федерации полученных результатов.

Научная новизна диссертационного исследования, изложенного в опубликованных автором материалах, состоит в следующем:

1. Впервые сформулирован методологический подход к формированию совокупности множества типов сетевых элементов ЕСЭ России. Предложенный подход учитывает различные факторы функционирования и взаимодействия сетей электросвязи, применяемые технологии, методы технической эксплуатации и управления сетями электросвязи, атрибуты, которые описывают характеристики СЭ, а также вопросы перестройки сетей для работы в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени.
2. На основе методов систематики в отсутствии общей системы классификации ЕСЭ России впервые разработана система классификации СЭ, которая также может лечь в основу общеотраслевой системы классификации. Разработан алгоритм классификации.
3. Разработан единый методологический подход к формированию номера СЭ как унифицированного номера (УН) для любых сетей электросвязи. Введено представление структуры номера в виде 3-х частей: общедоступной, ограниченного доступа, операторского доступа.
4. Разработана методология создания системы нумерации сетевых элементов ЕСЭ России. Предложено и обосновано присвоение УН всем СЭ, независимо от вида сети электросвязи (включая сети связи специального назначения и сети распространения программ телевидения и радиовещания). Определено содержание номера для различных сетевых элементов и разработаны алгоритмы присвоения номера.
5. Разработаны концептуальные положения организации и функционирования базы данных СЭ. В качестве архитектуры построения базы данных предложена архитектура распределенной системы. Определены условия функционирования такой базы, разработана концепция политики её информационной безопасности. Доказана необходимость использования в СУБД объектно-реляционной модели.
6. Обосновано предложение по использованию сети сигнализации ОКС-7 в качестве сети передачи информации о номерах СЭ между различными операторами связи и системами управления сетями электросвязи. Доказано, что указанное предложение обеспечивает выполнение требований, связанных с передачей номерной информацией, и не ухудшает условия функционирования сети ОКС-7.
7. Предложен механизм создания и организации функционирования новой системы нумерации СЭ в сетях связи России. Разработана технология применения системы нумерации, сформулированы основные положения системной интеграции её создания и использования.

Личный вклад. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно, практические решения и рекомендации предложены им непосредственно.

Прикладная значимость результатов диссертационной работы в широком плане заключена в создании методологии идентификации СЭ, которая с минимальными затратами обеспечивает введение в ЕСЭ России качественно новой универсальной системы нумерации СЭ. Важное практическое значение имеет также предложенная совокупность методик и алгоритмов создания и функционирования базы данных нумерации СЭ, необходимых органам государственного управления, операторам связи (включая операторов связи сетей специального назначения), проектным организациям для решения задач, связанных с взаимодействием сетей электросвязи, развитием и оптимизацией сетей, обеспечением эффективной работы систем технической эксплуатации и оперативно-технического управления, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций и военного времени. Практическую ценность представляют решения по классификации СЭ, которые могут лечь в основу отраслевой системы классификации.

Выводы данной работы, связанные с установлением требований, предъявляемых к построению и функционированию системы нумерации СЭ и содержанию номера для различных СЭ, создают практическую основу для реализации требований федерального закона «О связи».

Практическая значимость результатов подтверждена отзывами на диссертационную работу министра информационных технологий и связи Российской Федерации Л.Д.Реймана (от 7 марта 2008г. № ЛР-П12-829) и начальника Связи Вооруженных Сил Российской Федерации – заместителя начальника Генерального штаба Вооруженных Сил Российской Федерации Е.А.Карпова (от 12марта 2008г. №177/115).

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы применяются различными организациями Российской Федерации, в частности, ОАО «АСВТ», ОАО «ЦентрТелеком», Военной академией связи им. С.М.Буденного, группой компаний «Экран» и др. Практическое использование результатов подтверждено соответствующими актами.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты структурного анализа существующих и перспективных сетей электросвязи, а также применяемых технологий телекоммуникаций, позволившие сформировать предметную область исследований как совокупность подмножеств множества СЭ.
2. Совокупность результатов исследования систем идентификации СЭ различных сетей электросвязи, входящих в ЕСЭ России, а также результаты исследования современных проблем нумерации сетевых элементов в системах технической эксплуатации и управления телекоммуникационными сетями ЕСЭ России. Указанные результаты предопределили создание универсальной структурированной системы нумерации, основанной на системных принципах и общенаучных подходах к идентификации СЭ.
3. Методологические подходы к построению системы нумерации СЭ как части общей информационной среды служебной электросвязи, формат структуры номера СЭ, алгоритмы присвоения номера сетевым элементам.
4. Фасетная система классификации СЭ, разработанная на основе методов систематики, которая включает в себя соответствующие классы сетевых элементов, критерии содержания и способы кодировки фасет, а также процедуру классификации СЭ.
5. Методология построения и функционирования распределенной базы данных номеров СЭ, информационные модели и алгоритмы, реализующие необходимые функции обмена данными при взаимодействии служб операторов связи и систем оперативного управления в разных режимах функционирования сетей электросвязи.
6. Обоснование возможности использования сети ОКС-7 в качестве сети передачи данных о номерах СЭ, что позволяет отказаться от создания специальной сети.

Апробация работы. Главные положения диссертационной работы докладывались на 2-й отраслевой научной конференции «Технологии информационного общества» (2008г.), конференции VON Russia 2006 (2006г.), 6 и 7-й международных конференциях «Состояние и перспективы развития Интернета в России» (2005г., 2006г.), конференции «Проводная связь в России» (2005г.), 11-й ежегодной конференции по IP-телефонии и IP-коммуникациям (2006г.), заседании секции радиоэлектроники Центрального Дома ученых (2006г.), 3-й научной конференции международной академии связи МАС-ГИО-2002 «Глобальное цифровое кольцо связи: ВОЛС и спутниковые линии – конкуренция и комплементарность» (2002г.), а также на заседании НТС МТУСИ. Отдельные научные положения и идеи обсуждались в ходе круглых столов, проводимых кафедрой инфокоммуникаций ИПК МТУСИ совместно с журналом «Вестник связи» в 2003 -2007г.г.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 4-х монографиях и 34 опубликованных работах (из них 4- в соавторстве), в том числе 27 - в научных журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых в соответствии с требованиями ВАК должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, 2-х приложений. Общий объем диссертации – 226 страниц, включая 40 рисунков, 7 таблиц, библиографический список из 221 наименования использованной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность задачи идентификации СЭ, определены цели и задачи исследований, представлены основные положения диссертационной работы, сформулированы положения, касающиеся научной новизны и практической ценности проведенных исследований.

Первая глава посвящена исследованию предметной области диссертационной работы. Используемое в настоящей работе толкование понятия «сетевой элемент» определяет необходимость формирования предметной области как множества конкретных типов элементов сети, для которых создается система нумерации. Поскольку различные сети электросвязи имеют различную архитектуру, для выявления типов СЭ использован общий методологический подход, заключенный в анализе обобщенных моделей сети. В традиционной трехуровневой модели телекоммуникационной системы СЭ входят в первичную сеть электросвязи, в перспективной плоскостной модели телекоммуникационной системы - в базовую сеть, т.е. соответствуют разным телекоммуникационным парадигмам. На основе проведенного структурного анализа традиционной и перспективной моделей телекоммуникационной системы и применяемых технологий определены основные типы сетевых элементов соответственно для каждой из моделей. Также определены основные типы сетевых элементов сетей связи для распространения программ телевизионного вещания и радиовещания. Показано, что одновременное функционирование сетей, архитектура которых соответствует разным телекоммуникационным парадигмам, создает существенные проблемы при их взаимодействии, заключенные, прежде всего, в различном смысловом понимании одноименных понятий.

На основе анализа математической модели сети электросвязи в виде графа обосновано разделение всех СЭ на два подмножества: пространственно-сосредоточенных и пространственно-разнесенных.

Исследованы принципы идентификации объектов сети в процессе технической эксплуатации и управления первичными сетями, а также международный опыт описания объектов сети при управлении сетями электросвязи в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т серии М. Показано, что сложность описания объектов сети в соответствии с механизмом TMN, составляющим основу указанных рекомендаций, не позволяет принять его в качестве основы системы нумерации СЭ сетей электросвязи. Вместе с тем, представляется целесообразным при разработке системы нумерации СЭ ЕСЭ России использовать методологию TMN, в частности: независимость от конкретного вида и архитектуры сетей, объектно-ориентированный подход, создание баз данных в иерархически упорядоченной форме, отражающей подчиненность элементов в реальной сети.

В главе 2 проведен анализ проблемы построения системы нумерации сетевых элементов в Российской Федерации. Нумерация является одной из системообразующих составляющих сетей электросвязи и используется для однозначного определения (идентификации) сети связи и (или) ее узловых или оконечных элементов.

Показано, что для пользовательских подсистем сетей электросвязи проблемы нумерации достаточно подробно проработаны и нашли свое отражение не только в научно-технической литературе, но и в соответствующих нормативных документах. Значительно меньшее развитие получили вопросы нумерации в технологических подсистемах сетей электросвязи, хотя для отдельных подсистем были проведены глубокие исследования, в частности в сети сигнализации ОКС-7. Однако нумерация, применяемая в системе сигнализации ОКС-7, не распространяется на СЭ. Не учитывает аспекты нумерации СЭ и система нумерации, применяемая в сетях АТМ. Исследована и показана нецелесообразность использования для нумерации СЭ системы нумерации сети Интернет.

В диссертационной работе показано, что для идентификации СЭ невозможно использовать российское дерево идентификации мирового пространства идентификаторов объектов, т.к. между элементами существуют не только отношения подчиненности, но и горизонтальные связи.

В главе 2 проанализированы также варианты нумерации СЭ, применяемые различными операторами как сети связи общего пользования, так и операторами специальных сетей электросвязи. В частности, рассмотрены системы нумерации СЭ, действующие в сетях связи компаний, входящих в ОАО «Связьинвест», ЗАО «Компания ТрансТелеКом», ЗАО "Синтерра", в сетях связи крупнейших операторах сухопутной подвижной связи «Мобильные ТелеСистемы» и «ВымпелКом», а также в сетях связи ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть» и ФГУП «Космическая связь» и в сети связи Вооруженных Сил России. Установлено, что существующие принципы нумерации СЭ в этих сетях, построенных с использованием разных моделей сети и неоднородного телекоммуникационного оборудования и оборудования управления сетью, представляют собой разнообразные и противоречивые частные решения.

Учитывая достаточно длительный период сосуществования сетей электросвязи и разные способы их взаимодействия, представляется целесообразным создание универсальной системы нумерации СЭ, охватывающей любые сети электросвязи, входящие в ЕСЭ России. Эта система должна базироваться на научно обоснованном современном подходе к созданию информационных систем, т.к. попытки частной модернизации существующих систем в условиях смены телекоммуникационной парадигмы не могут привести к эффективному результату. Обоснованы требования к разрабатываемой системе нумерации: долговременность, технологическая нейтральность, недискриминационный доступ к ресурсам нумерации при соблюдении соответствующих положений, связанных с защитой информации от несанкционированного доступа, хороший уровень информативности.

Система нумерации СЭ является составной частью систем технической эксплуатации и оперативно-технического управления сетями электросвязи, что диктует необходимость её построения как подсистемы указанных систем.

В широком смысле систему нумерации СЭ можно рассматривать как часть общей информационной среды служебной электросвязи. При этом функционирование системы нумерации не должно зависеть от функционирования других систем, и использование в этих подсистемах номера СЭ для решения любых задач не должно повлечь за собой изменения системы нумерации.

Взаимодействие разных систем технической эксплуатации и оперативного управления сегодня, да и в обозримом будущем, будет осуществляться в форматах «человек – человек» и «человек-компьютер», что диктует необходимость создания достаточно простой и легко распознаваемой структуры номера СЭ.

В главе 3 показана необходимость создания структурированной системы нумерации и определены основные требования, предъявляемые к номеру СЭ. Такими требованиями являются: многофункциональность структуры номера, технологическая нейтральность, однородность структуры, однозначность идентификации СЭ, устойчивость номера при его использовании в различных системах технической эксплуатации и оперативного управления, постоянство и долговечность номера, возможность расширения базы данных номеров, простота и сжатость номера. Структура и содержание номера должны обеспечивать возможность функционирования уже существующих систем управления и технической эксплуатации разных операторов связи. Номер СЭ должен обеспечивать возможность использования оператором геоинформационных технологий. Информация, приведенная в номере, не должна разглашать сведения, отнесенные в установленном порядке к государственной тайне.

Для идентификации СЭ предложено введение в ЕСС России универсального номера СЭ. Универсальный номер (рис.1) состоит из трех частей: общей, ограниченной и операторской, причем ограниченная и операторская части номера выделены скобками.

Рис.1. Структура универсального номера СЭ

Общая часть (Nобщ.) представляет собой часть номера СЭ, входящего в единый план нумерации СЭ единой сети электросвязи Российской Федерации. Общая часть универсального номера СЭ структурирована (рис.2) и включает в себя национальный код оператора связи ICC в соответствии с Рекомендациями МСЭ, код классификации СЭ, порядковый номер и дополнительную информацию.

Рис.2. Структура номера Nобщ.

Ограниченная часть (Nогр.) представляет собой часть номера СЭ, предназначенную для использования в специальных целях. В предложениях по составу ограниченной части номера учтены варианты функционирования СЭ, как части подмножества пространственно сосредоточенных СЭ или пространственно распределенных СЭ, а также включение информации о месторасположении СЭ и специальной информации.

Операторская часть (Nопер.) предназначена для использования в интересах оператора сети электросвязи. Содержание информации в операторской части номера устанавливается оператором самостоятельно. Такое решение позволяет ликвидировать конфликт интересов между предлагаемой и действующей нумерацией, облегчает установление взаимно однозначного соответствия номеров в сети любого оператора, а в перспективе расширяет возможности нумерации СЭ.

Предлагаемая форма записи разных составляющих универсального номера СЭ обеспечивает однозначное выделение в полном номере его отдельных частей и снижает возможные ошибки при передаче информации.

Сформулировано содержание общей и ограниченной частей номера, а также алгоритмы присвоения СЭ номера общей и ограниченной частей.

В общей части номера предложено использовать код классификации СЭ из разработанной системы классификации. Показано, что система классификации СЭ должна строиться на основании модели классификации, представленной алгебраической системой:

R = < Z,K,F,Rk,f > (1)

где Z – множество объектов;

K – множество классов объектов;

F – множество описаний объектов;

Rk –произведение K х F; f : Z К.

Для классификации СЭ разработаны алгоритмы отнесения объекта к классу (рис.3) и присвоения этому объекту кода классификации соответствующего класса (рис.4).

Рис. 3. Алгоритм отнесения объекта к классу классификации

Обосновано применение в системе классификации СЭ фасетного метода классификации, как наиболее полно учитывающего свойства предметной области и обеспечивающего, в частности, непротиворечивость, устойчивость и гибкость системы.

Для классификации СЭ предложено использовать 4 класса сетевых элементов, 6 фасет с разработанными кодами критериев для каждой из них, и структурную матрицу кодирования. Предусмотрены возможности уточнения решений, модернизация и развитие системы.

Доказано выполнение в универсальном номере всех основных требований, предъявляемых к номеру СЭ.

Глава 4 посвящена созданию базы данных номеров СЭ (БДНСЭ) – универсального хранилища информации с унифицированной информационной моделью и стандартизованным системным программным обеспечением.

Построение БДНСЭ определяется требованиями обеспечения бесконфликтного обмена данными между централизованной системой управления ЕСЭ России и системами управления разными сетями электросвязи, системами технической эксплуатации различных операторов связи между собой, а также использования данных о номерах СЭ различными подразделениями оператора связи и органами управления связью.

Выделено несколько режимов функционирования ЕСЭ России (или ее отдельных фрагментов): обычный, в условиях чрезвычайных ситуаций, чрезвычайного положения, военного положения. Проанализированы варианты использования БДНСЭ для каждого режима.

Анализ возможных обращений к информации о номерах СЭ конкретной сети показал, что частота обращений разных служб оператора связи этой сети существенно превышает частоту обращения других операторов и служб централизованного управления сетями электросвязи. Формирование информации о номерах СЭ, ее коррекция и актуализация, как предложено в главе 3, также должны осуществляться оператором сети.

Рис. 4. Алгоритм присвоения объекту кода классификации соответствующего класса

С учетом преимуществ распределенных систем предложено строить БДНСЭ как распределенную систему (рисунок 5).

Система состоит из нескольких баз данных, принадлежащих отдельным операторам (на рисунке такие базы данных отделены одна от другой пунктиром). Базу данных централизованной системы управления сетями электросвязи также можно рассматривать как базу данных отдельного оператора. Именно к этой базе, в случае необходимости, обращаются операторы специальных сетей связи, а также органы, управляющие сетями электросвязи в чрезвычайных ситуациях. При проектировании БДНСЭ необходимо учесть создание специальных хранилищ для конфиденциальной части номера с повышенной защищенностью от несанкционированного доступа.

Рис.5.Структура БДНСЭ

Базы данных разных операторов связаны между собой сетью передачи данных (СПД). Эффективность функционирования распределенной базы данных определяется рядом фактором, важнейшими из которых являются размещение данных в базах данных операторов и оптимальное построение СПД, связывающей базы данных операторов.

В диссертации показана невозможность применения известных решений по оптимизации распределения данных в БДНСЭ, т.к. архитектура этой системы зиждется на объединении баз данных отдельных операторов. Поэтому для БДНСЭ основным фактором успешной работы становится эффективное построение и функционирование СПД. В диссертационной работе исследована возможность использования сети ОКС-7 в качестве сети передачи данных БДНСЭ путем оценки выполнения следующих условий:

- доставка информации, необходимой для работы БДНСЭ, обеспечивается в соответствии с заданными вероятностно-временными показателями;

- передача информации, необходимой для работы БДНСЭ, существенно не ухудшает качество работы сети ОКС-7;

- обеспечивается передача информации между отдельными фрагментами БДНСЭ в соответствии с заданными показателями надежности.

Для исследования вероятностно-временных показателей СПД использована модель сети передачи данных БДНСЭ (рисунок 6) как совокупности систем массового обслуживания (СМО).

Рис. 6. Модель сети передачи данных БДНСЭ для анализа вероятностно-временных показателей

Между источником (И) и приемником (П) информации в общем случае может находиться несколько узлов сети, каждый из которых является СМО. Для надежной работы сети между узлами "И" и "П" должно быть создано несколько маршрутов обмена информацией (). Очевидно, что . Любой маршрут может содержать различное число транзитных узлов (). Для СМО, обозначенной как "", показано, что в транзитный узел поступают другие потоки информации (потоки требований). На выходе этой СМО показаны потоки требований, направляемые в другие СМО. Их интенсивность будем обозначать как, а интенсивность обслуживания как. Заметим, что если принять, что интенсивность потоков сети ОКС-7 всегда равна нулю (), модель оказывается пригодной и в случае, когда СПД построена не как виртуальная, но как специальная сеть. В общем случае зависимости типа и являются положительными функциями, имеющими конечное значение математического ожидания. Все процессы поступления и обслуживания требований представимы функциями распределения и . Предположим также, что для функций и существуют преобразования Лапласа-Стилтьеса: и , что общепринято в теории массового обслуживания.

Можно выделить два основных класса пакетов, которые передаются в сети передачи данных БДНСЭ:

- пакеты класса "1", которые необходимо передавать за минимально возможное время (соизмеримое со временем распространения сигнала);

- пакеты класса "3", для которых допускается значительная задержка доставки (например, на два-три порядка больше, чем для пакетов класса "1").

Пакеты, передаваемые в сети ОКС-7, определяются как пакеты класса "2". Можно считать, что пакеты класса "1" имеют первый относительный приоритет, пакеты класса "3" – третий относительный приоритет, пакеты сети ОКС-7 – второй относительный приоритет.

В случаях использования сети ОКС-7 показана справедливость условия:

. (2)

Для анализа вероятностно-временных показателей необходимо задать вид функций и , а также определить число мест для ожидания в очереди на передачу и обработку пакетов.

При предположении, что поток является простейшим

, (3)

В диссертационной работе также доказано, что реальный фрактальный характер трафика не окажет существенного влияния на вероятностно-временные характеристики БДНСЭ.

При допущении, что для потоков требований как первого, так и третьего приоритетов характерно постоянное время обслуживания ():

. (4)

Относительно числа мест для ожидания в очереди на передачу и обработку пакетов вполне допустима гипотеза о том, что оно бесконечно. Это утверждение следует, в частности, из норм, которые предлагаются МСЭ-Т. Они находятся на уровне ниже . Для таких значений вероятности потерь пакета объем буферной памяти всегда достаточно велик.

Преобразование Лапласа-Стилтьеса функции распределения времени задержки требований -го приоритета – для выбранной модели СМО c классами приоритетов имеет следующий вид:

, (5)

где определяет преобразование Лапласа-Стилтьеса для функции распределения периода занятости СМО требованиями -го приоритета.

В формуле (5) опущен индекс , так как пока рассматривается одна фаза обслуживания требований. Математическое ожидание времени задержки:

. (6)

Практический интерес представляют оценки поведения величин при разных соотношениях интенсивностей . В этом случае, полагая нагрузку каждого узла идентичной, формулу для оценки можно записать в такой редакции:

. (7)

где – суммарная нагрузка одной СМО требованиями всех уровней приоритета.

С учетом соотношения (2) построены графики, показанные на рисунке 7. Очевидно, что все линейно зависят от количества фаз обслуживания (длины маршрута). Графики построены для при разных соотношениях интенсивности . Предполагается, что .

На практике величина . Поэтому передача небольших объемов информации (необходимой для внесения оперативных изменений в работу БДНСЭ) не сказывается на качестве обслуживания основного трафика сети ОКС-7. Этот факт следует из поведения графиков для малых значений (небольших величин ).

Для анализа влияния трафика третьего приоритета построены графики для , определяющие среднее значение задержки требований на одной фазе обслуживания

, (8)

Рис.7. Зависимость величины от параметра

Выражение (8) интересно тем, что позволяет оценить влияние длины пакета низкоприоритетных требований (сообщений, для которых допустимы большие задержки в сети передачи данных БДНСЭ) на пакеты с трафиком сети ОКС-7. Чтобы трафик виртуальной сети не оказывал заметного влияния на основной трафик при необходимости можно сократить длину пакета для требований с низким приоритетом.

Введем коэффициент . В качестве частного случая выберем условие . Тогда формула (8) приобретает вид:

(9)

Зависимость от показана на рисунке 8. Графики, приведенные на этом рисунке, позволяют оценить длину пакета низкоприоритетных требований, при которой качество обслуживания основного трафика сети ОКС-7 практически не ухудшается. Из графиков видно, что при реальной нагрузке (2 0,5) "длинные" пакеты, передаваемые в сети передачи данных БДНСЭ, не влияют на качество обслуживания основного трафика. При перегрузке сети () целесообразно ограничивать длину пакетов, необходимых для БДНСЭ.

В главе 4 проведено также исследование влияния трафика СПД на квантиль функции распределения времени задержки пакетов.

Рис. 8. Зависимость от коэффициента

Дисперсия времени задержки для требований основного трафика сети ОКС-7

(10)

Математическое ожидание времени задержки

. (11)

Две последние формулы позволяют оценить коэффициент вариации времени задержки приоритетных требований – . Показано, что

, (12)

где = .

С практической точки зрения интересна также зависимость величины коэффициента вариации от нагрузки для ряда различных значений коэффициента . Соответствующие графики показаны на рисунке 9. Вид графиков подтверждает интуитивное предположение, что для реальных (проектных) значений нагрузки () величина коэффициента вариации не превышает единицу.

Рис. 9. Зависимость от при разных коэффициентах

В диссертационной работе доказано, что экспоненциальный закон позволяет и в случае многофазной системы получить оценки для "худшего случая", которые показывают, что для -фазной СМО коэффициент вариации не может быть больше, чем для одной системы.

Представление сети передачи данных БДНСЭ, построенной на базе сети ОКС-7 Российской Федерации, в виде графа (рисунок 10) было применено для анализа показателей надежности.

Базы данных номеров СЭ отдельных операторов связи могут размещаться в узлах 1-6, которые соответствуют пунктам сигнализации сети ОКС-7.

Рис.10. Граф модели сети

Смежные вершины графа в соответствии с требованиями сети ОКС-7 соединены не менее чем двумя ребрами; для простоты расчетов коэффициент готовности каждого ребра принят как (минимальный из всех возможных). В некоторых случаях между несмежными узлами организуются поперечные направления, показанные пунктирными линиями. Их коэффициент готовности обозначен как . Для получения нижней границы надежностных характеристик далее полагается, что .

Коэффициент готовности наиболее протяженного транзитного тракта сети (между узлами 1и 6) может быть рассчитан как

(13)

Именно этот показатель характеризует минимальный коэффициент готовности СПД.

Для значений , интересных с практической точки зрения, величины приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Коэффициент готовности сети

Величина	0,99	0,999	0,9999
Величина	0,99999991	0,999999999991	0,9999999999999991

Из таблицы следует, что даже для не очень надежных компонентов сети сигнализации (на уровне 0,99) обеспечивается высокое значение коэффициента готовности. Значит, сеть ОКС-7 с точки зрения показателей надежности вполне подходит для поддержки процессов информационного обмена в БДНСЭ.

Для БДНСЭ было обосновано применение в СУБД объектно-реляционной модели данных.

Поскольку БДНСЭ функционирует как сложная распределенная система, в диссертационной работе выработана политика информационной безопасности. Она должна строиться как политика коллективной информационной безопасности баз данных всех операторов связи и систем управления сетями электросвязи. Определены основные требования к комплексной защите информации, источники потенциальных угроз и модели нарушителей. Сформулированы общие требования, предъявляемые к персоналу, к программным и техническим средствам защиты БДНСЭ, а также требования в отношении доступа к информации. Главная сложность обеспечения безопасности БДНСЭ лежит в самой природе таких баз данных: расширение возможностей СУБД увеличивает возможности нарушения её функционирования. Разрешать это диалектическое противоречие предложено мерами комплексной защиты, сформулированными в диссертационной работе в виде типового подхода к созданию комплексной системы защиты БДНСЭ, рекомендуемого для внедрения всем операторами связи.

Пятая глава диссертационной работы содержит предложения создания и организации функционирования системы нумерации сетевых элементов ЕСЭ России. Показано, что решение этой задачи должно осуществляться в рамках организации общего процесса технической эксплуатации и управления ЕСЭ России. Оно должно сопровождаться принятием научных и инженерно-технических решений в части разных аспектов нумерации, разработкой и утверждением нормативно-правовых актов федерального органа исполнительной власти в области связи, проведением ряда мероприятий организационного характера.

Система нумерации должна строиться на единых методических принципах и положениях, устанавливаемых федеральным органом исполнительной власти в области связи. В частности, должен быть разработан и введен в действие в установленном порядке отраслевой нормативный документ, определяющий порядок классификации и кодирования сетевых элементов сетей электросвязи. Этот документ должен быть совместим с действующими общенациональными классификаторами информации, а также учитывать происходящие изменения телекоммуникационной парадигмы и понятий предметной области.

В диссертационной работе предложена технология введения на ЕСЭ России национального кода оператора, указываемого в номере СЭ. Этот код должен совпадать с международным кодом оператора, содержать до 6 знаков (разрядов) и признаки принадлежности к той или иной сети.

Показано, что функционирование системы нумерации должно осуществляться операторами связи по единым технологиям, отраженным в соответствующих нормативных документах. Основой создания системы нумерации должно стать создание на основе системного проекта базы данных номеров сетевых элементов в виде баз данных отдельных операторов связи. Функции системной интеграции создания и функционирования системы нумерации на федеральном уровне должно осуществлять федеральное агентство связи или другая структура, на которую возложены функции централизованного управления сетями электросвязи. Создание системы нумерации должно осуществляться на основе системного проекта единым заказчиком - координатором работ, определяемым на конкурсной основе.

В заключении сформулированы основные результаты, которые получены в процессе проведенных исследований и приведена информация о практическом внедрении полученных результатов на предприятиях связи и оборонного комплекса страны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы могут быть сведены к следующим положениям.

1. В единой сети электросвязи Российской Федерации особое значение имеют сетевые элементы, образующие структуры сетей электросвязи. По своей сути сетевые элементы являются средой, формирующей единое телекоммуникационное пространство страны, и создают условия для синергетичности и адаптивности телекоммуникаций. Именно СЭ сетей электросвязи обеспечивают (или должны обеспечивать в особых ситуациях) непосредственное взаимодействие сетей электросвязи. Они определяют также особенности взаимодействия систем технической эксплуатации и оперативного управления разных операторов связи, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций и военного времени. СЭ являются основой при моделировании разных сетей связи, в том числе в случае использования ресурсов одних сетей другими.

Однако в настоящее время отсутствует научно обоснованная идентификационная система - унифицированная система нумерации сетевых элементов. Разные операторы связи создают собственные системы нумерации, в большинстве своем основанные на нечетких экспертных оценках. При многочисленности и многообразии сетей электросвязи разных операторов процесс взаимодействия существенно усложняется, что приводит к негативным последствиям функционирования ЕСЭ России.

В диссертационной работе впервые на научной основе рассмотрена и решена проблема создания и функционирования системы нумерации СЭ.

2.На основе методов системного анализа из разных факторов, определяющих функционирование и взаимодействие сетей электросвязи, особенности тех или иных телекоммуникационных технологий, правила технической эксплуатации и управления сетями электросвязи, вопросы перестройки сетей в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени выделены факторы, определяющие требования к структуре номера СЭ. Суть этих требований - многофункциональность, приемлемость, технологическая нейтральность, однородность, однозначность, устойчивость, долговечность, постоянство, расширяемость, простота, информационность, сжатость, технологическая применимость.

Обосновано, что в структуре номера должна содержаться информация, необходимая для взаимодействия операторов связи, информация, необходимая для использования в специальных целях (информация ограниченного доступа), а также может содержаться информация, необходимая непосредственно оператору связи.

3. Впервые предложено создание структурированной системы нумерации СЭ, базирующейся на структуре унифицированного номера сетевого элемента для любых сетей электросвязи. Разработана структура и содержание универсального номера, алгоритмы формирования общей и ограниченной частей номера, которые позволяют оператору самостоятельно осуществлять нумерацию сетевых элементов своей сети.

4. Решения, связанные с формированием общей части номера, впервые учитывают необходимость включения информации об операторе связи и о коде классификации СЭ. Предложена процедура присвоения оператору соответствующего кода и структура кода. На основе методов систематики в отсутствии общей системы классификации ЕСЭ России впервые разработана система классификация СЭ. Эта система может также служить основой для создания общеотраслевой системы классификации.

На основании построенной математической модели классификации обоснован выбор фасетной классификации, оптимизированы классы сетевых элементов и разработаны критерии содержания и способы кодировки фасет. Разработана процедура классификации СЭ.

Решены задачи формирования универсального номера при наличии в сети двух типов СЭ (пространственно сосредоточенных и пространственно разнесенных).

5. Сформулированы концептуальные положения разработки базы данных номеров СЭ. На основе анализа обращения к БДНСЭ при различных режимах функционирования ЕСЭ России обоснован выбор архитектуры этой базы как распределенной системы базы данных, объединяющей базы данных отдельных операторов и базу данных централизованной системы управления. Доказана необходимость применения в качестве модели данных в СУБД объектно-реляционной модели, наилучшим образом обеспечивающей реализацию задач функционирования БДНСЭ. В качестве политики информационной безопасности функционирования этой базы данных разработан системный подход, предусматривающий одновременное использование организационных, технических, аппаратно-программных, криптографических и других средств защиты.

6. Обосновано применение сети сигнализации ОКС-7 для передачи информации о номерах СЭ между разными операторами связи и системами управления сетями электросвязи. Доказано, что указанное предложение обеспечивает выполнение требований, связанных с передачей номерной информации, и не ухудшает условия функционирования сети ОКС-7.

7. Разработаны основные положения создания и внедрения системы нумерации СЭ. Система должна строиться на единых методических принципах и положениях, устанавливаемых федеральным органом исполнительной власти в области связи. Их соблюдение обязательно для всех органов государственной власти и операторов связи, связанных с функционированием ЕСЭ России. Основным этапом создания системы нумерации должно стать создание базы данных номеров сетевых элементов.

Разработанная в диссертационной работе технология функционирования системы нумерации СЭ представляет собой объединение нескольких технологий, а именно: присвоения номера сетевому элементу; первоначальной загрузки данных; ведения распределенной базы данных; формирования различных выборок информации; взаимодействия с другими системами.

Определены основные положения системной интеграции создания и функционирования системы нумерации СЭ.

Таким образом, в результате проведенных в диссертации исследований решена важная народно-хозяйственная задача, которая заключается в разработке основ построения и функционирования идентификационной системы сетевых элементов единой сети электросвязи Российской Федерации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ,

в которых отражено основное содержание работы^[1]

Монографии

1.Мардер Н.С. Нумерация телефонной сети общего пользования Российской Федерации. /М.: ИРИАС, 2002г., 96 стр.

2.Мардер Н.С. Структура сетей связи негеографических зон нумерации телефонной сети общего пользования Российской Федерации./ М.: ИРИАС, 2003г., 80 стр.

3.Мардер Н.С. Нумерация в сетях электросвязи общего пользования Российской Федерации./ М.: ИРИАС, 2004г., 232 стр.

4.Мардер Н.С. Современные телекоммуникации./М.: ИРИАС, 2006г., 384 стр.

Учебное пособие

5.Мардер Н.С.Электросвязь в Российской Федерации./М.:ИРИАС,2004, 94 стр.

Прочие публикации

6.Мардер Н.С., Аджемов А.С. Процесс развития сети ОКС в Российской Федерации - база для внедрения современных услуг связи. // Тезисы доклада на международной конференции. Санкт-Петербург. 1997г.

7*.Мардер Н.С. Какое оборудование выбрать?// Вестник связи,1997, № 3, перепечатана в журнале «Автоматика, телемеханика и связь» 1997, №4.

8*.Мардер Н.С., Аджемов А.С. Развитие российской сети ОКС №7 – основа современных услуг связи. // Сети и системы связи, 1997, №9.

9*.Мардер Н.С. Принципы развития и совершенствования телекоммуникационно-информационной инфраструктуры. //Вестник связи,1997, № 11.

10*.Мардер Н.С. В центре внимания – региональные сети электросвязи.// Вестник связи,1998, № 1.

11*.Мардер Н.С., Аджемов А.С., Кучерявый А.Е. Опытная зона ОКС-7 – платформа для внедрения новых услуг электросвязи. // Вестник связи,1998, № 4.

12.Мардер Н.С. Современные методы регулирования ограниченных национальных ресурсов и их роль в развитии национальной телекоммуникационно-информационной инфраструктуры в свете строительства GIS. / Тезисы доклада на региональном форуме МСЭ по политике электросвязи, ЮАР, 1998г.

13*.Мардер Н.С. Проблемы развития телекоммуникаций России.// Технологии и средства связи, 1999, №4.

14*. Мардер Н.С. Некоторые аспекты технической политики отрасли «Связь» в современных условиях.// Электросвязь, 1999, №4.

15.Мардер Н.С. Реформы в российской отрасли связи – основные направления и цели./ Тезисы доклада на международной конференции. Нижний Новгород. 1999г.

16.Мардер Н.С. О национальной безопасности систем информации и связи.//Системы безопасности и связи, 1999, №23.

17*.Мардер Н.С. Создание на ТфОП негеографических зон нумерации.// Вестник связи, 2001, № 5.

18*.Мардер Н.С. Размышления о нумерации телефонных сетей России.// Вестник связи,2001, №12.

19*.Мардер Н.С. Предложения по нумерации абонентов национальной сети подвижной спутниковой системы связи «Садко».//Электросвязь, 2001, № 12.

20*.Мардер Н.С. Введение номеров ТфОП для пользователей российского сегмента сети «Интернет».// Вестник связи, 2002, № 2.

21*.Мардер Н.С. Сеть связи будущего: какая система нумерации станет базовой?// Вестник связи, 2002, № 6.

22*.Мардер Н.С., Волков Л.Н., Федоров Б.Н. Взаимодействие спутниковой системы «Садко» с сетями связи GSM.// Вестник связи, 2002, № 6.

23.Мардер Н.С. Основные тенденции развития архитектуры сетей связи стандарта GSM в Российской Федерации.// Тезисы доклада на 3-й научной конференции МАС ГИО-2002.

24*.Мардер Н.С. Основные тенденции развития архитектуры сетей связи стандарта GSM в Российской Федерации.// Электросвязь, 2003, №2.

25*.Мардер Н.С. Сетевые аспекты Федерального закона «О связи».// Вестник связи, 2003, № 9.

26*.Мардер Н.С. Некоторые соображения о регулировании ресурсов нумерации ЕСЭ России.// Вестник связи, 2004, №4.

27*.Мардер Н.С. Варианты нумерации при различных сценариях междугородной связи.// Вестник связи, 2005, №2.

28*.Мардер Н.С. О терминологии в электросвязи.// Вестник связи, 2005, №3.

29*.Мардер Н.С. Некоторые «подводные камни» регулирования сетей NGN.// Вестник связи, 2005, №10.

30*.Мардер Н.С. Сети подвижной связи: разновидность фиксированных сетей или их альтернатива.// Вестник связи, 2005, №11.

31.Мардер Н.С. Смена парадигмы и регулирование телекоммуникаций в России./ Тезисы доклада на 7-й международной конференции «Состояние и перспективы развития Интернета в России»,2006

32*.Мардер Н.С. Вопросы терминологии.//Вестник связи, 2006, № 3.

33*.Мардер Н.С. Смена парадигмы телекоммуникаций и семиуровневая модель взаимодействия открытых систем.//Электросвязь, 2007,№2.

34*.Мардер Н.С. Регулирование телекоммуникаций в свете смены парадигмы. // Вестник связи, 2007, № 2

35*.Мардер Н.С. К вопросу об оценке потребностей в спутниковом ресурсе.//Электросвязь, 2007,№4

36*.Мардер Н.С. Некоторые актуальные проблемы развития телекоммуникаций в Российской Федерации.// Вестник связи, 2007, №8.

37*.Мардер Н.С. Об универсальном подходе к нумерации сетевых элементов сетей электросвязи.// Электросвязь, 2007, №10.

38*.Мардер Н.С. Использование сети ОКС-7 для передачи информации о номерах сетевых элементов.// Электросвязь, 2008, №2.

---

^[1] *отмечены издания, включенные в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых в соответствии с требованиями ВАК должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук.