Исследование и разработка методики оценки фрагмента мультисервисной магистральной сети связи

Создание высокоэффективной телекоммуникационной среды является важнейшей задачей. Без ее решения невозможно построение информационного общества и внедрение новейших информационных технологий в сферы производства, бизнеса, науки, образования, медицины и т. д. [2]. Технологической основой информационного общества является Глобальная информационная инфраструктура (ГИИ), которая должна обеспечить недискриминационный доступ к информационным ресурсам [1, 30].

В настоящее время телекоммуникации на всей территории Российской Федерации представляют собой быстро развивающуюся отрасль. Правительство России, Министерство связи РФ поддерживают развитие рыночных механизмов в сфере телекоммуникаций [2].

Конкуренция возрастает и идет по многим направлениям. Новейшие технологии разрушают основы монополистического контроля над телекоммуникациями со стороны отдельных крупных компаний и приводят в эту область новых операторов. Конкурируют не только различные телефонные фирмы, но и компании кабельного телевидения, передающие данные и телефонию по своим сетям, поставщики услуг Интернет, производители программного обеспечения, предлагающие услуги связи через компьютерные сети, банки, предлагающие услуги специализированных систем передачи финансовой информации. Данная ситуация способствует превращению телекоммуникаций из индустрии, которая занята строительством и поддержанием систем связи, в индустрию, предлагающую связь лишь как часть широкого набора услуг [3,4].

Поскольку новые технологии снижают затраты, связанные с вхождением в бизнес, конкуренция распространяется все шире.

Правительство РФ осознает, что конкуренция лучшая гарантия того, что прогресс технологии найдет полное выражение в виде более качественных, доступных и дешевых услуг [1−6].

Стоимость сети и расходы на ее содержание зависят от инфраструктуры, развернутой для ее поддержания: общей стоимости требуемого оборудования, стоимости поддержки информационных систем, расходов на содержание обслуживающего персонала, пропускной способности, потребляемой услугами и т. д. Очевидно, что наиболее рентабельные поставщики услуг — те, которые могут развернуть свои сети с приносящими доход услугами при наименьших затратах [5].

По мере консолидации индустрии, различные технологии тоже сходятся, появляются новые сервисы. Наблюдаемые в настоящее время высокие темпы роста объемов предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнозировать их преобладание в сетях связи в ближайшем будущем [1].

Одной из серьезных задач является интеграция услуг для передачи данных и услуг для передачи голоса по единой сетевой инфраструктуре. Для решения этой задачи, как одной из многих, операторами строятся мультисервисные сети связи (МСС). Поставщики телекоммуникационных услуг, которые объединяют технологии, могут в значительной степени сократить стоимость функционирования сетей. Мультисервисные сети связи являются эффективным решением, которое станет базисом множества услуг для сотовых и проводных сетей в будущем [3,5].

Ядром МСС, объединяющим разнородные устройства абонентского доступа и агрегирования, являются мультисервисные магистральные сети связи (ММСС) [1], одной из важнейших характеристик которых является эффективная передача разнородного трафика по одному магистральному каналу.

Российские операторы услуг находятся в постоянном поиске технологий ММСС, способных наиболее эффективно объединять их сети. Однако в процессе поиска они сталкиваются с рядом проблем. Во-первых, в мире существует значительное количество технологических и технических подходов к построению ММСС: DWDM, SONET/SDH, ATM, IP по темному волокну и более часто комбинированные варианты. Наличие большого количества альтернатив и маркетинговое давление зарубежных поставщиков сетевого оборудования на российских операторов не приводит к объективной оценке проектов построения ММСС [14−17].

Принимая участие в проектных работах по построению сетей операторов связи, часто приходится сталкиваться с проблемой отсутствия научной методики оценки соответствия бизнес-задач оператора связи и внедряемых технических решений. Как правило, решения принимаются на интуитивном уровне, а иногда приходиться обосновывать принятые технические решения уже после построения ММСС оператора инфотелекоммуникаций [14−17, 86].

Конечно, национальный опыт, здравый смысл, природный талант и деловая хватка передовых российских предпринимателей в области связи во многом восполняет недостатки научного обоснования и строгого прогноза. Но в современных условиях этого становится недостаточно, просчеты все более ощутимы. В области телекоммуникаций переплетаются технические, экономические и многие другие факторы, совместный учет которых на количественном уровне становится настоятельно необходимым [86].

Все это вынуждает учитывать наличие инфокоммуникационных услуг при планировании способов развития традиционных сетей связи в направлении создания мультисервисных сетей [1].

Для обоснования реализации ММСС на практике возникает необходимость в применении научно обоснованных методов предсказания последствий построения/изменений в ММСС. Кроме того, необходимо также уметь проводить априорную оценку технических параметров ММСС до ее развертывания [86].

К основным топологическим вариантам построения ММСС относятся: «точка-точка», «линейная цепь», «звезда», «ячеистая сеть», «кольцо» и комбинация топологий. Базовой топологией, на основе которой можно получить любую другую топологию, является топология «точка-точка». Далее в работе рассматривается методика оценки фрагмента ММСС (ФММСС), построенного на базе топологии «точка-точка» по технологии пакетной коммутации. Структурно ФММСС состоит из трех основных элементов: магистрального канала связи (МКС), выполняющего функцию среды передачи, узлового оборудование пакетной коммутации (УОК), обеспечивающего перенос и коммутацию, и шлюзов доступа (ШД), позволяющих осуществить подключение разнородных сетей связи [1].

Приоритетным в современных условиях является оценка влияния технических параметров фрагмента ММСС на экономическую доступность тех или иных услуг. С точки зрения проектирования фрагмента ММСС это означает, что существует потребность в научной методики, позволяющей на основе существующих экономических требований к сети, заданных в бизнес-плане оператора, оптимизировать параметры и конфигурацию будущего ФММСС.

Важнейшим вопросом выбора производственной программы маркетинга оператора является комплексное исследование альтернативных видов построения ФММСС с целью выбора только тех решений, которые в наибольшей степени соответствуют потребностям современного рынка и отвечают прогнозам развития конъюнктуры на перспективу. При этом очень важно также обеспечить минимальную себестоимость ФММСС.

Сложность и высокая стоимость современных и перспективных ФММСС не позволяет основывать работу по формированию их архитектуры, выбору основных конструктивных параметров и оценке характеристик лишь на инженерной интуиции. При разработке перспективных и модернизации существующих систем требуется предварительный объективных анализ для обоснования рассматриваемых проектов и предложений с точки зрения их технико-экономических показателей [86].

Важнейшая технико-экономическая характеристика ФММСС эффективная пропускная способность [19, 28]. Очевидно, что при проектировании ФММСС необходимо иметь необходимый инструментарий, позволяющий определить параметры системы, в том числе и эффективную пропускную способность ФММСС.

Основным современным методом исследования сложных информационных систем на всех стадиях их разработки, проверки и модернизации является моделирование. Моделирование дает возможность разработчику системы экспериментировать с системой (существующей или предполагаемой) в тех случаях, когда делать это на реальном объекте нецелесообразно или невозможно. Этой проблеме в последнее десятилетие было посвящено огромное количество научных работ и публикаций. В России, США, Японии, западноевропейских странах ведутся активные математические исследования современных телекоммуникационных технологий. В исследования вовлечены десятки университетских групп и крупные исследовательские центры [86]. Моделирование процессов происходящих в телекоммуникационных — проблема, которая достаточно хорошо проработана российскими и зарубежными учеными [20, 21, 23, 28, 29, 31, 76−99]. Существует программный и аппаратный инструментарий, позволяющий получить данные по эффективной пропускной способности с учетом соотношения разнородного трафика в магистрали [86]. Автор использует в своей работе одним из наиболее распространенных подходов к моделированию [86, 98], доработав его в соответствии с целью данного исследования. С помощью математического аппарата вычисляется эффективная пропускная способность (см. Приложение). Большинство работ рассматривали только технические характеристики систем и не оценивали влияние экономических факторов, либо рассматривали технико-экономические характеристики конкретных систем. Учет экономических факторов при оценке интегрированного трафика мультисервисных сетей с точки зрения тарифной политики в ММСС для сетей ATM был рассмотрен, например, в работе [28]. Цель, которую поставили перед собой авторы, состояла в изложении наиболее удачных, по их мнению, вычислительных алгоритмов и инженерных методик решения проблемы нехватки ресурса, полученных в рамках мультисервисных моделей интегрированного трафика. В работе рассматривалось понятие эффективной пропускной способности и указывалось ее место при оценке сети оператора.

В процессе поиска первоисточников на темы взаимосвязи технических и экономических параметров ММСС, был найден, например, один из подходов к оценке эффективности телекоммуникационной системы, в которую компонентом могут входить ФММСС оператора связи [18]. Телекоммуникация рассматривается как сложная система — в строгом понимании термина «сложность», обоснованном и применяемом в системотехнике. В работе [18] вводится критерий эффективности, охватывающий социальный, экономический и технический факторы. В телекоммуникации эти разнородные процессы интегрированы. Эффективность рассматривается как определяющий фактор разработки, создания и эксплуатации системы и как мера стратегического и оперативного управления.

Формирование модели сети и получение параметра эффективной пропускной способности при исследовании ФММСС в данной работе также подробно не рассматривается. Работа [18] носит общий характер и не рассматривает конкретные проблемы, связанные с оценкой эффективности применения ФММСС в сетях операторов инфотелекоммуникаций, построенных по технологии пакетной коммутации, но основные подходы к решению рассматриваемых задач были использованы в исследовании ФММСС. Кроме того, упоминание о данной проблеме, применительно к некоторым телекоммуникационным системам, описано в работах [86−91].

Методика выбора ФММСС при проектировании ММСС с учетом бизнес-задач оператора в упомянутых работах выходят за рамки исследований авторов. Данная же работа посвящена исследованию заданного вопроса. Настоящая работа направлена на создание такого методического аппарата, который бы учитывал факторы бизнес-окружения ММСС и их влияние на выбор эффективных технических решений для ФММСС.

Актуальность исследования состоит в необходимости получения научно обоснованной методики оценки проектируемых фрагментов ММСС, применение которой обеспечит снижение стоимости распространенных услуг, и, таким образом, расширит их использование.

Целью работы является исследование и разработка методики оценки фрагмента ММСС, построенного на базе технологий пакетной коммутации, и определение рационального технического облика (ТО) фрагмента ММСС.

Анализ работ [19, 20, 21, 23, 28, 29, 31, 76−99] показал, что до настоящего времени остаются недостаточно исследованными вопросы оценки эффективности применения различных технических решений для построения ФММСС с учетом оказываемых услуг.

В частности, остаются слабо проработанными вопросы связи пропускной способности ФММСС с набором основных услуг, оказываемых оператором связи и их влияние на выбор технического решения.

В соответствии с целью работы основными задачами исследования являются:

1. Анализ существующих технологий построения фрагментов ММСС.

2. Исследование ФММСС и разработка методики оценки фрагмента ММСС, построенного на базе топологии «точка-точка».

3. Разработка методики поиска рационального технического облика (ТО) фрагмента ММСС (формальное введение понятие ТО и рационального ТО дано в первом разделе).

4. Оценка затрат на создание и применение ФММСС с учетом оказываемых услуг.

Научная новизна работы: систематизированы основные технологические варианты у построения фрагмента ММССпроанализированы и получены подходы к установлению соотношения стоимости затрат на реализацию, состав и технические характеристики фрагмента ММСС, реализующего заданный набор услуг, выработаны рекомендацииисследованы и получены подходы к оценке эффективной пропускной способности с учетом состава интегрированного трафика, технических характеристик, заданного набора услуг фрагмента ММСС, определен удельный коэффициент «эффективность/стоимость» для выявления рационального варианта технического облика фрагмента ММСС на множестве альтернативс учетом заданных характеристик, требований к эффективной пропускной способности и стоимости фрагмента ММСС для передачи интегрированного трафика, разработана методика оценки фрагмента магистральной мультисервисной сети связи.

Практическая значимость работы состоит: в возможности установления взаимосвязей между стоимостью затрат на реализацию фрагмента ММСС, его составом и техническими характеристиками для оптимизации при проектировании ММСС. в определении эффективной пропускной способности с учетом состава интегрированного трафика, технических характеристик, заданного набора функций/услуг фрагмента ММСС, а также удельного коэффициента эффективность/стоимость" для выявления рационального варианта технического облика фрагмента ММСС на множестве альтернативв использовании разработанной методики оценки фрагмента ММСС для исследования и проектирования ММСС, выработки рекомендаций по определению основных направлений развития ММСС операторовметодический аппарат позволяет оптимизировать структуру и стоимость ММСС с учетом оказываемых и планируемых для введения услуг.

Диссертация состоит из введения, трех основных разделов и заключения.

Выводы.

Разработанная методика технико-экономической анализа пропускной способности фрагмента мультисервисной магистрали телекоммуникационного оператора позволила решить задачу выбора ТО ФММСС. Исходя из заданных условий, удалось провести анализ трех вариантов ТО ФММСС и выбрать из них рациональный вариант ТО ФММСС. В нашем случае наиболее рациональным вариантом построения ФММСС признан второй вариант технического решения, основанный на технологии PoS, где голос передается по технологии VoIP.

Заключение

.

Проведенное исследование подтверждает движение телекоммуникаций в сторону создания ММСС для эффективной передачи интегрированного трафика и максимизации перечня услуг, что обуславливает актуальность работы. Автором систематизированы данные о возможных технологических вариантах построения ФММСС. Для оценки ФММСС автором было введено понятие технического облика ФММСС.

Анализ научных работ показал, что недостаточно проработанным вопросом в области оценки ФММСС остается вопрос выбора соответствующих технологий передачи трафика с учетом экономически оправданных затрат на реализацию соответствующих услуг. Это обуславливает научную новизну работы и дополняет ранее известные исследования российских и зарубежных ученых, работавших в области исследования ММСС.

Разработан методический аппарат, позволяющий оценить технический облик фрагмента магистральной мультисервисной сети связи, реализующейся на базе технологий коммутации в зависимости от заданных и оцениваемых характеристик ФММСС, а также характеристик магистрального канала и интегрированного трафика. Сформулирована математическая постановка задачи исследования и схема проведения исследования по оценке технического облика ММСС. Разработаны обобщенные функциональные и структурные схемы ФММСС.

Проведена оценка затрат на передачу интегрированного трафика через фрагмент ММСС. С этой целью были адаптированы существующие методы: ФСА, аналитического моделирования, доработанные автором с учетом специфики решаемой задачи и позволяющие, таким образом, оценивать различные варианты технического облика фрагмента ММСС в зависимости от характеристик трафика и магистрального канала. Для постановки задачи использовался методологический аппарат теории исследования операций, как адекватный для формализации данной задачи. Применение метода ФСА обусловлено рядом факторов, которых строго формализовать достаточно сложно.

Данная методика позволяет провести выбор рационального варианта ТО ФММСС (состав, характеристики и технологические решения) по критерию «эффективность/стоимость».

С использованием разработанного методического аппарата, автором проведено исследование по оценке трех вариантов ТО фрагмента магистральной мультисервисной сети телекоммуникационного оператора с учетом заданных и оцениваемых данных. В рамках заданных условий и ограничений рациональным вариантом построения ФММСС, признан вариант, основанный на маршрутизаторах соединенных по технологии PoS, где голос передается по технологии VoIP.

По материалам работы проведена экспертиза и выданы рекомендации по построению ММСС в открытых акционерных обществах «Мобильные Телесистемы», ОАО «Рустел». Основные подходы, сформулированные автором в работе, внедрены и активно используются в производственном процессе компании «Инлайн технолоджис».

Внедрение методики позволило провести научное обоснование планируемых технических инноваций построения ММСС, принять верное решение по дальнейшему развитию ММСС, обеспечив эффективное построение бизнеса, основанного на ММСС. Также эффект выразился в построении рациональных вариантов ММСС, что позволило сэкономить значительные средства, выделяемые на информационные технологии. Внедрения подтверждены соответствующими актами.

Автором внедрена в учебный процесс лабораторная работа и подготовлен курс лекций. На основе методики разработана компьютерная.

100 программа на базе пакета Mathcad 8.0, позволяющая получить рациональный вариант технического облика фрагмента ММСС.

Основные положения диссертации, полученные автором в диссертационной работе, изложены в 14 тезисах докладов на научно-технических конференциях и научных статьях.