СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ УСЛУГ

Изобретение относиться к области информационных технологий и может быть использовано в инфокоммуникационных системах специального назначения (ИКС СН).

Существует известный способ управления потоками на основе способа рельефов, используемый в протоколах RIP (RFC 1058) (патент № US 200020003780 А1 от 4 февраля 2000 года) и протоколах OSPF (RFC 1247) (патент № US 20030218981 А1 от 23 мая 2002 года).

Решение экстремальной задачи управления потоками - некоторое управление , являющееся оптимальным управлением качеством функционирования ИКС СН, обеспечивающее качество обслуживания не ниже требуемого с заданной вероятностью.

В настоящее время в той или иной мере стандартизировано достаточно много способов управления качеством потоков для IP-сетей. Наиболее известным является протокол RIP (патент № US 200020003780 А1 от 4 февраля 2000 года, описан в документе RFC 1058) и протокол OSPF (патент № US 20030218981 А1 от 23 мая 2002 года, описан в документе RFC 1247). Они вычисляют маршруты в сетях IP, работая вместе с рядом других протоколов обмена маршрутной информацией. Несомненным их преимуществом является простота. Недостатком - способы управления качеством предоставляемых инфокоммуникационной системой услуг применимы исключительно для IP-сетей.

Многоуровневое управление ИКС СН в сложных условиях обстановки невозможно без гибкого оперативного распределения предоставляемых пользователям услуг в реальном масштабе времени. При этом обеспечение гибкости, масштабируемости и возможности наращивания номенклатуры требуемых услуг при управлении ИКС СН невозможно без рациональной организации процедур управления комплексом предлагаемых услуг, так как для выполнения конкретной задачи в различных сложных условиях каждому пользователю требуется определенное соотношение предоставляемых ИКС СН гарантированных инфокоммуникационных услуг.

Для решения этой задачи использована величина среднего значения числа операций, определяемый в плоскости предоставляемых услуг. В конечном счете, значениями показателей качественного функционирования соответствующих основных служб ИКС СН (например, IP-телефония, ПД, ЭП, ФО, ВКС и пр.), т.е. соответственно , , , , будут:

где O(i) - i-я операция, проводимая вышестоящей системой управления.

Таким образом, решена многокритериальная задача по такой организации управления услугами ИКС СН (совокупности предоставляемых услуг пользователям и прикладным процессам), которая обеспечит экстремум (или квантиль) показателю(я) эффективности функционирования ИКС СН при проведении O(i) операции, т.е.:

Первая задача решена методами многокритериальной оптимизации по Парето (решением задачи оптимизации является множество Парето) и оптимизацией по интегральному критерию, приведением к единому показателю как взвешенной сумме частных показателей (свертка). Более предпочтительным является второй подход, при котором выбирается управление качеством предоставляемых услуг, обеспечивающее выполнение условия b) в выражении (3).

Каждая служба ИКС СН при проведении операции 0(i) должна обеспечить соответствующим объектам определенный уровень услуг связи, который требует соответствующей организации этих служб. В условиях функционирования служб ИКС СН при конфликте и обострении обстановки их параметры, в общем случае, являются случайными величинами, а случайное время предоставления соответствующей услуги может быть получено при рассмотрении основных схем информационного взаимодействия компонент службы и будет равно сумме случайного числа случайных значений времен проведения технических операций по получению и предоставлению конкретному пользователю соответствующей инфокоммуникационной услуги:

где - случайное время проведения j-й технической операции по получению и предоставлению соответствующей инфокоммуникационной услуги пользователям и процессам.

Для приведенных основных служб ИКС СН и предоставляемых ими услуг получены соответствующие выражения:

Вместе с тем, учесть случайное число технических операций по предоставлению соответствующей инфокоммуникационной услуги ИКС СН на практике достаточно сложно, поэтому, т.к. для большинства используемых служб при организации обслуживания дисперсия случайного числа технических операций, как правило, невелика, использована величина среднего значения числа операций , т.е.

Для каждой технической операции длительностью , , , , известна и задана функция распределения случайного времени ее осуществления:

Для получения функций распределения величин (10)-(14) и, соответственно, вероятностей своевременного обслуживания требований, использовано преобразование Лапласа-Стилтьеса.

В силу мультипликативности свойств преобразований Лапласа-Стилтьеса, вероятности своевременного предоставления требуемых услуг при проведении O(i) будут следующими:

В выражениях (20)-(24) , , , и соответственно преобразования Лапласа-Стилтьеса функций распределения и

В случае достаточной сложности получаемых выражений для функций распределения величин (20)-(24), использованы процедуры четырех моментной аппроксимации с последующим применением семейства распределений Пирсона для выбора соответствующей аппроксимативной функции распределения для оценок , , , и .

В целом задача управления качеством предоставляемых ИКС СН услуг состоит в выборе управления, которое обеспечит:

Выражение типа квантили часть (b) в (25) признано основным при выборе

управления качеством функционирования. Поэтому процедура управления качеством предоставляемых услуг состоит в обеспечении такого режима, когда для выполнения конкретной операции обеспечивается своевременность предоставления номенклатуры необходимых услуг, т.е.:

Вероятность (26) характеризует выполнение требования (b) в выражении (25).

Однако сам выбор критериев эффективности стратегий управления ИКС СН не может быть формализован и базируется на результатах обоснования основных качественных показателей ее функционирования. Так если выбраны такие свойства ИКС СН как (вероятность своевременного предоставления соответствующей услуги и (среднее время предоставления услуги), то в качестве критериев оптимальности выработанного плана управления услугами, выбраны те, которые бы производят учет этих параметров при формировании плана управления, а процедура управления услугами в ИКС СН позволяет формировать план управления по значению оценки величины или по выполнению условия.

Естественно, что тогда в качестве показателя эффективности плана управления выбирается или , а правило выбора конкретного плана управления состоит в выборе такого плана, которому соответствует критерий или критерий . При этом формируется данные (БД) по значениям информации, агрегированной по конкретному показателю качества функционирования ИКС ВКС, представленной в виде матриц .

При выборе критерия оптимальности плана управления качеством функционирования учтена также степень сложности получения численного значения соответствующего показателя в контурах оперативного управления АСУ ИКС. Так получение достоверной (состоятельной) оценки вероятности своевременного предоставления услуги для всей ИКС СН представляет собой задачу достаточной сложности, практическое выполнение которой требует значительных временных и вычислительных затрат и, самое главное, не позволяет использовать эти значения при организации оперативного управления качеством функционирования ИКС СН. Это же справедливо и для такого показателя эффективности как вероятность отказа в предоставлении услуги, вероятность отказа в обслуживании требования и т.д.

В этом плане выбор показателяболее предпочтителен и для каждого фрагмента ИКС СН с однотипными информационными или телекоммуникационными технологиями формируются частные планы управления , в качестве критериев оптимальности которых выбираются . При этом возможны два варианта применения этих критериев при построении плана управления эффективностью. Первый вариант представляет собой непосредственное построение планов управления в ИКС СН по выбранному показателю . Он предусматривает уточнение текущих оценок показателей при обслуживании каждого потребителя услуг после успешно обслуженного требования или не обслуженного требования.

Вместе с тем данный вариант в явном виде не учитывает структурные изменения в ИКС СН в результате воздействий. Поэтому для оперативной реакции на них при управлении качеством функционирования ИКС СН введены соответствующие механизмы управления, которые блокируют на время восстановления вычисление оценок средних значений величин или , т.к. иначе это приведен к непредсказуемым искажениям данных о времени обслуживания.

Второй вариант связан с получением аналитических выражений для средних времен обслуживания для каждых служб уровневых компонент ИКС СН. Действительно среднее время обслуживания зависит от среднего времени задержки его на каждом узле услуг ИКС СН, среднего времени его непосредственного обслуживания, от длины трассы обслуживания, измеренной в числе обслуживаемых участков и времени передачи требования на трассе обслуживания.

В общем случае время обслуживания является величиной случайной. Известны вероятности соответствующих состояний узлов обслуживания ИКС СН P_io(t_c), …P_ir(t_c), …P_{i, n+s}(t_c).

В соответствии с этим задержка обслуживания возникает только тогда, когда вновь поступившее требование застанет все каналы обслуживания соответствующего узла услуг ИКС СН занятыми. Тогда среднее время задержки и обработки обслуживания на каждом узле услуг ИКС составит:

Аналитические выражения для средних времен обслуживания выделяют те параметры плана управления качеством функционирования ИКС, которые непосредственно влияют на качество обслуживания. Так, чем меньше в трассе обслуживаемых узлов услуг, тем, при прочих равных условиях, меньше среднее время обслуживания. То есть выделен один из параметров, непосредственно влияющий на механизм управления - это число обслуживаемых узлов услуг в трассе обслуживания. Среднее время обслуживания зависит также от времени задержки обслуживания на каждом узле услуг - это второй параметр. Пропускная способность каналов и трактов в уровневых сетях обслуживания - третий параметр, определяющий формирование плана управления.

Таким образом исходя из определенного существенного свойства ИКС - среднего времени обслуживания пользователей системы управления ИКС или КСА ПУ АСУ ИКС, возможно выделить параметры (показатели), по которым необходимо осуществлять формирование плана управления и строить исходя из этого процедуры управления. При этом сами процедуры формирования плана управления качеством функционирования можно осуществлять путем построения на каждой выделенной уровневой сети обслуживания ИКС некоторого рельефа качества, в котором значение единицы высоты задается величиной .

Матрица , которая формируется на каждом i-м центре управления качеством функционирования, полностью определяет план управления на заданный момент времени. Так, при поступлении требования на обслуживание в адрес j-го узла услуг в матрице Т_i выбирается столбец, соответствующий j-му узлу предоставления

информационных или телекоммуникационных услуг. В нем ищется минимальный элемент, затем второй по значению, третий по значению и т.д. при условии выполнения требования по своевременности, т.е.

. Строки, в которых они расположены, и определяют план управления, т.е. каким образом осуществляется предоставление комплекса услуг, чтобы выполнялось условие части (b) (25). Они служат в качестве одной строки в матрице , задающей план управления качеством

услуг с очередностью выбора вариантов (вариант первого выбора, вариант второго выбора, вариант третьего выбора и т.д.). Естественно следует ограничить число вариантов выбора. В практически реализуемых вариантах построения системы управления ИКС целесообразно ограничиться тремя вариантами. В этом случае матрица будет иметь три столбца.

Естественно, что децентрализованный вариант реализации предложенной процедуры формирования плана управления в целом отвечает требованиям безопасности процедур управления качеством функционирования (при условии применения защищенных протоколов управления и организации передачи управляющей информации по защищенным каналам связи информационной управляющей сети АСУ ИКС). Действительно в каждом центре управления качеством функционирования ИКС для данной уровневой сети обслуживания хранится только матрица высот качественных показателей , по которой восстановить структуру всей сети обслуживания ИКС невозможно, а это существенно затруднит осуществление несанкционированных вмешательств в процессы управления.

Всякие изменения в уровневой сети обслуживания (отказ виртуальных каналов, серверов, коммутаторов ЛВС, криптомаршрутизаторов информационной управляющей сети АСУ ИКС и т.д.) отображаются в изменениях матрицы . В противном случае сформированные матрицы планов управления будут неверными, т.е. план управления не будет соответствовать ситуации, сложившейся в сети обслуживания.

Коррекция матриц производится синхронно по всем компонентам ИКС, но для разных компонент с разной периодичностью.

Синхронный вариант предусматривает коррекцию матриц периодически через равные промежутки времени.

Коррекция плана управления осуществляется путем обмена между всеми центрами управления минимальными вектор-посылками. При этом минимальный вектор-посылка, который i-й центр управления качеством функционирования пересылает всем соседним центрам управления (причем каждому свой вектор-посылку), вычисляется по матрице . При этом в каждом столбце матрицы , соответствующей β-му узлу предоставления услуг, выбирается минимальный элемент. Из всех минимальных элементов формируется строка. Затем ко всем элементам строки добавляется единица высоты, за исключением того элемента, который соответствует номеру центра, кому будет послан этот минимальный вектор-посылка.

Если какой-то виртуальный канал или узел предоставления услуг уровневой сети обслуживания отвечает отказом в обслуживании (или вышел из строя), то минимальный вектор-посылка соответственно не будет передан. Этот факт фиксируется соседними центрами управления в матрицах и идентифицируется как отказ связывающей обслуживающей линейки. При этом отказ или выход из строя узла предоставления услуг может быть идентифицирован как отказ или выход из строя всех связанных с ним виртуальных каналов. В результате нескольких последовательных взаимных обменов минимальными вектор-посылками все центры управления скорректируют свои матрицы и таким образом будут оповещены обо всех изменениях и соответствующий план управления будет откорректирован.

Таким образом, разработанный способ управления качеством услуг, предоставляемых ИКС СН, представлен следующей схемой (фиг. 1).

Проверка предложенных способов управления качеством предоставляемых услуг осуществлялась на имитационной модели уровневой сети ИКС СН с реализацией имитирующих изменений в ней, характерных для различных условий функционирования. Моделирование процедур управления на основе разработанного способа для различного числа предоставляемых услуг показало, что при применении разработанных способов управления предоставлением услуг происходит значительное улучшение качественных показателей уровневого компонента в части предоставления конкретных услуг.

Моделирование показывает существенный прирост в 1,3…1,5 раза среднего числа своевременно обслуженных требований по сравнению с применяемым методом фиксированного назначения услуг при проведении операции (фиг. 2).