Методика формирования системы управления транспортной сетью связи ОАО "РЖД" Логин Элина Валерьевна

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Транспортная сеть связи (ТрС) является одним из ключевых элементов телекоммуникационной сети. При этом каждый элемент ТрС характеризуется рядом параметров, которые отражают его состояние. На сегодняшний день количество этих параметров заметно увеличилось в связи с растущим разнообразием и сложностью телекоммуникационного оборудования. С увеличением разнородности телекоммуникационного оборудования в составе сети растет спектр подходов к управлению ТрС, ориентированных как на решение бизнес-задач, так и на решение задач эксплуатации и оперативно-технического управления. В связи с начавшейся модернизацией ТрС ОАО «РЖД» стали появляться отдельные фрагменты сетей связи ОАО «РЖД» на базе технологии Carrier Ethernet (СЕ). При этом управление сетями связи, работающими на базе новых технологий, невозможно без модернизации существующей системы управления (СУ) путем разработки модулей сетевого управления, которые позволят реализовать все возможности ТрС на базе пакетных технологий. Таким образом, в связи с существенным изменением сетевых технологий, составляющих основу транспортного уровня сети, изменением процессов функционирования сетевых элементов и их взаимодействия, изменением механизмов контроля функционирования ТрС, требуется разработка новой архитектуры СУ ТрС и соответствующей методики по формированию системы управления транспортной сетью связи ОАО «РЖД».

Степень разработанности темы. Вопросам применения аппарата агентного управления посвящены работы Тарасова В. Б., Городецкого В. И. Теоретические и прикладные разработки в области управления телекоммуникационными сетями связи отражены в работах: Лихачева А. М., Котенко И. Г., Одоевского С. М., Канаева А. К., Саенко И. В., Боговика А. В., Боева В. Д., Яшина А. И., Сахаровой М. А., Опарина Е. В.

Цели и задачи. Целью исследования является повышение оперативности функционирования системы управления транспортной сетью связи на технологическом и оперативно-техническом уровнях управления.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проведен анализ и обоснование выбора технологии построения сетей операторского класса на базе технологии Carrier Ethernet;

2. Проведен анализ механизмов управления ТрС в рамках концепции «Оperation, Аdministration, Мaintenace» (ОАМ) и выделены ключевые механизмы для достижения цели исследования;

3. Проведен анализ основных задач, функций и существующих подходов к построе
нию СУ ТрС и сформулированы основные требования к ней;

4. Разработана концептуальная модель СУ ТрС, включающая мультиагентную
систему управления (МАСУ);

5. Разработана структура МАСУ, представленная в виде совокупности
взаимосвязанных блоков и решаемых ими задач;

6. Разработаны модели процессов управления транспортной сетью связи на основе технологии Carrier Ethernet, обеспечивающие реализацию процесса периодического контроля и управления состоянием ТрС в рамках механизмов технологии СЕ;

7. Разработана модель функционирования и управления транспортной сетью связи, как составляющая мультиагентной системы управления;

8. Разработана методика формирования системы управления транспортной сетью связи на основе технологии Carrier Ethernet.

Объектом исследования является система управления транспортной сетью связи. Предметом исследования являются модели и методика формирования системы управления транспортной сетью связи.

Научная задача: разработка методики формирования системы управления транспортной сетью, учитывающей особенности технологии Carrier Ethernet и позволяющей обеспечивать заданную оперативность управления в условиях крупного масштаба сетей.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. На основании проведенного системного анализа функционирования ТрС с использованием технологии СЕ сформирована ее архитектура и приведены характеристики ее отдельных элементов;

2. На основании проведенного анализа механизмов ОАМ в технологии СЕ сформировано множество элементов ТрС СЕ, классифицированных по группам, с выделением необходимого множества диагностических параметров для каждого элемента и механизмов контроля и управления элементами сети;

3. Проведен анализ основных задач, функций и существующих подходов к построению СУ ТрС, а также сформированы основные требования к ней на основе оригинального комплекса параметров, характеризующих систему управления ТрС, отличающийся комплексным подходом к оценке СУ ТрС на этапах планирования и проектирования СУ ТрС;

4. Разработанная концептуальная модель системы управления транспортной сетью на основе технологии СЕ отличается от известных учетом особенностей технологии СЕ, как в части функционирования отдельных элементов ТрС, так и процессов сетевого взаимодействия, что позволяет осуществлять процессы сетевого управления ТрС на базе технологии СЕ;

5. Разработанная структура МАСУ в составе СУ ТрС, представленная в виде совокупности взаимосвязанных блоков, отличается от известных применением мультиагент-ного аппарата управления, что позволяет строить СУ для ТрС большого масштаба и сложности;

6. Разработанные модели процессов управления транспортной сетью связи на основе технологии Carrier Ethernet отличаются от известных учетом процессов контроля состояния, выявления неисправностей и восстановления элементов ТрС на основе базовых механизмов контроля и управления состоянием элементов (ОАМ) ТрС и с использованием статистически полученных функций распределения случайных величин изменения состояния элементов ТрС, что позволяет определять временные характеристики функционирования ТрС и оценивать вклад различных подпроцессов в оперативность контроля и управления ТрС.

7. Разработанная модель функционирования и управления транспортной сетью
связи, как составляющая мультиагентной системы управления, отличается от известных
включением в модель как объекта управления – ТрС, так и СУ на основе аппарата агент-
ного моделирования, что позволяет строить модели большого масштаба и сложности с
учетом различных функций распределения случайных величин отказа и восстановления
элементов и реализация СУ функций поддержания связности сети.

8. Разработанная методика формирования системы управления транспортной сетью
связи на основе технологии Carrier Ethernet отличается от известных применением ком
плекса оригинальных моделей и научно-технических предложений, позволяющих форми
ровать СУ ТрС на базе СЕ, отвечающую требованиям по оперативности реализации цикла
управления и позволяющая минимизировать финансовые и технические ресурсы, связан
ные с последующей эксплуатацией ТрС.

Теоретическая значимость работы состоит в расширении методической базы по формированию и проектированию МАСУ в структуре СУ ТрС с учетом требований к оперативности управления в условиях крупного масштаба сетей и особенностей технологии Carrier Ethernet. В качестве теоретической базы в диссертации сформирована концептуальная модель системы управления ТрС с применением разработанной мультиагентной системы управления.

Практическая значимость результатов диссертационной работы.

Практическая значимость диссертации определяется применимостью ее результатов в существующих и перспективных комплексах систем управления и технической эксплуатации сетевых элементов Carrier Ethernet в сетях крупного масштаба на основе агентной модели, доведенной до реализации в виде программного модуля управления. Возможность развития и модернизации существующих СУ ТрС путем применения модулей программного обеспечения, реализующих предложенную МАСУ.

Практическая значимость разработанных моделей функционирования ТрС с использованием технологии Carrier Ethernet заключается в возможности формирования на их основе требований к СУ ТрС в частности к значениям временных характеристик функционирования отдельных подпроцессов в СУ ТрС на этапе проектирования СУ для различных условий ее применения.

Практическая значимость методики формирования МАСУ в СУ ТрС заключается в наличии предложенной интеграции программных модулей МАСУ, в составе СУ ТрС.

Методология и методы исследования. В работе использованы как теоретические, так и экспериментальные методы исследования.

Теоретические методы исследования основаны на фундаментальных положениях теории систем, теории управления, теории вероятностей, теории построения мультиагент-ных систем, теории надежности.

Экспериментальные методы исследования включают: методы математической статистики, метод имитационного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

7. Модели процессов управления транспортной сетью связи на основе технологии Carrier Ethernet;

8. Модель функционирования и управления транспортной сетью связи, как составляющая мультиагентной системы управления;

9. Методика формирования системы управления транспортной сетью связи на основе технологии Carrier Ethernet.

Личный вклад. Все результаты, излагаемые в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Реализация и внедрение работы. Результаты диссертационной работы, включая все модели, методику и научно-технические предложения, используются на ряде предприятий: ЗАО «Институт телекоммуникаций», ОАО «Супертел», и в учебном процессе ФГБОУ ВО ПГПУС.

Степень достоверности. Обоснованность и достоверность полученных результатов в диссертации обеспечивается системностью подхода к построению концептуальной модели СУ ТрС на основе современных стандартов и регламентирующих документов. Формирование МАСУ проводилось с применением фундаментальных достижений в области СУ сетями связи как объектом, относящимся к сложным техническим системам электросвязи.

Адекватность применяемого аппарата агентного моделирования при решении задач распределенного управления ТрС обеспечивается обоснованным выбором исходных данных при разработке и моделировании процессов контроля и управления состоянием ТрС, а также сопоставимостью результатов теоретических исследований, выполненных автором диссертации с результатами, содержащимися в трудах ведущих ученых.

Адекватность применения аппарата агентного моделирования, используемого при описании процессов функционирования СУ ТрС, достигается обоснованным выбором исходных данных, корректностью вводимых ограничений и допущений, непротиворечивостью и строгой аргументацией полученных теоретических результатов.

Достижение цели диссертационной работы подтверждено по критерию оперативности выполнения цикла управления состоянием ТрС.

Достоверность полученных результатов подтверждается положительными отзывами и одобрением, полученными при апробации новых научных результатов на научно-технических и научно-практических конференциях и семинарах.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях и семинарах: IV международная научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфотелеком-муникаций в науке и образовании» (г. Санкт-Петербург, СПбГУТ им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, 3 – 4 марта 2015 г.); VII Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы науки, технологии и производства» (г. Санкт-Петербург, 20 – 21 марта 2015 г.); XIX Международный симпозиум «Электрификация, развитие электроэнергетической инфраструктуры и электрического подвижного состава скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта» (Элтранс-2017) (г. Санкт-Петербург, 18 – 20 октября 2017 г.); 68, 69, 70, 71, 72 всероссийские научно-технические конференции, посвященные Дню Радио (г. Санкт-Петербург, СПбНТОРЭС, 18 – 26 апреля 2013 г., 17 – 25 апреля 2014, 17 – 25 апреля 2015 г., 20 – 28 апреля 2016 г., 27 – 29 апреля 2017 г.).

Основные положения работы также, обсуждены и одобрены на научно-технических семинарах «Методы анализа телекоммуникационных систем и сетей» кафедры «Электрическая связь» ФГБОУ ВО ПГУПС в 2013 – 2017 гг.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе четыре – в рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 102 наименований, 5 приложений, изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 22 таблиц и 40 рисунков.