Система мониторинга и управления сетью

Как современные цифровые системы связи, так и будущие мультисервисные сети являются сложными и большими техническими системами, процесс функционирования которых имеет стохастиче­ский характер. Их процессы функционирования реализуются сложны­ми алгоритмами, которые зачастую являются эвристическими. Мультисервисные сети будут состоять из большого количества разнотип­ных компонентов, распределенных на большой территории. Эти компоненты имеют сложную структуру и алгоритмы взаимодействия, иони функционируют при наличии ненадежных элементов, в условиях реальных помех, а также пассивного и активного противодействия, в том числе и информационного.

На этапах разработки и проектирования мультисервисной сети, в условиях ее реального функционирования и развития, в соответствии с требованиями обеспечения качества обслуживания и надежности, живучести и информационной безопасности, возникает задача оцени­вания широкого класса вероятностно-временных характеристик. Это вызывает необходимость разработки соответствующего математического аппарата для анализа таких сложных систем, создания системы мониторинга мультисервисной сети и управления сетью в реальном масштабе времени. Необходимость управления может возникнуть в результате развития и возникновения различных нештатных ситуаций в процессе функционирования сети. К таким нештатным ситуациям относятся: перегрузка сети в целом, перегрузка ее отдельных компо­нентов или сегментов, выход из строя отдельных компонентов сети из строя, преднамеренное нарушение нормального процесса функцио­нирования сети. Независимо от типа нештатной ситуации, с точки зрения поведения сложной системы, какой является информационная сеть, ее последствия заключаются в полном или частичном отказе функционирования компонент сети, снижении ее производительности в целом и отдельных компонент, нарушении связности сети, а также в ухудшении качества обслуживания некоторой части абонентов, и в искажении или уничтожении информации, предоставляемой им. Эти компоненты могут быть как аппаратными (временный вывод из строя маршрутизатора или сервера), так и программными (неверное функционирование программы пакетирования сообщений или направле­ние трафика неверному адресату). Эти ситуации могут привести, на­пример, к появлению хаотического трафика на сети. Отметим, что, с точки зрения моделирования аппаратные и программные компоненты равнозначны. И те, и другие - суть средства, предназначенные для обработки и пересылки информации. Таким образом, поскольку все эти перечисленные ситуации приводят к ненадежному функциониро­ванию как различных компонент в отдельности, так и всех информа­ционных сетей в целом, мы приходим к необходимости их всесторон­него и тщательного математического анализа и моделирования на этапах проектирования, разработки, эксплуатации и модернизации.

Таким образом, основными задачами системы мониторинга и управления сетью являются следующие:

- обнаружение предвестников нештатных ситуаций определенного типа в течение заданного интервала времени с заданной вероят­ностью.

- локализация нештатной ситуации определенного типа с заданной вероятностью (определение множества компонентов сети, в кото­рых эта ситуация развивалась).

- выработка и реализация мер, осуществляющих нейтрализацию обнаруженной и локализованной нештатной ситуации.

Исходя из характера функционирования мультисервисных сетей и основных задач их мониторинга, основным принципом построения системы мониторинга и обнаружения нештатных ситуаций видится ее построение в виде специализированной распределенной обучающей­ся экспертной системы. Это вызвано тем, что в реальных телекомму­никационных сетях объем информации, на основе которой приходит­ся принимать решение, является очень большим, а сама информация является не полностью достоверной, устаревшей, а также искаженной этими же нештатными ситуациями.

Основными факторами, влияющими на информацию, на основе которой будут приниматься решения, являются следующие:

- распределенный характер функционирования мультисервисных сетей;

- многочисленность телекоммуникационных технологий, применяе­мых в мультисервисных сетях;

- конечная производительность мультисервисных сетей как в це­лом, так и ее компонентов в отдельности;

- ненадежность отдельных компонентов мультисервисных сетей;

- недостаточная информационная безопасность мультисервисных сетей;

- изменяющаяся во времени топология мультисервисных сетей;

- случайная, нестационарная и разнородная информационная на­грузка на мультисервисные сети;

- разнообразие типов нештатных ситуаций в мультисервисных сетях.

Эти факторы приводят к тому, что, кроме системы сбора, хране­ния, и передачи измерительной информации, одним из важных ком­понентов системы мониторинга и обнаружения нештатных ситуаций является экспертная самообучающаяся система, которая автомати­зировала бы управление сетью. Основным математическим аппара­том, на основе которого осуществляется построение систем обуче­ния, являются нейронные сети, которые, в общем случае, позволяют создавать самообучающиеся системы искусственного интеллекта. Вторым не менее важным, элементом системы мониторинга является система статистического анализа измерительной информации. Третьим элементом системы мониторинга является система матема­тического моделирования.

Система мониторинга и управления мультисервисной сетью долж­на обеспечивать:

- оценку соответствующего набора вероятностно-временных характеристик, как самой сети, так и ее системы мониторинга;

- определение оптимальных алгоритмов и режимов функционирова­ния сети в реальном масштабе времени;

- построение необходимых правил логического вывода для принятия управленческих решений с помощью экспертной системы обнару­жения нештатных ситуаций;

- своевременную идентификацию нештатных ситуаций на сети;

- быструю реализацию выработанных управленческих решений.

При этом необходимо отметить, что традиционные статистические методы расчета телефонных сетей малоприменимы, поскольку они предназначены для однородного трафика и дают лишь приблизи­тельные вероятностные оценки. Если клиент заключил договор, предусматри­вающий гарантированное соединение с гарантированным качеством сервиса, то сеть обязана предоставить ему такое соединение любой ценой.

Эффективные средства управления трафиком позволят сущест­венно изменить работу пользователей, повысить эффективность ис­пользования коммуникационного оборудования сети. С одной сторо­ны, например, используя Интернет на скорости 16 кбит/с, экономный пользователь сможет на некоторое время заказать для себя полосу пропускания 2 Мбит/с, чтобы загрузить большой файл, а затем возвратиться в обычный режим. Когда же он не работает в се­ти, его почтовый клиент сможет один раз в час автоматически под­ключаться в самом медленном (дешевом) режиме, чтобы принять и передать новые письма. С другой стороны, оператор мультисервисной сети или система управления сетью в реальном масштабе времени в автоматическом или полуавтоматическом режиме может осуществлять управление трафиком в сети с целью поддержания качества обслужи­вания подключившихся пользователей. Управление трафиком может заключаться, например, или в увеличении пропускной способности некоторых каналов передачи данных, или в изменении маршрута достав­ки данных по некоторым установленным соединениям, или в ограниче­нии входного трафика от менее приоритетных пользователей. Выра­ботка требуемых управленческих решений должна производиться на основе статистического анализа и прогноза трафика пользователей, загрузки коммуникационного оборудования сети, его технического со­стояния, проводимых профилактических и ремонтных мероприятий.