Современные информационные технологии/4. Информационная безопасность

Чепак В.С., Червинский В.В.

Донецкий национальный технический университет, Украина

Особенности модернизации транспортной телекоммуникационной сети г. Донецка с целью повышения ее надежности

Надежность транспортной телекоммуникационной сети является таким же важным показателем как прочность фундамента здания. Провайдеры, поставщики услуг и операторы сетей связи стремятся повысить показатель надежности работы телекоммуникационной сети, то есть способность сети выполнять функции передачи с надежностью, установленной нормами в течение долгого времени.

Рассмотрим типовую городскую транспортную телекоммуникационную оптическую сеть на примере сети г. Донецк (рис. 1).

Рис.1. Структурная схема существующей транспортной телекоммуникационной сети г.Донецка

Сеть построена по двухволоконной схеме с механизмом «самовосстанавливающееся кольцо». Архитектурным решением является радиально-кольцевая топология.

Основным сдерживающим фактором в повышении надежности данной сети является единственная связь всех колец через центральный узел – ядро сети. В результате аварии на центральном мультиплексоре ядра разрывается связь между всеми кольцами, а также связь с сетями верхнего архитектурного уровня: с магистральными сетями областного и государственного уровня. Также, в случае аварии на одном из участков или узлов транспортной сети существует только 3 возможных пути обхода повреждения. Поэтому предлагается модернизировать приведенную выше телекоммуникационную сеть в соответствии с рисунком 2. Предлагается переключить одно из колец от ядра сети к двум соседним кольцам. Это даст возможность получить 5 резервных маршрутов в случае аварии на трассе.

Рис.2. Структурная схема модернизированной транспортной телекоммуникационной сети г.Донецк

Для данной модернизации с целью повышения надежности сети потребуется прокладка двух волоконных линий между кольцами №2 и №3, а также между №3 и №1. В первом случае расстояние между узлами сети составляет 3,7 км и 4,2 км во втором.

Оценим надежность существующей и модернизированной транспортной сети. Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно-логические схемы надежности, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно-логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность сети.

Расчеты показателей безотказности обычно проводятся в предположении, что как вся система, так и любой ее элемент могут находиться только в одном из двух возможных состояний - работоспособном и неработоспособном и отказы элементов независимы друг от друга. Состояние системы (работоспособное или неработоспособное) определяется состоянием элементов и их сочетанием. Поэтому теоретически возможно расчет безотказности любой сети свести к перебору всех возможных комбинаций состояний элементов, определению вероятности каждого из них и сложению вероятностей работоспособных состояний системы.

Произведем расчет структурно-логической схемы существующей сети (рис.3) от входной точки О до выходной - Х.

Рис. 3. Структурно-логическая схема существующей сети

Вероятность того, что сеть будет работоспособна равна:

Р₀=1-(1-Р₁·Р₃)·(1-Р₂·Р₄·Р₅)+Р6+1-(1-Р₁₀·Р₁₆)·(1-Р₉·Р₁₃·Р₁₅). (1)

Пусть все элементы сети будут равнонадёжными. Тогда:

Р₀=1-(1-Р²) ·(1-Р³)+Р6+1-(1-Р²)·(1-Р³). (2)

Зададимся надежностью элемента сети – Р = 0.9995 и подставив в выражение (12) произведем расчет. Получим Р₀ = 0,999496.

Произведем расчет структурно-логической схемы (рис.4), построенной с учетом модернизации телекоммуникационной сети. Данную структурно-логическую схему можно несколько упростить (рис.5).

Надежность отдельных узлов состоящих из равнонадежных элементов будет равна:

Р_А= 1-(1-Р²)·(1-Р³),

Р_B= P,

Рис. 4. Структурно-логическая схема модернизированной сети

Рис.5. Упрощенная структурно-логическая схема.

P_C= 1-(1-Р²)·(1-Р³),

P_D= (1-(1-P²)²)·Р.

Тогда:

Р_А= 0,999999

Р_B= 0,9995;

P_C= 0,999999;

P_D= 0,999499.

Для расчета надежности сложносоединенных систем при сравнительно небольшом количестве элементов можно воспользоваться методом прямого перебора. Он заключается в определении работоспособности каждого из возможных состояний системы, которые определяются различными сочетаниями работоспособных и неработоспособных состояний элементов.

Все состояния системы, представленной на рис. 5, занесены в табл. 1 (в табл.1 работоспособные состояния элементов и системы отмечены знаком “+“, неработоспособные - знаком “-“). По теореме умножения вероятностей вероятность любого состояния определяется как произведение вероятностей состояний, в которых пребывают элементы.

Таблица 1. Состояния системы

№	Состояние узлов				Состояние системы
	A	B	C	D
1	0	0	0	0	-
2	0	0	0	1	-
3	0	0	1	0	-
4	0	0	1	1	-
5	0	1	0	0	-
6	0	1	0	1	-
7	0	1	1	0	-
8	0	1	1	1	-
9	1	0	0	0	-
10	1	0	0	1	-
11	1	0	1	0	+
12	1	0	1	1	+
13	1	1	0	0	-
14	1	1	0	1	-
15	1	1	1	0	+
16	1	1	1	1	+

С учетом всех возможных состояний вероятность безотказной работы системы может быть найдена по теореме сложения вероятностей всех работоспособных сочетаний.

Общая вероятность того, что сеть будет работоспособна:

Р₀= Р_А·Р_С·(1-Р_B)·(1-P_D)+ Р_А·Р_С·P_D·(1-Р_B) + Р_А·Р_B·Р_С·(1-P_D)+ Р_А·Р_С· Р_B P_D) (3)

Подставив рассчитанные ранее значения, получим:

Р₀= 0,999997.

Выводы. Предложенный вариант модернизации транспотрной сети г. Донецка проведен с учетом проектирования и оценки показателей надежности сети, которые оказались выше, чем у существующей сети.

Литература:

1. Ушаков И. А. Надежность технических систем: Справочник. — М.: Радио и связь, 1985.— 608 с

2. Дружинин В.Г. Надежность автоматизированных систем. - 3-е изд., перераб. и доп. − М.: Энергия, 1977. - 536 с.