2.7.1 Общие принципы управления телекоммуникационными сетями.

2.7.1 Общие принципы управления телекоммуникационными сетями.

Развитие систем управления телекоммуникационными сетями обусловлено рядом причин:

– сети связи становятся сложными и все более неоднородными по структуре (транспортные, доступа, мобильные и т.д.) и по используемым средствам;
– все большее развитие получают локальные и метропольные вычислительные сети, которые должны выходить на сети общего пользования;
– появилось большое количество компаний, оказывающих телекоммуникационные услуги, которые должны соответствовать определенным показателям качества (стандарт ISO 9000);
– требуется высокая надежность информационных и телекоммуникационной сетей для обслуживания нужд государства и отдельных компаний (транспортировка грузов, финансовых учреждений, образование, наука и т.д.);
– рост объемов информационного обмена между странами, создание межнациональных сетей связи.

По этим причинам МСЭ-Т разработал серию рекомендаций под общим индексом М.3х, в которой излагаются общие и детальные принципы планирования, функционирования и технического обслуживания сети управления электросвязью TMN (Telecommunications Management Network).

Сеть TMN обеспечивает функции управления для сетей телекоммуникаций и услуг этих сетей и предлагает электросвязь между ею самой и сетями связи и их услугами (рисунок 2.59).

Рисунок 2.59 Взаимосвязь между сетьюTMN и сетью электросвязи.

Ниже приведены примеры сетей телекоммуникаций и услуг электросвязи, а также типов аппаратуры которыми может управлять TMN:

– сети общего и частного пользования, включая цифровые (У–ЦСИС, Ш–ЦСИС), сети подвижной связи, частные (корпоративные) телефонные сети, виртуальные сети и интеллектуальные сети, транспортные, доступа;
– сама сеть TMN может быть управляемой;
– аппаратура передачи PDH, SDH, ATM, OTN (мультиплексоры, кроссовые коммутаторы, усилители, транспондеры и т.д.);
– цифровые и аналоговые системы передачи (волоконно-оптические, радиорелейные, спутниковые, кабельные);
– системы восстановления (резервирования);
– операционные системы и их периферия;
– центральные, интерфейсные процессоры, контроллеры, файловые процессоры и т.д.;
– цифровые и аналоговые коммутационные станции;
– локальные, метропольные, глобальные компьютерные сети;
– сети с коммутацией каналов и пакетов;
– терминалы и системы сигнализации, включая транзитные пункты сигнализации и базы данных реального времени;
– учрежденческие АТС и терминалы пользователей;
– терминалы пользователей У–ЦСИС и Ш–ЦСИС;
– взаимодействующие вспомогательные системы (электропитание, кондиционеры, сигнализация и т.д.).

При управлении этими сетями операционные системы производят обработку всей информации, необходимой для выполнения функций управления.

Рабочие станции обеспечивают пользовательский, как правило графический, интерфейс, посредством которого обслуживающий персонал взаимодействует с сетью управления.

Сеть передачи данных предназначена для организации связи между сетевыми элементами, аппаратными системами и другими устройствами сетей управления.

Как не трудно заметить, TMN является самостоятельной сетью, имеющей интерфейсы с сетью электросвязи в нескольких точках для получения информации и управления ее работой. В некоторых случаях, например в SDH сети, TMN использует каналы управляемой сети.

Концепцией TMN предусмотрено иерархическое построение системы управления, которая имеет пирамидальную форму (рисунок 2.60).

Рисунок 2.60 Уровни управления в TMN.

TMN содержит следующие уровни:

– сетевые элементы;
– управление сетевыми элементами;
– управление сетью;
– управление услугами;
– административное управление.

Самый нижний уровень это управляемая сеть со всеми ее ресурсами и состояниями. Каждый выше лежащий уровень управления имеет более высокую степень обобщения информации управления чем ниже лежащий. Информация для управления следует вверх, а вниз поступают управляющие воздействия.

Как правило, чем выше уровень управления, тем ниже его степень автоматизации.

– Уровень управления элементами сети включает в себя контроль, отображение параметров функционирования, техническое обслуживание, конфигурирование применительно к отдельным устройствам сети (например, мультиплексорам, базовым станциям, коммутаторам) или их группам. Функции этого уровня управления, иногда называемого нулевым, могут быть выполнены с использованием графического терминала, стыкуемого непосредственно с сетевым элементом или стыкуемого удаленно, т.е. сеть передачи данных.
– Уровень сетевого управления обеспечивает охват функциями управления группы сетевых элементов, составляющих во взаимосвязи единую сеть со всеми ресурсами. Например, транспортная сеть с секциями, трактами, каналами, средствами резервирования.
– Уровень управления услугами поддерживает предоставление услуг электросвязи пользователям, т.е. в отличие от ниже расположенных уровней нацелен на потребителей услуг связи. Ключевым фактором на этом уровне является обеспечение качества услуг, привлечение потребителей новыми услугами.
– Уровень административного управления предназначен для поддержки функционирования компании-оператора сети связи. На этом уровне решаются проблемы инвестиций, проектов развития, кадровые вопросы, взаимодействие с другими операторами, органами государственного управления и т. д.

В значительной степени отработаны задачи управления на первых двух уровнях (сетевых элементов и сети) и совершенствуются методы и средства управления услугами. Существенной подвижки в автоматизации административного уровня управления не наблюдается.Все функции управления в телекоммуникациях условно принято разбивать на общие и прикладные.
Общие функции управления состоят в поддержке прикладных и включают в себя сбор, обработку, хранение информации управления, выдачу этой информации по запросу, отображение в удобном формате, например, на графическом терминале.

Прикладные функции управления, определенные ISO, делятся на пять групп:

– управление конфигурацией (сетевого элемента, сети, услуг);
– управление качеством работы (сетевого элемента, сети, услуг);
– управление устранением неисправностей (сетевого элемента, сети, услуг);
– управление расчетами (техническими, бухгалтерскими);
– управление безопасностью (сетевого элемента, сети, услуг).

Для реализации функций управления в сети TMN рекомендовано рассматривать три архитектуры управления, которые при планировании и разработке сети TMN должны рассматриваться раздельно.
Эти архитектуры называются: функциональная, информационная и физическая.
Функциональная архитектура основана на ряде блоков функций TMN. Эти блоки поддерживают общие функции управления TMN.

Для переноса информации между блоками функций используется функция передачи данных. Пары блоков функций TMN разделены опорными точками (рисунок 2.61).

Рисунок 2.61 Функциональная архитектура TMN.

Основные составляющие функциональной архитектуры TMN:

NEF, Network Element Function – функции сетевого элемента;
QAF, Q-Adapter Function – функции Q-адаптера;
MF, Mediation Function – функции медиатора (промежуточного устройства);
OSF, Operations System Function – функции операционной системы сети управления;
WSF, Work Station Function – функции рабочей станции сети управления (графического терминала);
f, qx, q₃, x – эталонные точки разграничения функций.

Назначение функциональных блоков и точек рассмотрено ниже.
Блок функций операционной системы (OSF)
обрабатывает информацию, относящуюся к управлению электросвязью, с целью контроля (координации и/или управления).

В соответствии с иерархией уровня управления определяются OSF:

управления сетевыми элементами (NE-OSF);
управления сетью (N-OSF);
управления услугами (S-OSF);
административного управления (B-OSF).

Функциональная иерархия OSF показана на рисунке 2.62.

Рисунок 2.62 Функциональная иерархия операционных систем.

Блок функций элемента сети (NEF) связан с действием сети электросвязи и с сетью TMN с целью его контроля и/или управления. Функции NEF являются объектом управления. Эти функции не относятся к сети TMN, т.к. они принадлежат конкретной сети электросвязи. Однако часть функций NEF может составлять предмет TMN, например, передача данных управления через каналы, образуемые в управляемой сети, или, другой пример, интерфейс сетевого управления, размещаемый в сетевом элементе.

Блок функций рабочей станции (WSF) обеспечивает средства для интерпретации информации сети TMN пользователю информации управления – человеку. Таким образом к WSF относятся средства стыка с пользователем – человеком, например, графический терминал с ясным представлением функций управления. Считается, что подобного рода средства не являются частью сети TMN и поэтому они показаны на рисунке за границей TMN.

Блок функций Q-адаптера (QAF) используется для подключения к TMN в виде части сети TMN тех объектов, которые не наделены в общем функциями TMN, например, устаревшие виды оборудования передачи и коммутации, или оборудование, в котором реализованы другие, не относящиеся к TMN, функции управления.

Блок функций медиатора (MF) обрабатывает информацию, проходящую между блоками OSF и NEF (или QAF), для обеспечения гарантии соответствия ожиданиям блоков функций, присоединяемых к MF. Блоки MF могут хранить, адаптировать, фильтровать, ограничивать и сжимать информацию для управления.

Опорные (эталонные) точки между функциональными блоками определены в виде трех классов:

q – класс межу функциями OSF, QAF, MF и NEF;
f – класс присоединения функций WSF;
x – класс между функциями OSF разных TMN.

Точки q, f, x определяют границы услуг управления между двумя блоками функций управления. Функции управления детально приписываются информационной архитектурой. При этом блоки функций, соединяемые через опорные точки, могут обеспечивать не всю сферу информационной архитектуры.

Опорные точки q различаются на qx и q₃. Они имеют различия в системе знаний управления. При этом для точки q₃ знания о управлении в системе блоков функций более глубокие чем для точки qx.
Опорные точки f поддерживают обмен информацией управления между WSF и OSF (MF), но только той информацией, которая может быть отображена в WSF.

Функции опорной точки x могут быть сходны с опорной точкой q₃, но относиться к среде между TMN.
Функция передачи данных между функциональными блоками заключается в транспортировке информации. При этом поддерживается переприем, маршрутизация, коммутация данных. Обычно для представления этих функций используют три уровня семиуровневой модели ISO/OSI (физический, канальный и сетевой).

Информационная архитектура сети TMN базируется на принципе “Менеджер–Агент”, разработанном для управления системами взаимосвязи открытых систем. “Менеджер” и “Агент” программные продукты. Менеджер направляет команды на выполнение операций управления и получает уведомления от агента, а агент непосредственно управляет соответствующими объектами. Агент формирует уведомления в сторону менеджера. Схема взаимодействия “Менеджер–Агент” приведена на рисунке 2.63.

Рисунок 2.63 Схема взаимодействия “Менеджер-Агент”.

Агент хранит собранную статистическую информацию в виде абстрактных моделей (объектов) в информационной базе MIB (Management Information Base). Объекты отражают состояние реальных ресурсов. При этом в структуре MIB объекты имеют иерархическую организацию, обычно в виде дерева MIT (Management Information Tree). Каждый объект описывается атрибутами (состояниями), которые также представлены в древовидной иерархии.

Один менеджер должен взаимодействовать с несколькими агентами и один агент может выполнять команды (при условии согласованности) нескольких менеджеров. Агент может по определенным причинам (например, безопасность информации) отвергнуть команды менеджера.

Для поддержки всего обмена по управлению между менеджером и агентом используются протоколы управления, такие как CMIP или SNMP.

CMIP, Common Management Information Protocol – протокол общей управляющей информации – стандарт ISO/ITU-T, обеспечивающий выполнение сложных операций средствами интеллектуальных агентов, когда по одной простой команде от менеджера могут быть выполнены сложные последовательности операций.

SNMP, Simple Network Management Protocol – простой протокол управления сетью, определенный стандартами TCP/IP, обеспечивает выполнение как простых так и сложных операций управления, однако требует многочисленных операций обмена между менеджером и агентом.

Объекты, помещаемые в MIB, разделены на классы управляемых объектов:

запись аварий;
профиль присвоения серьезности аварий;
запись об изменении значения атрибута (состояния);
соединение;
двунаправленная оконечная точка соединения;
кроссовые соединения;
управление сводкой текущих аварий;
дискриминатор продвижения данных о событии;
многоточечное кроссовое соединение;
запись о создании объекта;
запись о удалении объекта;
тракт;
двунаправленная оконечная точка тракта и т.д.

Функциональные блоки сети TMN используют системы “Менеджер-Агент” для выполнения операций управления. На рисунке 2.64 приведена схема последовательного взаимодействия в сети управления.

М – менеджер
А – агент

Рисунок 2.64 Пример последовательного взаимодействия в сети управления.

Для осуществления взаимодействия менеджер-агент системы должны разделять общую точку зрения или иметь информацию следующего вида:

способности используемых протоколов;
используемые функции управления;
классы управляемых объектов;
необходимости управляемого объекта;
санкционированные способности;
взаимосвязи содержимого между объектами.

Все указанные части информации определены ITU-T как знание для раздельного управления.
Физическая архитектура сети TMN включает в себя компоненты (устройства), которые являются физической реализацией функциональных блоков, сети передачи данных с соответствующими протоколами и интерфейсами. При этом протоколы имеют физическое и программное (протокольное) исполнение. Общая физическая архитектура управления приведена на рисунке 2.65.

Рисунок 2.65 Физическая архитектура управления.

Медиаторы, служащие для промежуточных обработок данных и их хранения, преобразования протоколов, являются факультативными устройствами и могут быть реализованы в сетевых элементах.

Интерфейсы Q₃, Q_x, F, X являются межоперационными, т.е. представляют собой формально определенный набор протоколов, процедур, форматов сообщений и семантики, используемых для передачи информации управления.

Пример формального определения интерфейсов Q₃ и Q_x приведен на рисунке 2.66, где формализация связана с протокольными уровнями моделей ISO/OSI (семь уровней) и TCP/IP (четыре уровня).

Рисунок 2.66 Примеры формального определения интерфейсов управления ISO/OSI и TCP/IP.

Сокращения, приведенные на рисунке 2.66:

ACSE, Association Control Service Element – элемент услуги контроля ассоциации (группы);
ASN, Abstract Syntax Notation One – абстрактное описание синтаксиса;
CMISE, Common Management Information Services Element – элемент службы общего информационного управления;
CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/ Colision Detection – множественный доступ с опросом состояния канала и обнаружением конфликтов;
LAPD, Link-Access Procedure D – процедура доступа к каналу данных D;
NMASE, Network Management Association Services Element – элемент ассоциации услуг сетевого управления;
ROSE, Remote Operation Services Element – элемент обслуживания удаленных операций;
TCP/IP, Transmission Control Protocol / Internet Protocol – протокол управления передачей / межсетевой протокол;
UDP, User Datagram Protocol – протокол передачи дейтаграмм (без установления соединений).
Пример физической архитектуры сети управления приведен на рисунке 2.67.

Рисунок 2.67 Пример физической архитектуры сети управления.

Функции управления сетевым элементом и транспортной сетью состоят в следующем:

- конфигурировании сетевого элемента;
- установка параметров электрических и оптических портов на сетевых элементах;
- коммутации кроссовых соединений;
- переключении на резерв секций, трактов, соединений подсетей и оборудования;
- конфигурировании синхронизации;
- конфигурировании каналов передачи данных управления;
- обработке аварийных сигналов;
- контроле функционирования.

Конфигурирование сетевого элемента предполагает выполнение ряда операций:

- базовое конфигурирование сетевого элемента с пустой MIB;
- резервирование и восстановление конфигурации обеспечивает для пользователя возможность поиска и получения конфигурации сетевого элемента и восстановление ее в том же самом или другом сетевом элементе;
- запроса данных конфигурации по позициям сетевого элемента (тип полки, список оборудования, назначение смежных блоков, точки окончания, тактирование, выдача аварийных сигналов, каналы передачи данных управления);
- конфигурирование тактовых генераторов;
- конфигурирование входов дистанционного контроля;
- считывание состояния программного обеспечения и т.д.

Установка параметров порта на сетевом элементе подразумевает установку состояний оптических и электрических интерфейсов агрегатных и компонентных сигналов, интерфейсов внешней синхронизации и другое.

Коммутация кросс - соединений в сетевых элементах может быть выполнена между отдельными электрическими и оптическими интерфейсами. Для контроля качества сигнала на установленном кроссовом соединении могут использоваться точки окончания или транзитного соединения.

Кроссовые соединения выполняются после полной конфигурации сетевых элементов за исключением кроссовых. При кроссировании устанавливаются однонаправленные соединения точка-точка, однонаправленные точка - много точек, двунаправленные. Отмечаются точки окончания, метки сигналов, контроль транзитных соединений.

Переключение на резерв выполняется с целью повышения надежности системы и сети связи. При нарушении передачи, например, при обрыве линии (сигнал LOS) или повышенном коэффициенте ошибок должно быть выполнено переключение сигналов на резервную линию. Дополнительное оборудование в составе сетевого элемента может защитить трафик в результате защитного переключения.

Функции управления в этом случае состоят в резервировании секции мультиплексирования, соединения подсети (тракта), защиты оборудования.

Процедуры управления определены относительно установки резервирования, удаления резервирования, запроса конфигурации и данных о состоянии для существующих резервирований, изменений конфигураций резервирования, переключений между рабочими и резервными линиями или сменными блоками в оборудовании. Резервирование может быть полным (1 + 1) и частным (1 : n), где n – рабочих и 1 резерв.

Конфигурирование синхронизации предполагает:

- конфигурирование источников синхронизации сетевых элементов и сети;
- конфигурирование тактовых сигналов системы;
- конфигурирование внешнего тактового сигнала синхронизации сети.

Конфигурирование производится согласно показателей качества и приоритетов. Очередность приоритетов устанавливается программно в каждом сетевом элементе.
Признаком переключения по приоритету могут служить:

– потеря сигнала (LOS, Loss of Signal);
– потеря цикла передачи (LOF, Loss of Frame);
– сигнал индикации аварии (AIS, Alarm Indication Signal).

Качество синхросигнала кодируется и передается в цикле SDH (STM-N) в байте-метке синхронизма S1. Для защитных переключений источников синхронизации предусмотрен таймер восстановления синхронизма (от 1 до 60 минут), который возвращает схему синхронизма после срабатывания в обратное положение.

Конфигурирование DSN (Data Communication Network) – сети передачи данных для управления выполняется для обеспечения надежности передачи данных управления. При этом конфигурировании создаются форматы адресов области (домена) и дополнительные адреса.

Адрес области (домен) – часть точки доступа к обслуживанию на сетевом уровне (NSAP, Network Layer Service Access Point), который ставится перед идентификатором системы SID (System Identification).
Возможны следующие формы адреса:

– фиксированные 20 байт;
– фиксированные 10 байт;
– формат переменной длины.

Примеры форматов приведены на рисунке 2.68.

a) фиксированные 20 байт

b) фиксированные 10 байтов

c) формат переменной длины

Рисунок 2.68 Форматы адреса передачи данных управления.

Условные обозначения на рисунке 2.70:
AFI, Authority and Format Identifier – идентификатор полномочий и формата;
DFI, Domain Format Identifier – идентификатор формата области (домена);
DSP, Domain Specific Part – специальная часть области;
IDI, Initial Domain Identifier – идентификатор исходного домена (области);
IDP, Internetwork Datagram Packet – пакетный дейтаграмный межсетевой обмен;
RD, Receive Data –данные приемника (получателя);
SEL, Selector – селектор;
SID, System Identification – системный идентификатор.

При конфигурировании DSN производится маршрутизация с целью объединения сетевых элементов, в том числе и шлюзового в единую сеть. Редактируется DSN для определенного сетевого элемента. Отображаются соединения каналов передачи данных управления (DCC).

Обработка аварийных сигналов предполагает различные виды отображения аварий. Аварии индицируются в сетевом элементе светодиодами AIP (Alarm Interface Panel). Аварийные сигналы как уведомления отправляются в систему управления для идентификации срочности и важности и отображения оператору.

В системе управления от сетевых элементов может фиксироваться степень серьезности аварии, список аварийных сигналов, фильтр аварийных сигналов (для критериев аварий), число возникших аварийных сигналов, время аварий, звуковой сигнал.

В системе управления может быть получена подробная информация относительно аварийного сигнала, например, категория аварии (оборудование, передача, противоречия в обработке сигналов, внешнее оборудование, сбой управления).

Система управления содержит регистрацию аварийных сигналов, которые могут быть отфильтрованы и упорядочены.

Контроль функционирования (PM, Performance Monitoring) позволяет пользователю системы управления следить за качеством работы конкретного объекта транспортной сети. Достигается непрерывность сбора статистической информации и ее анализа. Для этого системой управления производится активизация точек измерений параметров функционирования, опрос активных точек измерений параметров функционирования, опрос результатов измерений, деактивация точек измерений.

Контроль функционирования периодичен и информация фиксируется через 15 минут или 24 часа (каждый час 0, 15, 30 и 45 минут).