Надёжность коммутируемых информационно–телекоммуникационных систем

НАДЁЖНОСТЬ КОММУТИРУЕМЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Доклад посвящён разработке нового адаптивного метода оценки надежности информационных направлений коммутируемых информационно-телекоммуникационных систем (ИТКС) в реальном масштабе времени.

Решение вопросов стратегической и оперативной оценки социально-экономических процессов и явлений, происходящих в стране и в отдельных ее регионах, а также эффективного управления силовыми и иными ее структурными и функциональными звеньями с учетом обеспечения ее безопасности невозможно без дальнейшего совершенствования специальной информационной инфраструктуры, обеспечивающей высокое качество сбора, обработки и передачи информации на основе использования информационно-телекоммуникационных систем. Недостаточная надежность систем обработки информации снижает физическую целостность, достоверность, полноту обрабатываемой в них информации и приводит к угрозе принятия неэффективных решений должностными лицами.

Обеспечение требуемой надежности является одним из важных направлений повышения эффективности функционирования как первичной сети связи, так и всей ИТКС. Однако, в силу значительной вычислитель-ной сложности существующих оптимизационных алгоритмов и, вследствие этого, невозможности использования их для реальных сетей связи при дефиците времени, а также разнородности известных методов решения за-дач анализа и синтеза первичных сетей связи, вопросы создания и рационального использования в системе управления универсального программно-алгоритмического обеспечения в настоящее время не являются достаточно проработанными. Этот факт и определяет проблему оперативного управления ИТКС. Решение этой проблемы не представляется возможным без отыскания нового экономного метода оценки структурной надёжности элементов информационных систем за приемлемое время.

В качестве такого экономного метода представляется возможным использовать предлагаемый ниже адаптивный метод приоритетных сечений оценки надежности элементов коммутируемой ИТКС, который создан, в первую очередь, благодаря разработке новой концепция оценки надежности больших ИТКС. Данная концепция основана на способе размена вычислительной сложности на точность измерений [1, 2]. Такой подход позволяет за счет снижения точности результатов расчета показателей надежности информационных направлений [ИН], но не ниже требуемой, уменьшать количество элементов ИТКС, по которым производится расчёт, что ведёт к снижению вычислительной сложности этих задач. Элементы, обеспечивающие расчёт показателей надёжности ИН с точностью, не ниже требуемой (в данном случае сечения ИТКС), предлагается называть приоритетными. коммутируемый информационный телекоммуникационный Кроме того, при создании нового метода использована концепция построения коммутируемых ИТКС на основе дополненных древовидных структур [3], позволяющая структуры ИН коммутируемой ИТКС представлять двойными встречно-соединенными дополненными древовидными структурами с разнотипным соединением узлов.

Основным объектом при оценке надёжности является параллельно-последовательная система, состоящая из n независимых подсистем. При увеличении размерности ИТКС количество подсистем и входящих в них элементов резко возрастает, что в конечном итоге и не позволяет использовать известные методы расчета для оценки структурной надежности ИТКС в реальном масштабе времени.

Решение задачи по разработке адаптивного метода приоритетных сечений основано на гипотезе «О возможности оценки надежности ИН частично коммутируемых ИТКС с требуемой точностью по их приоритетным сечениям» на основе гипотезы сформулированы 7 теорем.

Теорема 1. Если ИН являются элементами частично коммутируемых ИТКС, то оценка их надежности с требуемой точностью возможна по их приоритетным сечениям.

Её доказательство было осуществлено путём исследования двойных встречно-соединенных дополненных древовидных структур с разнотипным соединением узлов [3] и количественной и качественной оценки множеств сечений с различной структурой в ИН, с учетом специфических особенностей, присущих ИТКС [4]. В ходе исследования были доказаны теоремы 2−7 и получены вытекающие из них следствия [3].

Теорема 2. Если сечение коммутируемой ИТКС построено на основе двойной встречно-соединенной дополненной древовидной структуры с разнотипным соединением узлов, то усреднённый коэффициент «размножения» уровня этой структуры всегда принимает значение больше 2.

Теорема 3. Если сечение коммутируемой ИТКС построено на основе двойной встречно-соединенной дополненной древовидной структуры с разнотипным соединением узлов, то с увеличением ранга (номера) сечения мощность множества рёбер, составляющих данное сечение, возрастает. Следствие 3.1. С увеличением ранга сечения ИН коммутируемой ИТКС мощность множества рёбер, составляющих данное сечение, возрастает не менее, чем в два раза. Следствие 3.2. Центральное сечение ИН коммутируемой ИТКС обладает наибольшей мощностью рёбер, составляющих данное сечение.

Теорема 4. Если ИН является элементом коммутируемой ИТКС, то количество приоритетных сечений в нем ограничено и определяется надёжностью рёбер, образующих данное сечение, и требованиями к точности получаемых результатов.

Теорема 5. Если сечения коммутируемых ИТКС включают линии привязки (линии доступа) от узлов связи ИН к ИТКС, то они всегда являются приоритетными. Следствие 5.1. В ИН реальных коммутируемых ИТКС минимальное количество приоритетных сечений не может быть менее двух. Следствие 5.2. В ИН коммутируемых ИТКС приоритетные сечения имеют минимальное количество ребер.

Теорема 6. Если сечения коммутируемых ИТКС граничат с приоритетными сечениями, то они также могут быть приоритетными. Следствие 6.1. В ИН коммутируемых ИТКС сечения, не граничащие с приоритетны-ми сечениями, включающими линии привязки от узлов связи ИН к ИТКС, не могут быть приоритетными.

Теорема 7. Если ИН составляют реальные коммутируемые ИТКС, то надёжность рёбер их составляющих не может быть менее 0,9. Следствие 7.1. В реальных коммутируемых ИТКС, количество сечений в путях ИН не может быть менее четырех. Следствие 7.2. Для объективной оценки надёжности ИН коммутируемых ИТКС надёжность рёбер, составляющих её сечения, необходимо задавать с точностью не ниже 0,001.

Исследование выявило, что количества рёбер в сечении ИН коммутируемой ИТКС с ростом его ранга и усредненного коэффициента «размножения «резко возрастает и уже при ранге сечения равном 5−6, может достигать тысяч, при ранге сечения, равном 7−8, — десятков тысяч рёбер. Также доказано, что рост количества рёбер в сечении ИН коммутируемой ИТКС с увеличением его ранга происходит по логарифмическому закону. Этим и объясняется невозможность применения существующих методов оценки показателей надежности на коммутируемых сетях большого масштаба из-за стремительного роста вычислительной сложности данных методов. Полученные результаты также показывают, что надёжность ИН, в первую очередь, зависит от структуры линий доступа узлов связи данного ИН, и наибольший вклад в прирост надёжности ИН вносят приоритетные сечения.

На основе проведенных исследований предложен метод приоритетных сечений, включающий в себя два этапа. На первом этапе из массива сечений, составляющих данное ИН, выделяется последовательная система, состоящая из приоритетных сечений этого ИН. На втором этапе оценивается надёжность ИН, как последовательной системы, состоящей из приоритетных сечений этого ИН.

Предложенный адаптивный метод приоритетных сечений позволяет на его основе создавать экономные методики расчёта показателей надёжности информационных направлений со значительно уменьшенной вычислительной сложностью и, кроме того, методологически обосновано формировать критерии выбора показателей надежности коммутируемых ИТКС.

• 1. Развитие методологических основ информатики и информационной безопасности систем: монография / Фисун А. П., Фисенко В. Е. [и др.]. — М., 2004. — 253 с. Деп. ВИНИТИ 07.07.04. № 1165-В2004.
• 2. Фисенко В. Е. Развитие методологии оценки структурной надежности информационных телекоммуникационных систем // Материалы 12 НТК «Системы безопасности» — СБ-2003. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2003.
• 3. Фисенко В. Е. Концепция построения коммутируемых ИТКС на основе дополненных древовидных структур // Развитие методологических основ информатики и ин-формационной безопасности систем: Монография. — М., 2004. Деп. в ВИНИТИ 07.07.04. № 1165-В2004. — С. 85−97.
• 4. Фисенко В. Е. Метод приоритетных сечений оценки структурной надежности элементов информационно-телекоммуникационных систем // Сб. тр. XIII Междунар. конф. «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных систем». — М.: ООО «Накра прант», 2004. — С. 281−286.