eng
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.99.7.56.64
Формулируются актуальные задачи, решение которых позволит эффективно планировать телекоммуникационные сети для их модернизации в соответствии с перспективными требованиями потенциальных пользователей. Предлагаются модели для формализации задач, решаемых экономико-математическими методами. Акцентируется внимание на выборе системных решений, в максимально возможной степени инвариантных к изменению тех внешних и внутренних факторов, которые определяют процессы эволюции инфокоммуникационной системы. Обосновывается целесообразность поиска новых принципов по созданию универсальных инфраструктурных сооружений, которые будут использоваться совокупностью сетей и систем, принадлежащих компаниям из разных сфер экономики и государственным структурам.
Формулируются актуальные задачи, решение которых позволит эффективно планировать телекоммуникационные сети для их модернизации в соответствии с перспективными требованиями потенциальных пользователей. Предлагаются модели для формализации задач, решаемых экономико-математическими методами. Акцентируется внимание на выборе системных решений, в максимально возможной степени инвариантных к изменению тех внешних и внутренних факторов, которые определяют процессы эволюции инфокоммуникационной системы. Обосновывается целесообразность поиска новых принципов по созданию универсальных инфраструктурных сооружений, которые будут использоваться совокупностью сетей и систем, принадлежащих компаниям из разных сфер экономики и государственным структурам.
Теги: выбор структуры телекоммуникационной сети модернизация телекоммуникационных сетей планирование телекоммуникационных сетей
ЗАДАЧИ ПЛАНИРОВАНИЯ телекоммуникационных сетей. Часть 3
Н.Соколов, д.т.н., директор по науке ООО "Протей СпецТехника" / sokolov@protei.ru
УДК 621.395, DOI: 10.22184/2070-8963.2021.99.7.56.64
Формулируются актуальные задачи, решение которых позволит эффективно планировать телекоммуникационные сети для их модернизации в соответствии с перспективными требованиями потенциальных пользователей. Предлагаются модели для формализации задач, решаемых экономико-математическими методами. Акцентируется внимание на выборе системных решений, в максимально возможной степени инвариантных к изменению тех внешних и внутренних факторов, которые определяют процессы эволюции инфокоммуникационной системы. Обосновывается целесообразность поиска новых принципов по созданию универсальных инфраструктурных сооружений, которые будут использоваться совокупностью сетей и систем, принадлежащих компаниям из разных сфер экономики и государственным структурам.
Риски, присущие телекоммуникационным сетям и информационным системам
Термин "риск" стал часто употребляться в научно-технической литературе [24, 44]. Этимология этого слова очень интересна; соответствующая информация хорошо представлена, например, в Википедии. Для телекоммуникационных сетей и, пожалуй, инфокоммуникационных систем в целом полезна образная трактовка, приведенная (среди прочих толкований) лингвистом Максом Фасмером: "Лавировать между скал". Это определение позволяет анализировать различные проявления риска при помощи кортежа [50] следующего вида:
(C, P, I). (3)
Обозначения C и P указывают на сочетание последствий наступления неблагоприятных событий и вероятности их возникновения. Подобное сочетание некоторыми авторами используется как определение термина "риск". Элемент кортежа I напрямую связан с инвестициями, которые необходимы для ликвидации последствий наступивших неблагоприятных событий либо на превентивные меры, позволяющие минимизировать риск или даже исключить его появление. Процесс "лавирования" заключается в выборе компромисса, связанного с величиной I, при различных видах пар "C↔P". Предлагаемый подход не следует считать единственным из всех возможных. Он позволяет проще других альтернатив ставить и решать задачи по планированию телекоммуникационных сетей.
Среди потенциальных видов риска в данном разделе акцентируется внимание на трех из них:
Устойчивость функционирования инфокоммуникационной системы важна всегда, что часто подчеркивается при помощи известной формулы "24/7/365". Особенно важным аспектом функционирования инфокоммуникационной системы следует считать ее работу в условиях нештатных ситуаций. Их типичным примером служит чрезвычайная ситуация. Трафик в условиях чрезвычайных ситуаций резко возрастает [52], меняя при этом ряд своих важных свойств.
При отсутствии ЧС трафик в телекоммуникационной сети порождается коммуникативными и информационными потребностями [53] пользователей. При возникновении чрезвычайной ситуации формируется дополнительный трафик, определяемый реакцией части пользователей на событие [54]. Изучение трафика, возникающего в условиях чрезвычайных ситуаций, показало его сходство с нагрузкой, формируемой при проведении ряда "Горячих линий" [55]. Обращение пользователей в период проведения "Горячей линии" также можно рассматривать как реакцию на событие, но планируемое заранее, а не произошедшее неожиданно, в отличие от большей части чрезвычайных ситуаций.
Ухудшение характеристик, определяющих качество обслуживания трафика, в условиях нештатных ситуаций увеличивает риски, связанные с безопасностью жизни людей, сохранением материальных ценностей и с обеспечением экологической безопасности. По этой причине становится актуальной превентивная подготовка инфокоммуникационной системы к эффективной работе в условиях нештатных ситуаций [41, 52]. Это достигается созданием резервных мобильных телекоммуникационных комплексов и применением алгоритмов, позволяющих приоритетно обслуживать трафик, который особо важен в условиях нештатных ситуаций с учетом их особенностей.
Некоторые виды риска порождаются цикличностью [56], которая свойственна процессам развития сложных систем. В табл.2 приведены циклы развития для системы телефонной связи [57], которые схожи с длинными волнами Кондратьева [58]. Качественные изменения в системе телефонной связи происходили примерно через каждые сорок лет.
Если сформулированная в [57] гипотеза окажется верна хотя бы в первой половине 21 века, то примерно к 2040 году будет сформулирована качественно новая парадигма дальнейшей эволюции инфокоммуникационной системы. Потенциальный риск может заключаться в том, что к реализации новых принципов модернизации эксплуатируемых технических средств некоторые участники инфокоммуникационного рынка будут не готовы.
В первую очередь, могут возникнуть серьезные препятствия с необходимостью поиска существенных инвестиций. Нельзя, конечно, исключать риски, обусловленные технологическими факторами, подготовкой кадров и другими причинами.
Следует также учесть, что вероятные качественные изменения в основах инфокоммуникационной системы (после 2040 года) совпадают со временем, близким к точке технологической сингулярности [59]. Предполагается, что в этой точке (во всяком случае, на отрезке времени) технологическое развитие станет неуправляемым и необратимым. Ряд футурологов предполагает, что данный процесс существенно изменит жизнь людей. Важную роль в существовании цивилизации будет играть суперинтеллект в искусственной форме.
Не исключено, что процессы технологического обновления будут развиваться иначе. Здесь уместно вспомнить слова нашего выдающегося соотечественника, Сергея Сергеевича Аверинцева, фразу, которой ему хотелось закончить лекцию или статью: "А может быть, все было как раз наоборот". Если их обратить в будущее, то можно предложить такую формулировку: "А может быть, все будет не так". Это еще одна причина, по которой актуален сценарный подход, упомянутый выше.
Основные принципы перехода к "Индустрии 5.0" пока сформулированы в самом общем виде. Определить соответствующие требования к инфокоммуникационным системам для "Индустрии 5.0" также можно в самом общем виде. В чем-то подобная ситуация напоминает историю развития Интернета вещей. Его первоначальная концепция [8] не включала такие перспективные приложения, как летающие сети [60], а также подводный [61] и подземный [62] Интернет вещей.
Можно с высокой долей уверенности полагать, что продолжатся тенденции, характерные для развития отраслей "Связь" и "Информатика":
Что касается первых трех тенденций, то с некоторыми допущениями можно принять за желаемую цель воплощение "принципа практической уверенности" [64]. Иными словами, вероятность неудачного развития событий должна стать столь малой величиной, что ей можно пренебречь. В качестве примера можно рассмотреть отказ в доступе к ресурсам интернета для домохозяйства, имеющего резервное электропитание на случай отказа в сети переменного тока. Предположим, что в гипотетическом домохозяйстве возможность доступа к всемирной паутине реализована тремя разными способами:
Левый фрагмент рис.19 иллюстрирует техническую суть рассматриваемого решения. В правой части модели изображен граф, позволяющий оценить надежность доступа при использовании предложенного способа резервирования. Вершины графа a и b служат моделями "комплексов" оборудования пользователя и трех сетей соответственно. Величины вероятности работоспособного состояния трех разных трактов обмена (ребер графа) данными обозначены как p1, p2 и p3. Значения вероятности работоспособности вершин a и b можно принять за 100%, учитывая техническую базу для принятых решений.
Взаимная независимость процессов отказов, которые могут возникать при попытке доступа к ресурсам интернет, обусловлена природой рассматриваемой модели. По этой причине вероятность успешного доступа во всемирную паутину R определяется на основании правил теории надежности [19] следующим образом:
(4)
Очевидно, что при pi > 0,999, что типично даже для не самых современных технических средств, R > 0,999999999. При таком уровне R можно полагаться на "принцип практической уверенности".
Формированием дружественного интерфейса как отдельного направления исследований и разработок специалисты в области телекоммуникационных сетей занимались почти с момента становления отрасли. Интересные прогнозы по развитию дружественного интерфейса содержатся в монографии [65], которая была опубликована тридцать лет назад.
В ней сформулирована концепция долгосрочного развития телекоммуникационных сетей, названная VI&P – Visual, Intelligent and Personal. Эта концепция предполагала, что основными движущими силами, определяющими ключевые направления модернизации телекоммуникационных сетей, станут следующие:
Сегодняшний опыт позволяет утверждать, что прогноз тридцатилетней давности оказался точным. В монографии [65] определенное место отведено организации дружественного интерфейса. Следует подчеркнуть, что решение поставленной задачи намечалось для инфокоммуникационной системы в целом, так как возможности одних только телекоммуникационных сетей не позволяют получить желаемый эффект. Например, предполагалось, что удастся реализовать в режиме реального времени телефонный диалог абонентов, говорящих на разных языках. Очевидно, что для обеспечения такой услуги требуются не только современные средства связи. Успехи в разработке программного обеспечения, направленного на автоматический перевод текстов, и повышение производительности вычислительной техники позволяют надеяться, что рассматриваемая услуга будет реализована в обозримой перспективе с вполне приемлемыми качественными показателями.
Примером элемента дружественного интерфейса служит виртуальный голосовой помощник "Алиса", который создан компанией "Яндекс". Аналогичные решения были внедрены рядом других компаний. Важным направлением в разработке дружественного интерфейса следует считать его реализацию для пользователей с ограниченными возможностями.
Разработка системных решений и аппаратно-программных средств, ориентированных на требования людей с ограниченными возможностями, не исчерпывается созданием дружественного интерфейса. Важными факторами становятся функциональные возможности терминального оборудования и дополнительные атрибуты инфокоммуникационных услуг.
Итогом усилий разработчиков соответствующих терминалов и программных продуктов будет весомый вклад в устранение барьеров, препятствующих человеку с ограниченными возможностями полноценно участвовать в жизни общества.
Примерами специализированных терминалов для людей с ограниченными возможностями служат устройства, преобразующие набранный на клавиатуре текст в речевые сигналы (text-to-speech) или выполняющие обратные операции (speech-to-text). Интересен также опыт японской компании NTT по разработке телефонов Raku-Raku (переводится как "легкий в использовании") для людей старшего возраста. Эти телефоны стали популярными из-за их удобных функций, о чем свидетельствует объем продаж, составивший 14 млн терминалов. Вход в интернет осуществляется нажатием одной кнопки. Пользователи имеют доступ к специальному веб-сайту с тщательно подобранной информацией, связанной с путешествиями и гастрономическими сведениями, в соответствии с потребностями пожилых людей. Предусмотрен ряд приложений, связанных с мониторингом состояния здоровья.
Важная роль в доступности инфокоммуникационных услуг отводится сопровождению отображаемой информации субтитрами. Это важно не только для людей с ограниченными возможностями. Для значительной части пользователей подобные функции привлекательны при получении звуковой информации на родном и, особенно, на иностранном языке. Весьма перспективны разработки сложных пакетов программ, позволяющих в максимально возможной степени извлекать полезную информацию, предоставляемую инфокоммуникационными услугами. С этой целью необходимо провести анализ тех преимуществ, которые обеспечивают решения "Дополненная реальность" [66] и "Измененная реальность" [67].
Проведение научных исследований и разработка методик проектирования
Результаты научных исследований, прямо или косвенно относящихся к методикам проектирования телекоммуникационных сетей, представлены в публикациях, примерами которых служит ряд монографий и авторефератов [5, 14, 68–73]. Проводятся также и конференции, посвященные, в том числе, методикам проектирования. Однако в последние десятилетия научные коллективы, занимающиеся разработкой методов расчета сетей, предпочитают не публиковать все полученные результаты, а продавать их в виде пакета программ. При этом покупатель обычно не в состоянии оценить эффективность предлагаемых решений. Так он приобретает "кота в мешке".
Однажды профессора Попкова В.К., занимавшегося задачами оптимизации сетей связи [73, 74], попросили оценить корректность решений, которые для конкретного проекта были предложены авторами пакета программ, чтобы продемонстрировать эффективность своей продукции. В результате проверки оказалось, что решение поставленной задачи за счет использования известных, но достаточно сложных, методов оптимизации позволило найти вариант построения сети, который требует примерно на 20% меньше капитальных затрат.
Этот случай не свидетельствует о том, что все предлагаемые пакеты программ для проектирования сети малоэффективны. Тем не менее, желательно тщательно протестировать подобные средства перед их использованием, что актуализирует проведение соответствующих научных исследований.
Еще одной важной задачей остается создание эффективной петли информационной обратной связи для всех участников инфокоммуникационного рынка. Один из примеров, стимулирующих интерес к созданию такой обратной связи, был приведен выше, на рис.6 (см. "ПЕРВАЯ МИЛЯ", 2021, № 5), который иллюстрировал различие между структурами транспортной сети, предлагаемыми проектными решениями и полученными после выполнения строительных работ. Использование петли информационной обратной связи позволит решить несколько задач, выходящих за рамки проблем проектирования инфокоммуникационных систем.
Для конкретизации словосочетания "обратная связь" – применительно к рассматриваемым ниже вопросам – обратимся к прямоугольникам, показанным на рис.20 [75], и к линиям между ними. Каждый из четырех прямоугольников отображает результаты работы, выполненные участниками инфокоммуникационного рынка на определенном этапе модернизации сети электросвязи. Пусть Xi – набор решений для i-го этапа развития сети, Pij – мера различия решений для этапов i и j (j=i+1), Qji – мера эффективности петли обратной связи между разработчиками решений для этапов i и j.
Величины Pij и Qji уместно нормировать так, чтобы они менялись от 0 до 1. При этом единичные значения величин обоих видов соответствуют ситуации, которая может рассматриваться как разработка оптимальных решений и достижение полноценного взаимодействия между всеми участниками инфокоммуникационного рынка. Нулевые значения для величин Pij и Qji свидетельствуют о невозможности реализовать предлагаемые решения и об отсутствии конструктивного взаимодействия между участниками инфокоммуникационного рынка. Численные значения предлагаемых оценок можно получить, в частности, за счет опроса экспертов.
Различия между оценками Pij порождаются, в значительной части всех случаев, объективными причинами. Существенная часть подобных причин обусловлена теми решениями, которые были приняты ранее. В этом смысле для телекоммуникационных сетей характерны свойства консервативности и инерционности, присущие большим и сложным системам [3, 5]. Для оценок Qji сложно привести более или менее точные данные, так как качество обратной связи в значительной мере обусловлено субъективными факторами – взглядами участников инфокоммуникационного рынка на полезность взаимодействия.
Для построения петли информационной обратной связи уместен подход, основанный на создании цифровых двойников [76]. С учетом сложности задач, формируемых современными инфокоммуникационными системами, продуктивной может оказаться идея построения сети цифровых двойников, предложенная в [77]. Для реализации подобных предложений также необходимо провести весьма сложные научные исследования.
Заключение
Успешное планирование сети электросвязи можно рассматривать как необходимое (но отнюдь не достаточное) условие для создания эффективной инфокоммуникационной системы. Трудоемкость исследований, которые должны быть выполнены для разработки полноценной методики планирования телекоммуникационной сети в виде пакета периодически обновляемых программных средств, велика. Затраты на такую работу не столь существенны, а ожидаемый экономический эффект – только за счет снижения необходимых инвестиций – значителен.
Данное утверждение основано на оценках, которые приведены в [5]. Они базируются на приближенных расчетах инвестиций, потраченных на приобретение цифровых АТС. Если бы процесс внедрения этих АТС осуществлялся с учетом предлагаемых научно обоснованных решений, то можно было сократить затраты не менее чем на 200 млн долл. США. Однако основная часть проектных решений была разработана без учета экономической и технической целесообразности перехода к цифровым АТС большой емкости с выносными концентраторами для построения сети доступа.
В настоящее время и в обозримой перспективе эффект подобного уровня может быть достигнут при изменении принципов развития инфраструктурных сооружений [45], а также в случае качественного изменения парадигмы дальнейшего развития инфокоммуникационных систем. По этой причине постановка и решение задач по планированию телекоммуникационных сетей остаются актуальным направлением научных исследований.
ЛИТЕРАТУРА
Gowers T., Barrow-Green J., Leader I. The Princeton Companion to Mathematics. Princeton University Press, 2010. 1056 p.
Мышкис А.Д. Элементы теории математических моделей. М.: Книжный дом "Либриком", 2011. 192 c.
Давыдов Г.Б., Рогинский В.Н., Толчан А.Я. Сети электросвязи. М.: Связь, 1977. 360 c.
Рогинский В.Н., Харкевич А.Д., Шнепс М.А. и др. Теория сетей связи: Учебник для вузов связи / Под ред. В.Н.Рогинского. М.: Радио и Связь, 1981. 192 c.
Соколов Н.А. Задачи планирования сетей электросвязи. СПб: Техника связи, 2012. 432 c.
ITU-T. Recommendations Y.100-Y.999: Global information infrastructure. [Электронный ресурс]. URL: https://www.itu.int/itu-t/recommendations/index.aspx?ser=Y (дата обращения: 13.04.2021).
Пинчук А.В., Соколов Н.А., Фрейнкман В.А. Общие принципы туманных вычислений // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2018. № 3. С. 38–45.
Росляков А.В., Ваняшин С.В., Гребешков А.Ю., Самсонов М.Ю. Интернет вещей. Самара: ПГУТИ, Ас Гард, 2014. 340 c.
Варакин Л.Е. Инфокоммуникации будущего // Электросвязь. 2003. № 11. С. 8–10.
Ilchenko M., Uryvsky L., Globa L. Advances in Information and Communication Technologies: Processing and Control in Information and Communication Systems. Berlin; Heidelberg: Springer, 2019. 299 p.
Пинчук А.В., Соколов Н.А. Пять направлений развития сетей доступа // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2017. № 5. С. 30–35.
Bunge M. A General Black Box Theory // Philosophy of Science. 1963. Vol. 30. No. 4. PP. 346–358.
Rapp Y. The Economic Optimum in Urban Telephone Network Problems // Ericsson Technics. 1950. Vol. 49. PP. 1–132.
Жданов И.М., Кучерявый Е.И. Построение городских телефонных сетей. М.: Связь, 1972. 136 c.
Дымарский Я.С. Задачи и методы оптимизации сетей связи. СПб: Издательство СПбГУТ, 2005. 205 c.
Аттетков А.В., Галкин С.В., Зарубин В.С. Методы оптимизации. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 440 c.
Hadjimichael G. From Brownfields and Greenfields to Multi-fields // Scientific Journal of Riga Technical University. 2011. Vol. 37. PP. 37–45.
Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000. 468 c.
Острейковский В.А. Теория надежности. М.: Высшая школа, 2008. 464 c.
ITU. Telecommunication Development Bureau. Telecom Network Planning for Evolving Network Architectures. Reference Manual (Draft version 5.1). Geneva, 2008. 448 p.
Corne D.V., Oates M.J., Smith G.D. Telecommunications Optimization: Heuristic and Adaptive Techniques. Hoboken: Wiley, 2000. 416 p.
Оре О. Графы и их применение. М.: КомКнига, 2006. 168 c.
Аткинсон Э.А., Банкер Р.Д., Каплан Р.С., Юнг М.С. Управленческий учет. СПб: Диалектика, 2019. 880 с.
Котов В.И. Риск-анализ на основе функций чувствительности и теории нечетких множеств. СПб: Астерион, 2014. 219 c.
Helvoort H. The ComSoc Guide to Next Generation Optical Transport. SDH / SONET / OTN. New York: Wiley-IEEE Press, 2009. 224 p.
Чернышев Л.А., Штейн В.М. Кольцевые структуры в сельских цифровых распределительных системах // Электросвязь. 1985. № 6. С. 29–33.
Кучерявый А.Е., Рогушин И.И., Соколов Н.А. Принципы построения местных цифровых сетей с интеграцией служб // Электросвязь. 1988. № 10. С. 6–10.
Janevski T. NGN Architectures, Protocols and Services. Hoboken: Wiley, 2014. 366 p.
Гольдштейн Б.С., Кучерявый А.Е. Сети связи пост-NGN. СПб: БХВ-Петербург, 2013. 160 c.
Линдгрен М., Бандхольд Х. Сценарное планирование. Связь между будущим и стратегией. М.: Олимп-Бизнес, 2009. 256 c.
Dahlman E., Parkvall S., Skold J. 4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G. 3rd Edition. Cambridge, Massachusetts: Academic Press, 2016. 616 p.
Network 2030: A Blueprint of Technology, Applications and Market Drivers Towards the Year 2030 and Beyond: White paper written by FG-NET-2030. Geneva, 2019. 19 p.
Талеб Н.Н. Черный лебедь. Под знаком непредсказуемости. М.: КоЛибри, 2018. 736 c.
Beck G. The Overton Window. Mercury Radio Arts, 2010. 321 p.
Соколов Н.А. Сценарии реализации концепции "Интернет вещей" // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2016. № 4. С. 50–54.
Глущенко В.В. Прогнозирование. М.: Вузовская книга, 2008. 248 c.
Ханк Д., Уичерн Д., Райтс А. Бизнес-прогнозирование. М.: Вильямс, 2016. 656 c.
Куликов Н.А., Пинчук А.В., Соколов Н.А. Особенности разработки инновационных решений на длительную перспективу // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2019. № 5. С. 48–53.
Овсянников А.А. Общество потребления в России: системность и тотальность кризиса // Вестник МГИМО-Университета. 2011. № 3 (18). С. 222–235.
Ватульян А.О. Измерение расстояния между функциями // Соровский образовательный журнал. 2000. № 11. С. 123–127.
Леваков А.К. Особенности функционирования сети следующего поколения в чрезвычайных ситуациях. М.: ИРИАС, 2012. 108 c.
Bayus B.L. An Analysis of Product Lifetimes in a Technologically Dynamic Industry // Management Science. 1998. No. 44 (6). PP. 763–775.
Levakov A.K., Sokolov N.A. Three algorithms for traffic limitation in emergencies. В кн.: Selected Papers of the IX Conference "Information and Telecommunication Technologies and Mathematical Modeling of High-Tech Systems". Moscow, 2019. PP. 84–91.
Королев В.Ю., Бенинг В.Е., Шоргин С.Я. Математические основы теории риска. М.: Физматлит, 2011. 620 c.
Ермаков А.В., Соколов Н.А., Федоров А.В. Задачи создания общей инфраструктуры для сетей разного назначения // Информация и космос. 2020. № 2. С. 6–11.
Н.Соколов, д.т.н., директор по науке ООО "Протей СпецТехника" / sokolov@protei.ru
УДК 621.395, DOI: 10.22184/2070-8963.2021.99.7.56.64
Формулируются актуальные задачи, решение которых позволит эффективно планировать телекоммуникационные сети для их модернизации в соответствии с перспективными требованиями потенциальных пользователей. Предлагаются модели для формализации задач, решаемых экономико-математическими методами. Акцентируется внимание на выборе системных решений, в максимально возможной степени инвариантных к изменению тех внешних и внутренних факторов, которые определяют процессы эволюции инфокоммуникационной системы. Обосновывается целесообразность поиска новых принципов по созданию универсальных инфраструктурных сооружений, которые будут использоваться совокупностью сетей и систем, принадлежащих компаниям из разных сфер экономики и государственным структурам.
Риски, присущие телекоммуникационным сетям и информационным системам
Термин "риск" стал часто употребляться в научно-технической литературе [24, 44]. Этимология этого слова очень интересна; соответствующая информация хорошо представлена, например, в Википедии. Для телекоммуникационных сетей и, пожалуй, инфокоммуникационных систем в целом полезна образная трактовка, приведенная (среди прочих толкований) лингвистом Максом Фасмером: "Лавировать между скал". Это определение позволяет анализировать различные проявления риска при помощи кортежа [50] следующего вида:
(C, P, I). (3)
Обозначения C и P указывают на сочетание последствий наступления неблагоприятных событий и вероятности их возникновения. Подобное сочетание некоторыми авторами используется как определение термина "риск". Элемент кортежа I напрямую связан с инвестициями, которые необходимы для ликвидации последствий наступивших неблагоприятных событий либо на превентивные меры, позволяющие минимизировать риск или даже исключить его появление. Процесс "лавирования" заключается в выборе компромисса, связанного с величиной I, при различных видах пар "C↔P". Предлагаемый подход не следует считать единственным из всех возможных. Он позволяет проще других альтернатив ставить и решать задачи по планированию телекоммуникационных сетей.
Среди потенциальных видов риска в данном разделе акцентируется внимание на трех из них:
- проблема обслуживания мультисервисного трафика в нештатных ситуациях различной природы;
- возможное изменение парадигмы развития инфокоммуникационных систем под влиянием процессов цикличности;
- плохо предсказуемые требования "Индустрии 5.0" [51] к инфокоммуникационным системам.
Устойчивость функционирования инфокоммуникационной системы важна всегда, что часто подчеркивается при помощи известной формулы "24/7/365". Особенно важным аспектом функционирования инфокоммуникационной системы следует считать ее работу в условиях нештатных ситуаций. Их типичным примером служит чрезвычайная ситуация. Трафик в условиях чрезвычайных ситуаций резко возрастает [52], меняя при этом ряд своих важных свойств.
При отсутствии ЧС трафик в телекоммуникационной сети порождается коммуникативными и информационными потребностями [53] пользователей. При возникновении чрезвычайной ситуации формируется дополнительный трафик, определяемый реакцией части пользователей на событие [54]. Изучение трафика, возникающего в условиях чрезвычайных ситуаций, показало его сходство с нагрузкой, формируемой при проведении ряда "Горячих линий" [55]. Обращение пользователей в период проведения "Горячей линии" также можно рассматривать как реакцию на событие, но планируемое заранее, а не произошедшее неожиданно, в отличие от большей части чрезвычайных ситуаций.
Ухудшение характеристик, определяющих качество обслуживания трафика, в условиях нештатных ситуаций увеличивает риски, связанные с безопасностью жизни людей, сохранением материальных ценностей и с обеспечением экологической безопасности. По этой причине становится актуальной превентивная подготовка инфокоммуникационной системы к эффективной работе в условиях нештатных ситуаций [41, 52]. Это достигается созданием резервных мобильных телекоммуникационных комплексов и применением алгоритмов, позволяющих приоритетно обслуживать трафик, который особо важен в условиях нештатных ситуаций с учетом их особенностей.
Некоторые виды риска порождаются цикличностью [56], которая свойственна процессам развития сложных систем. В табл.2 приведены циклы развития для системы телефонной связи [57], которые схожи с длинными волнами Кондратьева [58]. Качественные изменения в системе телефонной связи происходили примерно через каждые сорок лет.
Если сформулированная в [57] гипотеза окажется верна хотя бы в первой половине 21 века, то примерно к 2040 году будет сформулирована качественно новая парадигма дальнейшей эволюции инфокоммуникационной системы. Потенциальный риск может заключаться в том, что к реализации новых принципов модернизации эксплуатируемых технических средств некоторые участники инфокоммуникационного рынка будут не готовы.
В первую очередь, могут возникнуть серьезные препятствия с необходимостью поиска существенных инвестиций. Нельзя, конечно, исключать риски, обусловленные технологическими факторами, подготовкой кадров и другими причинами.
Следует также учесть, что вероятные качественные изменения в основах инфокоммуникационной системы (после 2040 года) совпадают со временем, близким к точке технологической сингулярности [59]. Предполагается, что в этой точке (во всяком случае, на отрезке времени) технологическое развитие станет неуправляемым и необратимым. Ряд футурологов предполагает, что данный процесс существенно изменит жизнь людей. Важную роль в существовании цивилизации будет играть суперинтеллект в искусственной форме.
Не исключено, что процессы технологического обновления будут развиваться иначе. Здесь уместно вспомнить слова нашего выдающегося соотечественника, Сергея Сергеевича Аверинцева, фразу, которой ему хотелось закончить лекцию или статью: "А может быть, все было как раз наоборот". Если их обратить в будущее, то можно предложить такую формулировку: "А может быть, все будет не так". Это еще одна причина, по которой актуален сценарный подход, упомянутый выше.
Основные принципы перехода к "Индустрии 5.0" пока сформулированы в самом общем виде. Определить соответствующие требования к инфокоммуникационным системам для "Индустрии 5.0" также можно в самом общем виде. В чем-то подобная ситуация напоминает историю развития Интернета вещей. Его первоначальная концепция [8] не включала такие перспективные приложения, как летающие сети [60], а также подводный [61] и подземный [62] Интернет вещей.
Можно с высокой долей уверенности полагать, что продолжатся тенденции, характерные для развития отраслей "Связь" и "Информатика":
- повышение спроса на уровень качества предоставляемых инфокоммуникационных услуг, а также расширение их перечня;
- рост требований к надежности и живучести инфокоммуникационных систем различного назначения;
- ужесточение норм на информационную безопасность для большинства сфер экономической и социальной жизни;
- формирование дружественного интерфейса [63], упрощающего пользователям доступ к инфокоммуникационным услугам;
- разработка системных решений и аппаратно-программных средств, ориентированных на требования людей с ограниченными возможностями.
Что касается первых трех тенденций, то с некоторыми допущениями можно принять за желаемую цель воплощение "принципа практической уверенности" [64]. Иными словами, вероятность неудачного развития событий должна стать столь малой величиной, что ей можно пренебречь. В качестве примера можно рассмотреть отказ в доступе к ресурсам интернета для домохозяйства, имеющего резервное электропитание на случай отказа в сети переменного тока. Предположим, что в гипотетическом домохозяйстве возможность доступа к всемирной паутине реализована тремя разными способами:
- посредством ПК по кабелю, который проложен провайдером услуг "A";
- за счет использования функций смартфона, который подключен в сеть оператора связи "B";
- включением спутникового телефона, обслуживаемого оператором связи "C", который предоставляет доступ в интернет.
Левый фрагмент рис.19 иллюстрирует техническую суть рассматриваемого решения. В правой части модели изображен граф, позволяющий оценить надежность доступа при использовании предложенного способа резервирования. Вершины графа a и b служат моделями "комплексов" оборудования пользователя и трех сетей соответственно. Величины вероятности работоспособного состояния трех разных трактов обмена (ребер графа) данными обозначены как p1, p2 и p3. Значения вероятности работоспособности вершин a и b можно принять за 100%, учитывая техническую базу для принятых решений.
Взаимная независимость процессов отказов, которые могут возникать при попытке доступа к ресурсам интернет, обусловлена природой рассматриваемой модели. По этой причине вероятность успешного доступа во всемирную паутину R определяется на основании правил теории надежности [19] следующим образом:
(4)
Очевидно, что при pi > 0,999, что типично даже для не самых современных технических средств, R > 0,999999999. При таком уровне R можно полагаться на "принцип практической уверенности".
Формированием дружественного интерфейса как отдельного направления исследований и разработок специалисты в области телекоммуникационных сетей занимались почти с момента становления отрасли. Интересные прогнозы по развитию дружественного интерфейса содержатся в монографии [65], которая была опубликована тридцать лет назад.
В ней сформулирована концепция долгосрочного развития телекоммуникационных сетей, названная VI&P – Visual, Intelligent and Personal. Эта концепция предполагала, что основными движущими силами, определяющими ключевые направления модернизации телекоммуникационных сетей, станут следующие:
- обмен видеоинформацией, так как основные сведения об окружающем нас мире мы получаем благодаря органам зрения;
- интеллектуализация оборудования электросвязи за счет использования информационных технологий;
- персонализация услуг и способов доступа к ним с максимально возможным учетом предпочтений пользователя.
Сегодняшний опыт позволяет утверждать, что прогноз тридцатилетней давности оказался точным. В монографии [65] определенное место отведено организации дружественного интерфейса. Следует подчеркнуть, что решение поставленной задачи намечалось для инфокоммуникационной системы в целом, так как возможности одних только телекоммуникационных сетей не позволяют получить желаемый эффект. Например, предполагалось, что удастся реализовать в режиме реального времени телефонный диалог абонентов, говорящих на разных языках. Очевидно, что для обеспечения такой услуги требуются не только современные средства связи. Успехи в разработке программного обеспечения, направленного на автоматический перевод текстов, и повышение производительности вычислительной техники позволяют надеяться, что рассматриваемая услуга будет реализована в обозримой перспективе с вполне приемлемыми качественными показателями.
Примером элемента дружественного интерфейса служит виртуальный голосовой помощник "Алиса", который создан компанией "Яндекс". Аналогичные решения были внедрены рядом других компаний. Важным направлением в разработке дружественного интерфейса следует считать его реализацию для пользователей с ограниченными возможностями.
Разработка системных решений и аппаратно-программных средств, ориентированных на требования людей с ограниченными возможностями, не исчерпывается созданием дружественного интерфейса. Важными факторами становятся функциональные возможности терминального оборудования и дополнительные атрибуты инфокоммуникационных услуг.
Итогом усилий разработчиков соответствующих терминалов и программных продуктов будет весомый вклад в устранение барьеров, препятствующих человеку с ограниченными возможностями полноценно участвовать в жизни общества.
Примерами специализированных терминалов для людей с ограниченными возможностями служат устройства, преобразующие набранный на клавиатуре текст в речевые сигналы (text-to-speech) или выполняющие обратные операции (speech-to-text). Интересен также опыт японской компании NTT по разработке телефонов Raku-Raku (переводится как "легкий в использовании") для людей старшего возраста. Эти телефоны стали популярными из-за их удобных функций, о чем свидетельствует объем продаж, составивший 14 млн терминалов. Вход в интернет осуществляется нажатием одной кнопки. Пользователи имеют доступ к специальному веб-сайту с тщательно подобранной информацией, связанной с путешествиями и гастрономическими сведениями, в соответствии с потребностями пожилых людей. Предусмотрен ряд приложений, связанных с мониторингом состояния здоровья.
Важная роль в доступности инфокоммуникационных услуг отводится сопровождению отображаемой информации субтитрами. Это важно не только для людей с ограниченными возможностями. Для значительной части пользователей подобные функции привлекательны при получении звуковой информации на родном и, особенно, на иностранном языке. Весьма перспективны разработки сложных пакетов программ, позволяющих в максимально возможной степени извлекать полезную информацию, предоставляемую инфокоммуникационными услугами. С этой целью необходимо провести анализ тех преимуществ, которые обеспечивают решения "Дополненная реальность" [66] и "Измененная реальность" [67].
Проведение научных исследований и разработка методик проектирования
Результаты научных исследований, прямо или косвенно относящихся к методикам проектирования телекоммуникационных сетей, представлены в публикациях, примерами которых служит ряд монографий и авторефератов [5, 14, 68–73]. Проводятся также и конференции, посвященные, в том числе, методикам проектирования. Однако в последние десятилетия научные коллективы, занимающиеся разработкой методов расчета сетей, предпочитают не публиковать все полученные результаты, а продавать их в виде пакета программ. При этом покупатель обычно не в состоянии оценить эффективность предлагаемых решений. Так он приобретает "кота в мешке".
Однажды профессора Попкова В.К., занимавшегося задачами оптимизации сетей связи [73, 74], попросили оценить корректность решений, которые для конкретного проекта были предложены авторами пакета программ, чтобы продемонстрировать эффективность своей продукции. В результате проверки оказалось, что решение поставленной задачи за счет использования известных, но достаточно сложных, методов оптимизации позволило найти вариант построения сети, который требует примерно на 20% меньше капитальных затрат.
Этот случай не свидетельствует о том, что все предлагаемые пакеты программ для проектирования сети малоэффективны. Тем не менее, желательно тщательно протестировать подобные средства перед их использованием, что актуализирует проведение соответствующих научных исследований.
Еще одной важной задачей остается создание эффективной петли информационной обратной связи для всех участников инфокоммуникационного рынка. Один из примеров, стимулирующих интерес к созданию такой обратной связи, был приведен выше, на рис.6 (см. "ПЕРВАЯ МИЛЯ", 2021, № 5), который иллюстрировал различие между структурами транспортной сети, предлагаемыми проектными решениями и полученными после выполнения строительных работ. Использование петли информационной обратной связи позволит решить несколько задач, выходящих за рамки проблем проектирования инфокоммуникационных систем.
Для конкретизации словосочетания "обратная связь" – применительно к рассматриваемым ниже вопросам – обратимся к прямоугольникам, показанным на рис.20 [75], и к линиям между ними. Каждый из четырех прямоугольников отображает результаты работы, выполненные участниками инфокоммуникационного рынка на определенном этапе модернизации сети электросвязи. Пусть Xi – набор решений для i-го этапа развития сети, Pij – мера различия решений для этапов i и j (j=i+1), Qji – мера эффективности петли обратной связи между разработчиками решений для этапов i и j.
Величины Pij и Qji уместно нормировать так, чтобы они менялись от 0 до 1. При этом единичные значения величин обоих видов соответствуют ситуации, которая может рассматриваться как разработка оптимальных решений и достижение полноценного взаимодействия между всеми участниками инфокоммуникационного рынка. Нулевые значения для величин Pij и Qji свидетельствуют о невозможности реализовать предлагаемые решения и об отсутствии конструктивного взаимодействия между участниками инфокоммуникационного рынка. Численные значения предлагаемых оценок можно получить, в частности, за счет опроса экспертов.
Различия между оценками Pij порождаются, в значительной части всех случаев, объективными причинами. Существенная часть подобных причин обусловлена теми решениями, которые были приняты ранее. В этом смысле для телекоммуникационных сетей характерны свойства консервативности и инерционности, присущие большим и сложным системам [3, 5]. Для оценок Qji сложно привести более или менее точные данные, так как качество обратной связи в значительной мере обусловлено субъективными факторами – взглядами участников инфокоммуникационного рынка на полезность взаимодействия.
Для построения петли информационной обратной связи уместен подход, основанный на создании цифровых двойников [76]. С учетом сложности задач, формируемых современными инфокоммуникационными системами, продуктивной может оказаться идея построения сети цифровых двойников, предложенная в [77]. Для реализации подобных предложений также необходимо провести весьма сложные научные исследования.
Заключение
Успешное планирование сети электросвязи можно рассматривать как необходимое (но отнюдь не достаточное) условие для создания эффективной инфокоммуникационной системы. Трудоемкость исследований, которые должны быть выполнены для разработки полноценной методики планирования телекоммуникационной сети в виде пакета периодически обновляемых программных средств, велика. Затраты на такую работу не столь существенны, а ожидаемый экономический эффект – только за счет снижения необходимых инвестиций – значителен.
Данное утверждение основано на оценках, которые приведены в [5]. Они базируются на приближенных расчетах инвестиций, потраченных на приобретение цифровых АТС. Если бы процесс внедрения этих АТС осуществлялся с учетом предлагаемых научно обоснованных решений, то можно было сократить затраты не менее чем на 200 млн долл. США. Однако основная часть проектных решений была разработана без учета экономической и технической целесообразности перехода к цифровым АТС большой емкости с выносными концентраторами для построения сети доступа.
В настоящее время и в обозримой перспективе эффект подобного уровня может быть достигнут при изменении принципов развития инфраструктурных сооружений [45], а также в случае качественного изменения парадигмы дальнейшего развития инфокоммуникационных систем. По этой причине постановка и решение задач по планированию телекоммуникационных сетей остаются актуальным направлением научных исследований.
ЛИТЕРАТУРА
Gowers T., Barrow-Green J., Leader I. The Princeton Companion to Mathematics. Princeton University Press, 2010. 1056 p.
Мышкис А.Д. Элементы теории математических моделей. М.: Книжный дом "Либриком", 2011. 192 c.
Давыдов Г.Б., Рогинский В.Н., Толчан А.Я. Сети электросвязи. М.: Связь, 1977. 360 c.
Рогинский В.Н., Харкевич А.Д., Шнепс М.А. и др. Теория сетей связи: Учебник для вузов связи / Под ред. В.Н.Рогинского. М.: Радио и Связь, 1981. 192 c.
Соколов Н.А. Задачи планирования сетей электросвязи. СПб: Техника связи, 2012. 432 c.
ITU-T. Recommendations Y.100-Y.999: Global information infrastructure. [Электронный ресурс]. URL: https://www.itu.int/itu-t/recommendations/index.aspx?ser=Y (дата обращения: 13.04.2021).
Пинчук А.В., Соколов Н.А., Фрейнкман В.А. Общие принципы туманных вычислений // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2018. № 3. С. 38–45.
Росляков А.В., Ваняшин С.В., Гребешков А.Ю., Самсонов М.Ю. Интернет вещей. Самара: ПГУТИ, Ас Гард, 2014. 340 c.
Варакин Л.Е. Инфокоммуникации будущего // Электросвязь. 2003. № 11. С. 8–10.
Ilchenko M., Uryvsky L., Globa L. Advances in Information and Communication Technologies: Processing and Control in Information and Communication Systems. Berlin; Heidelberg: Springer, 2019. 299 p.
Пинчук А.В., Соколов Н.А. Пять направлений развития сетей доступа // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2017. № 5. С. 30–35.
Bunge M. A General Black Box Theory // Philosophy of Science. 1963. Vol. 30. No. 4. PP. 346–358.
Rapp Y. The Economic Optimum in Urban Telephone Network Problems // Ericsson Technics. 1950. Vol. 49. PP. 1–132.
Жданов И.М., Кучерявый Е.И. Построение городских телефонных сетей. М.: Связь, 1972. 136 c.
Дымарский Я.С. Задачи и методы оптимизации сетей связи. СПб: Издательство СПбГУТ, 2005. 205 c.
Аттетков А.В., Галкин С.В., Зарубин В.С. Методы оптимизации. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 440 c.
Hadjimichael G. From Brownfields and Greenfields to Multi-fields // Scientific Journal of Riga Technical University. 2011. Vol. 37. PP. 37–45.
Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000. 468 c.
Острейковский В.А. Теория надежности. М.: Высшая школа, 2008. 464 c.
ITU. Telecommunication Development Bureau. Telecom Network Planning for Evolving Network Architectures. Reference Manual (Draft version 5.1). Geneva, 2008. 448 p.
Corne D.V., Oates M.J., Smith G.D. Telecommunications Optimization: Heuristic and Adaptive Techniques. Hoboken: Wiley, 2000. 416 p.
Оре О. Графы и их применение. М.: КомКнига, 2006. 168 c.
Аткинсон Э.А., Банкер Р.Д., Каплан Р.С., Юнг М.С. Управленческий учет. СПб: Диалектика, 2019. 880 с.
Котов В.И. Риск-анализ на основе функций чувствительности и теории нечетких множеств. СПб: Астерион, 2014. 219 c.
Helvoort H. The ComSoc Guide to Next Generation Optical Transport. SDH / SONET / OTN. New York: Wiley-IEEE Press, 2009. 224 p.
Чернышев Л.А., Штейн В.М. Кольцевые структуры в сельских цифровых распределительных системах // Электросвязь. 1985. № 6. С. 29–33.
Кучерявый А.Е., Рогушин И.И., Соколов Н.А. Принципы построения местных цифровых сетей с интеграцией служб // Электросвязь. 1988. № 10. С. 6–10.
Janevski T. NGN Architectures, Protocols and Services. Hoboken: Wiley, 2014. 366 p.
Гольдштейн Б.С., Кучерявый А.Е. Сети связи пост-NGN. СПб: БХВ-Петербург, 2013. 160 c.
Линдгрен М., Бандхольд Х. Сценарное планирование. Связь между будущим и стратегией. М.: Олимп-Бизнес, 2009. 256 c.
Dahlman E., Parkvall S., Skold J. 4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G. 3rd Edition. Cambridge, Massachusetts: Academic Press, 2016. 616 p.
Network 2030: A Blueprint of Technology, Applications and Market Drivers Towards the Year 2030 and Beyond: White paper written by FG-NET-2030. Geneva, 2019. 19 p.
Талеб Н.Н. Черный лебедь. Под знаком непредсказуемости. М.: КоЛибри, 2018. 736 c.
Beck G. The Overton Window. Mercury Radio Arts, 2010. 321 p.
Соколов Н.А. Сценарии реализации концепции "Интернет вещей" // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2016. № 4. С. 50–54.
Глущенко В.В. Прогнозирование. М.: Вузовская книга, 2008. 248 c.
Ханк Д., Уичерн Д., Райтс А. Бизнес-прогнозирование. М.: Вильямс, 2016. 656 c.
Куликов Н.А., Пинчук А.В., Соколов Н.А. Особенности разработки инновационных решений на длительную перспективу // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2019. № 5. С. 48–53.
Овсянников А.А. Общество потребления в России: системность и тотальность кризиса // Вестник МГИМО-Университета. 2011. № 3 (18). С. 222–235.
Ватульян А.О. Измерение расстояния между функциями // Соровский образовательный журнал. 2000. № 11. С. 123–127.
Леваков А.К. Особенности функционирования сети следующего поколения в чрезвычайных ситуациях. М.: ИРИАС, 2012. 108 c.
Bayus B.L. An Analysis of Product Lifetimes in a Technologically Dynamic Industry // Management Science. 1998. No. 44 (6). PP. 763–775.
Levakov A.K., Sokolov N.A. Three algorithms for traffic limitation in emergencies. В кн.: Selected Papers of the IX Conference "Information and Telecommunication Technologies and Mathematical Modeling of High-Tech Systems". Moscow, 2019. PP. 84–91.
Королев В.Ю., Бенинг В.Е., Шоргин С.Я. Математические основы теории риска. М.: Физматлит, 2011. 620 c.
Ермаков А.В., Соколов Н.А., Федоров А.В. Задачи создания общей инфраструктуры для сетей разного назначения // Информация и космос. 2020. № 2. С. 6–11.
Отзывы читателей
