10.4.2 Модели системы управления сетью
С учётом сложности и многообразия задач, решаемых TMN, существует несколько способов описания её свойств. Каждый способ описания соответствует ряду свойств сети. В терминах TMN в этом случае говорится об архитектуре сети. Здесь под архитектурой понимается совокупное обозначение состава и структуры TMN, взаимное расположение и способы взаимодействия компонентов TMN между собой и с внешней средой. Рекомендация МСЭ-Т M.3010 определяет общие понятия концепции управления TMN и представляет несколько видов архитектуры управления с позиции различных уровней её описания:
функциональная архитектура TMN, которая описывает ряд функций управления;
физическая архитектура TMN, которая определяет, как и какими средствами функции управления могут быть реализованы на вычислительном и ином оборудовании;
информационная архитектура TMN, которая описывает понятия TMN на основе стандартов управления взаимодействия открытых систем ВОС в рамках объектно-ориентированного подхода;
логическая многоуровневая архитектура TMN (Logical Layered Architecture, LLA), которая показывает, как управление сетью может быть структурировано в соответствии с различными потребностями администрации связи.
Функциональная архитектура TMN
Функциональная архитектура описывает соответствующее распределение функциональных возможностей в сети TMN, что позволяет создавать блоки функций, из которых может быть построена сеть TMN произвольной сложности. Определение блоков функций и опорных точек между блоками функций приводит к требованиям спецификаций интерфейсов, рекомендованным для сети TMN.
Функциональная архитектура сети TMN базируется на ряде блоков функций сети TMN. Эти блоки функций обеспечивают общие функции сети TMN, которые позволяют данной сети TMN выполнять функции управления. Для переноса информации между блоками функций сети TMN используется функция передачи данных (Data Communication Function, DCF). Пары блоков функций сети TMN, которые обмениваются информацией управления, разделены с помощью опорных точек.
Функциональная архитектура TMN состоит из следующих основных компонентов:
функциональные блоки – наименьшие (элементарные) единицы TMN, которые могут быть стандартизированы;
функции приложений управления (Management Application Functions, MAF) – функции, которые предоставляют одну или несколько услуг управления;
функции управления TMN (TMN Management Function, TMN MF) и набор функций управления TMN. Функции управления TMN обеспечивают взаимодействие между парами MAF в управляющей и управляемой системах и группируются в набор функций управления;
опорные точки – описание требований к интерфейсам TMN.
В функциональной архитектуре TMN определено четыре различных типа функциональных блоков (рисунок 10.4.2):
управляющей системы (Operations Systems Function block, OSF);
элемента сети (Network Element Function block, NEF);
рабочей станции (Workstation Function block, WSF);
преобразования (Transformation Function block, TF).
Два типа блоков (OSF и TF) полностью находятся внутри области, помеченной как “ TMN ”. Это указывает на то, что эти функциональные блоки полностью определены в соответствии с рекомендациями TMN. Оставшиеся три блока (WSF, NEF и TF) показаны на граничной линии. Это указывает на то, что только часть функциональных блоков определена в рекомендациях TMN.
Функциональная архитектура TMN вводит понятие опорных точек, чтобы обозначить границы взаимодействующих функциональных блоков. Три класса опорных точек (q, f и x) полностью описаны в рекомендациях TMN; другие классы (g и m) располагаются вне систем TMN и описываются рекомендациями МСЭ-Т лишь частично (рисунок 10.4.3).
Функциональный блок элемента сети (NEF) описывает функции оборудования электросвязи, которые доступны для управления со стороны TMN. NEF поддерживает обмен информацией с TMN для обеспечения передачи управляющих команд и информации управления. Именно эта часть NEF, которая доступна TMN, изображена на рисунке 10.6 внутри границ TMN.
Рисунок 10.6 - Функциональные блоки TMN
Функциональный блок управляющей системы (OSF) устанавливает связь и взаимодействует с NEF через опорную точку q. Опорная точка q3 использовалась каждый раз, когда требовалось передать информацию управления на прикладном уровне модели ВОС. Опорные точки q1,q2 предназначались для случаев, когда информацию управления нужно передавать через более низкие уровни модели ВОС (например, через канальный и сетевой уровни). По прошествии некоторого времени оказалось, что невозможно различить q1 и q2. Эти две опорные точки были заменены общей точкой qX, а в 2000 году все указанные опорные точки объединены под общим обозначением q.
Функциональный блок рабочей станции (WSF) позволяет представлять информацию управления для пользователя в наиболее доступной и ясной форме. WSF включает поддержку интерфейса с пользователем через опорную точку g. Этот аспект WSF не является частью стандартов TMN, поэтому на рисунке 10.6 WSF расположена на краю оболочки TMN, а опорная точка g – вне рамок TMN.
Рисунок 10.6 Опорные точки и функциональные блоки TMN
Функциональный блок преобразования (TF) используется для организации связи между двумя сущностями, которые имеют несовместимый механизм информационного обмена. Несовместимыми могут оказаться информационные модели, протоколы обмена или оба этих элемента. TF может использоваться как для связи функциональных блоков внутри сети TMN, так и для организации взаимодействия с внешними системами. В частности, на границе TMN TF обеспечивает взаимодействие с окружением, которое не соответствует стандартам TMN, и преобразует информацию на участке от опорных точек q и опорными точками m. Так как опорная точка m не является целиком стандартной с точки зрения TMN, часть TF показана на краю оболочки TMN. Кроме того, TF осуществляет хранение, фильтрацию и преобразование информации управления из некоторой локальной или частной формы в стандартизированную форму.
Функциональный блок TF выполняет функции Q - адаптера (Q Adaptor Function, QAF), которая присутствовала в прежних версиях рекомендаций TMN. Одновременно на TF возложена реализация ранее существовавшей функции медиации (Mediation Functions, MF), которая использовалась для организации соединения и взаимодействия между одиночными или множественными NEF/QAF и OSF.
Физическая архитектура TMN
Физическая архитектура TMN показывает, как функции TMN, определённые в функциональной архитектуре, могут быть реализованы с помощью информационных технологий, вычислительной техники и телекоммуникационного оборудования. Физическая архитектура показывает, как функциональные блоки могут быть реализованы с помощью физических блоков.
Физическим блокам соответствуют оборудование связи, ЭВМ, системное или прикладное программное обеспечение. Опорные точки реализуются с помощью интерфейсов. Физическая архитектура определяет, как функциональные блоки и опорные точки могут быть реализованы с помощью программно-аппаратных средств.
Физическая архитектура TMN состоит из следующих физических блоков: - элемент сети (NE);
устройство медиации (Mediation Device, MD);
Q-адаптер (QA);
операционная система (Operation System, OS);
рабочая станция (Work Station, WS);
сеть передачи данных (Data Communication Network, DCN).
Физическая архитектура TMN представлена на рисунке 10.7.
Физические блоки являются реализацией одноимённых функциональных блоков. Например, блок “ Элемент сети” выполняет функции оборудования связи. Функции трансформации в данном случае разделяются на две составляющие: функции адаптации, которые реализуют устройства адаптации, и функции медиации, которые выполняют устройства медиации.
Функции адаптации и реализующие данную функцию устройства адаптации обеспечивают информационный обмен между физическими элементами, не поддерживающими стандарты TMN, и элементами сети или операционной системой, которые соответствуют принципам TMN. В этом случае необходимо применение физического устройства – Q-адаптера (QA).
Q-адаптер обеспечивает подключение элемента сети с несовместимым с TMN интерфейсом к Q-интерфейсу TMN. Характерным примером такого взаимодействия может быть подключение устаревшей электромеханической или квазиэлектронной АТС к сети. Адаптер поддерживает интерфейсы TMN, интерфейс к не- TMN системе, а также при необходимости внешние интерфейсы для вывода информации (например, аварийной). Выделяют также X-адаптер, который позволяет организовывать обмен информацией между операционной системой TMN и несовместимой с TMN операционной системой, которая не поддерживает стандартный коммутационный механизм TMN.
Рисунок 10.7 Физическая модель сети TMN
Скажем, унаследованная автоматизированная система технической эксплуатации с устаревшим типом программного управления может взаимодействовать с операционной системой TMN через X- адаптер.
В свою очередь, устройства медиации MD осуществляют трансформацию данных при обмене между физическими блоками TMN, которые поддерживают несовместимый механизм обмена информацией. Здесь также различают Q-медиатор и X-медиатор. Q-медиатор поддерживает соединения внутри TMN, а X-медиатор – между операционными системами различных TMN. Адаптеры и медиаторы могут выполнять функции преобразования форматов данных.
На рисунке 10.7 также изображены интерфейсы сети управления, используемые в опорных точках – X, F, Q , Q.
Интерфейсы могут рассматриваться как физическая реализация опорных точек TMN. В то время как опорные точки можно сравнить с услугами управления, интерфейсы можно сравнить со стеками протоколов, которые реализуют эти услуги. Интерфейсы осуществляют реализацию физического взаимодействия между различными элементами (физическими блоками) TMN или взаимодействие TMN и внешнего окружения.
Взаимосвязь опорных точек и соответствующих им интерфейсов выглядит следующим образом:
Интерфейс Q используется в опорных точках q. Для обеспечения гибкой реализации класс интерфейсов Q подразделяется на подклассы:
интерфейс Q X используется в опорных точках qx ;
интерфейс Q 3используется в точке q3.
Q-интерфейс определяет, какие телекоммуникационные ресурсы и операции элемента сети будут “видны” TMN, а какие ресурсы “не видны”.
Интерфейс Q 3характеризуется частью информационной модели, которая разделяется в знаниях между операционной системой (OS) и теми элементами TMN, с которыми она имеет прямую связь.
Интерфейс Q X характеризуется частью информационной модели, которая разделяется между медиаторами и теми сетевыми элементами и Q-адаптерами, которые он поддерживает.
Интерфейс X поддерживает взаимосвязь TMN и других внешних систем, включая иные TMN, а также используется для управления предоставлением коммерческих услуг. Это возможно при наличии в соответствующих системах интерфейсов, взаимодействующих с TMN. Для передачи информации во внешнее окружение уровень информационной безопасности для X-интерфейса должен быть выше, чем для Q-интерфейса. По аналогии с Q-интерфейсом X-интерфейс определяет для внешних систем видимую часть “айсберга” TMN и порядок доступа к её ресурсам.
F-интерфейс позволяет соединить рабочую станцию WS и физические блоки TMN, которые поддерживают реализацию OSF и TF. Соединение осуществляется через сеть передачи данных. В настоящее время интерфейс F определён рекомендацией M.3300.
Информационная архитектура TMN
На технологическом уровне управление телекоммуникациями представляет собой обработку информации, поступающей от элементов сети, специализированными программными приложениями. Необходимо осуществлять информационный обмен между многочисленными устройствами и оборудованием связи, операторами и провайдерами услуг.
Информационная модель описывает объектно-ориентированный подход для диалогового обмена информацией. Ключевыми элементами информационной архитектуры являются информационные элементы, модели взаимодействия элементов и собственно информационные модели.
Информационная модель определяет область информации, которая может обмениваться стандартными способами. Обмен происходит на прикладном уровне и охватывает различные прикладные функции управления, такие, как хранение, поиск и обработку информации.
В основе информационной модели лежит схема “менеджер-агент”. Взаимодействие между менеджером, агентом и объектами показано на рисунке 10.8.
Рисунок 10.8 Схема взаимодействия между менеджером, агентом и управляемыми объектами.
Менеджер – часть распределённой системы управления, которая выдаёт указания по работе управления и получает извещения.
Агент – часть прикладного процесса, которая управляет взаимосвязанными с ней управляемыми объектами. Агент отвечает на команды менеджера. При этом он представляет менеджеру вид объектов и извещения, которые отражают поведение объектов.
Управляемые объекты в системе “менеджер-агент” представляются в виде описания абстрактных управляемых ресурсов, отражающих состояния реальных ресурсов.
Весь обмен между агентом и менеджером состоит из набора операций управления и извещения (уведомления). Все эти операции реализуются путём использования услуг общей информации управления CMIS (Common management information service) и протокола общей информации управления CMIP (Common management information protocol) .
Агент является посредником между управляемым ресурсом и основной управляющей программой-менеджером. Чтобы один и тот же менеджер мог управлять различными реальными ресурсами, создаётся некоторая модель управляемого ресурса, которая отражает только те характеристики ресурса, которые нужны для его контроля и управления. Например, модель маршрутизатора обычно включает такие характеристики, как количество портов, их тип, таблицу маршрутизации, количество кадров и пакетов протоколов канального, сетевого и транспортного уровней, прошедших через эти порты.
Менеджер получает от агента только те данные, которые описываются моделью ресурса. Агент же является некоторым экраном, освобождающим менеджера от ненужной информации о деталях реализации ресурса. Агент поставляет менеджеру обработанную и представленную в нормализованном виде информацию. На основе этой информации менеджер принимает решения по управлению, а также выполняет дальнейшее обобщение данных о состоянии управляемого ресурса, например, строит зависимость загрузки порта от времени.
Менеджер и агент должны располагать одной и той же моделью управляемого ресурса, иначе они не смогут понять друг друга. Агент наполняет модель управляемого ресурса текущими значениями характеристик данного ресурса, и в связи с этим модель агента называют базой данных управляющей информации – Management Information Base, MIB. Менеджер использует модель, чтобы знать о том, чем характеризуется ресурс, какие характеристики он может запросить у агента и какими параметрами можно управлять. Строго говоря, MIB – просто виртуальный информационный массив, который содержит в формализованном и упорядоченном виде все данные, связанные с сетью связи, с сетевым оборудованием в любой части сети, и является информационной моделью управляемого объекта. На сегодня существует несколько стандартов на базы данных управляющей информации. Основными являются стандарты MIB-I и MIB-II, а также версия базы данных для удалённого управления RMON MIB.
Первоначальная спецификация MIB-I определяла только операции чтения значений переменных. Стандарт MIB-I разрабатывался с жёсткой ориентацией на управление маршрутизаторами, поддерживающими протоколы стека TCP/IP. Стандарт MIB-II определяет операции изменения или установки значений объекта. Стандарт RMON MIB ориентирован на сбор детальной статистики по протоколу Ethernet. Обеспечивает удалённое взаимодействие с базой MIB. RMON MIB включает дополнительные счётчики ошибок в пакетах, более мощные средства фильтрации. Агенты этой версии более интеллектуальны и выполняют значительную часть работы по обработке информации об устройстве, которую раньше выполняли менеджеры. Отличительной чертой стандарта RMON MIB является его независимость от протокола сетевого уровня (в отличие от стандартов MIB-I и MIB-II, ориентированных на протоколы TCP/IP). Поэтому он удобен для гетерогенных сред, использующих различные протоколы сетевого уровня.
Агенты могут отличаться различным уровнем интеллекта – они могут обладать как самым минимальным интеллектом, необходимым для подсчёта проходящих через оборудование кадров и пакетов, так и весьма высоким, достаточным для выполнения самостоятельных действий по выполнению последовательности управляющих действий в аварийных ситуациях, построению временных зависимостей, фильтрации аварийных сообщений и т.п.
Логическая многоуровневая архитектура
В рамках концепции TMN существует определённая иерархия “обязанностей”, связанных с управлением теми или иными объектами. Такая иерархия может быть описана с помощью термина “уровень управления”; соответственно архитектура, которая описывается с помощью уровней, называется логической многоуровневой архитектурой (Logical Layered Architecture, LLA) TMN (рисунок 10.9).
Рисунок 10.9 – Пирамида управления TMN.
Функциональные возможности сети TMN могут быть разбиты на следующие уровни:
элемента сети (Network Element Layer, NEL);
управления элементом (Element Management Layer, EML);
управления сетью (Network Management Layer, NML);
управления услугами (Service Management Layer, SML);
управления бизнесом (Business Management Layer, BML).
На всех уровнях пирамиды решаются задачи одних и тех же пяти функциональных групп (управление конфигурацией сети, управление устранением отказов, управление качеством, управление расчётами, управление защитой информации), однако, на каждом уровне эти задачи имеют свою специфику: чем выше уровень, тем более общий и агрегированный характер приобретает собираемая о сети информация.
Информация о состоянии уровня поступает наверх, а сверху вниз идут управляющие воздействия. Степень автоматизации управления может быть различной, и обычно имеет место сочетание автоматизированных и ручных процедур. Как правило, чем выше уровень иерархии управления, тем ниже его степень автоматизации.
Уровень элементов сети представляет собой саму сеть связи, то есть объект управления. В качестве сетевых элементов могут рассматриваться коммутационные станции, системы передачи, мультиплексоры, комплекты тестового оборудования и т.д.
Уровень управления элементами охватывает контроль, отображение параметров работы, техническое обслуживание, тестирование, управление применительно к отдельным элементам или некоторым их подмножествам.
В качестве примера можно привести следующие функции, выполняемые на уровне управления элементом сети:
обнаружение ошибок и неисправностей телекоммуникационного оборудования и систем связи;
измерение потребляемой мощности;
измерение температуры оборудования;
измерение задействованных ресурсов оборудования связи, например, загрузки центрального процессорного элемента, наличия свободного места в буфере передачи/приёма, длины очереди и т.п.;
регистрация статистических данных;
модификация программного обеспечения.
Уровень управления сетью осуществляет функции управления, касающиеся взаимодействия между многими видами телекоммуникационного оборудования. На уровне управления сетью внутренняя структура элемента сети “невидима”, это означает, к примеру, что состояние буфера устройства приёма/передачи, температура оборудования и т.п. не могут напрямую контролироваться и управляться этим уровнем.
Примеры функций, выполняемых на уровне управления сетью:
создание полного представления о сети (информационная модель сети);
создание обходных путей установления соединения с целью поддержки QoS для конечных пользователей;
модификация и обновление таблиц маршрутизации;
мониторинг загрузки линий и каналов связи;
оптимизация возможностей сети для повышения эффективности использования средств и систем связи;
обнаружение неисправностей и ошибок программного обеспечения.
Уровень управления услугами (сервисами) затрагивает вопросы управления, которые непосредственно касаются пользователей услуг связи. Это могут быть клиенты оператора, абоненты сетей связи, а также администрации операторов связи или провайдеров услуг. Управление услугами осуществляется на основе информации, которая предоставляется уровнем управления сетью; при этом уровень управления услугами “не видит” детальную внутреннюю структуру сети. Маршрутизаторы, АТС, системы передачи не могут непосредственно управляться с уровня управления услугами.
Примеры функций управления, которые выполняются на уровне управления услугами:
контроль качества услуг связи (задержки, потери и т.д.);
учёт объёма использования услуг связи;
добавление и удаление пользователей;
назначение сетевых адресов и номеров телефонных аппаратов.
Уровень управления бизнесом отвечает за управление целым предприятием. Данный уровень занимается вопросами долговременного планирования сети с учётом финансовых аспектов деятельности организации, владеющей сетью. На этом уровне помесячно и поквартально подсчитываются доходы от эксплуатации сети и её отдельных составляющих, учитываются расходы на эксплуатацию и модернизацию сети, принимаются решения о развитии сети с учётом финансовых возможностей. Уровень бизнес-управления обеспечивает для пользователей и поставщиков услуг возможность предоставления дополнительных услуг. 10.4.3 Достоинства и недостатки TMN
Примерами основных показателей перспективности концепции TMN служат следующие аргументы:
Практически все ведущие разработчики платформ управления, а среди них – Hewlett-Packard, Digital, Sun,Cabletron, IBM включили поддержку стандартов TMN в свои продукты.
Появились новые небольшие компании, которые сделали разработку средств TMN-управления своим основным бизнесом, а это – верный признак хороших перспектив новой для рынка технологии (то же самое произошло, например, с технологией Gigabit Ethernet).
Большая часть телекоммуникационного оборудования новых технологий SONET/SDH, ATM,ADSL, беспроводных сетей и т.п. сегодня выпускается со встроенной поддержкой интерфейса Q - одного из основных элементов архитектуры TMN.
Ещё одним показателем перспективности архитектуры TMN может служить интерес, проявляемый к ней компанией Microsoft, в рыночной интуиции которой трудно усомниться. Microsoft заключила партнёрские соглашения о взаимопомощи при разработке продуктов TMN-управления на базе сервера Windows NT с двумя ведущими производителями TMN-платформ – компаниями Hewlett-Packard и Vertel.
К основным недостаткам TMN можно отнести следующие:
- Технология TMN берёт своё начало из теории, а не из практики.
- Технология TMN с технической точки зрения не проработана настолько, чтобы считаться законченной стандартизированной технологией, которую можно было бы реализовать на практике в виде конкретной законченной системы.
- Существует более или менее стандартизированная адаптация TMN к применению на транспортных сетях SDH и сетях абонентского доступа ISDN (рекомендаций серий G и M). Однако для других важных телекоммуникационных технологий (например, сети IP) детализированная адаптация TMN отсутствует.
- Рекомендации, которые в своей совокупности должны давать полное представление о TMN, имеют довольно сложный для правильной интерпретации формальный язык описания с большим количеством перекрёстных ссылок, что затрудняет как чтение, так и изучение рекомендаций.
- Все рекомендации, имеющие отношение к TMN, довольно сложным образом организованы в блоки и серии. Большая разбросанность и фрагментарность информации делают их трудными для понимания.
- Техническое воплощение основных правил TMN регламентируется целыми наборами рекомендаций, которые не локализованы в серии M и были разработаны в разные годы разными группами специалистов. Соединить данные рекомендации в единое “смысловое поле” довольно сложно, в виду того, что основные цели, степень детализации и направленность отдельных рекомендаций далеко не всегда соответствует проблематике создания систем управления телекоммуникациями.
- В рекомендациях МСЭ проблема управления телекоммуникационными сетями с точки зрения реальных операторов, производителей и потребителей освещается настолько абстрактно и настолько не соответствует современным реалиям, что многие технологические решения, определяемые такой абстракцией, оказываются просто невостребованными и ненужными.
- Многими экспертами реализация TMN-интерфейсов рассматривается неоправданно сложным и дорогостоящим делом. Считается, что протокольные стеки, регламентированные для Q-интерфейса, являются слишком “перегруженными” и “тяжёлыми”. Также считается, что верхние уровни модели OSI для данных протокольных стеков стандартизованы довольно слабо, являются довольно абстрактными, и кроме того сильно усложнены по структуре и методам взаимодействия. Такая ситуация приводит к неоднородности интерпретации интерфейсов различными разработчиками. Чрезмерная сложность сказывается на надёжности и цене программного обеспечения.
- Наличие новых, более рентабельных, надёжных и, что очень немаловажно, популярных коммерческих технологий, предоставляющих новые средства реализации интерфейсов, однозначно ослабляют позиции TMN.
- Ощутимо медленное развитие, изменение и детализация TMN в соответствии с изменениями, происходящими в области компьютерной и телекоммуникационной индустрии.