Разработка предложений по построению системы управления оборудованием различных производителей с использованием протокола SNMP.

Так следствием ошибок нижнего уровняOSI становится повтор передачи кадров, а на сегментах сети связи с высокой скоростью передачи и производительностьюоконечного оборудования, данные ошибки не окажутзаметного влияния на работу оконечного оборудования.Значительно влияние на работу оконечного оборудования и программного обеспечения оказывают ошибки, вызывающие бесследное исчезновение или искажение кадров. Например, кадры искажаются (или исчезают) из-за особенностей архитектуры оборудования(сетевой платы, маршрутизатора, коммутатора, радиорелейных станций и т.п). При этом приемо-передающий блок такого оборудования может вычислить для искаженных в ходе обработки данных кадра правильную контрольную последовательность (CRC) и полученный таким образом искаженный, но корректно оформленный кадр передается по сети.Такую ошибкутелекоммуникационное оборудованиене зафиксирует. Соответственно SNMP-агенты, встроенные в телекоммуникационное оборудование, ошибок не выдадут, СУМТОоповещение не получает.Примером утраты кадров может служить тот факт, что в ряде коммутаторов обратная связь быстрого порта с медленным (или наоборот) отсутствует, что неизбежно приводит к тому, что другой порт не получит информацию о перегрузке входных/выходных буферов быстрого (медленного) порта. В таком случае при интенсивном трафике кадры на одном из портов будутпропадать.Подобные ошибки вызывают существенное увеличение времени реакции оконечного оборудования.Помимо метода агрегатной замены оборудования выявить такие дефекты можно двумя способами.Первый способ заключается в анализе кадров от телекоммуникационного оборудования.Ярким признаком наличия подобных ошибокбудет являться повторная передача пакетовданных, которым не предшествует ошибка нижнего уровня.Вторым способом является метод стрессового тестирования сети связи или его сегмента. Данный метод в дополнительном описании не нуждаетсяТаким образом, основная задача диагностики канального уровня– выявить наличие повышенного числа коллизий и ошибок в СССпН и выявить взаимосвязь между числом ошибок, степенью загруженности каналов связи, топологией сети и местом подключения измерительного прибора. Все измерения следует проводить на фоне генерации интенсивного трафика.Если будет установлено, что повышенное число ошибок и коллизий не является следствием перегруженности канала связи, то телекоммуникационное оборудование, при работе которого наблюдается повышенное число ошибок, следует заменить.Если взаимосвязьмежду работой конкретного телекоммуникационного оборудования и появлением ошибокне удается выявить, то необходимо выполнить комплексное тестирование всех элементов данного сегмента СССпН, провести инструментальные изменения, (уровень шума в кабеле, линии заземления ПК, качество питающего напряжения и т.п).После локализации неисправного участка, процесс переходит к следующему этапу – устранению возникшей неисправности.На рисунке представлена схема алгоритма работы поиска неисправностей сети посредством системы мониторинга телекоммуникационного оборудования с использованием протокола SNMP.Естественно потребуется уточнение используемых команд и отдельных блоков алгоритма под конкретный образец.Рисунок 53 – Схема алгоритма работы СУТО при использовании SNMPДля сегментов сети поддерживающих протокол ICMP (InternetcontrolMessageProtocol) который поддерживает диагностические функции и сообщает об ошибках в случае неудачной доставки IP пакетов, данный алгоритм можно привести к виду, показанному на рисунке ниже. Кроме того, в данном алгоритме предусматривается проверка настроек безопасности. .Рисунок 54 – Схема алгоритма работы СУТО при Используемая в данном алгоритме командная строка должна иметь два режима: оперативный режим и конфигурационный режим. Оба режима имеют различный набор команд. В оперативном режиме мы можем мониторить все, что касается железа и программного обеспечения маршрутизатора узла связи, а также контролировать сетевые операции. Команды в конфигурационном режиме позволяют определять поведение маршрутизатора, например, посмотреть какие сетевые адреса используются и какие протоколы запущены. Важно понимать разницу между этими двумя режимами - какой тип действий можно применить в каждом режиме, и как следить в каком режиме мы работаем.На рисунке представлена схема алгоритма ввода исходных данных.Рисунок 55 – Схема алгоритма ввода исходных данныхДля своевременного обнаружения ошибок в контролируемом сегментеСССпН рекомендуется осуществить егопервоначальный аудит и в дальнейшем проводить его с течением времени повторно, составить полную топологию контролируемого сегментаСССпН. Для сопоставления сетевого адреса с аппаратным адресом интерфейса можно использовать имеющиеся в стеке TCP/IP специализированные протоколы. Данный подход позволит использовать сетевые протоколы стека TCP/IPповерхразличных протоколов канального уровня.Оценим повышение оперативности управления за счет внедрения СУТО.Оценку произведем на основе расчет коэффициента повышения оперативности принятия решений Кпр, определяется по формуле:(3.1)где Т1- время, необходимое на проведение работ при ручной обработке информации, определяется как:где t1[i] - время, затрачиваемое на выполнение i-той работы;Т2 - время, необходимое на проведение работ при использовании проектируемой СУТО, определяется как:где t2[i] - время, затрачиваемое на выполнение i-той работы.За счет использования СУТОсократится время ввода информации, времени обработки данных, время анализа данных и получение выходной отчетности и как следствие более своевременное и точное принятие решения дежурной сменой узла связи.Виды затрат и время на их обработку для представлены в таблице. Данные представлены для типового узла связи.Таблица 5.5 - Расчет коэффициента оперативности управленияНаименование работВремя на выполнение работДо внедрения проекта (час)После внедрения проекта (час)Время ручного сбора первичной диагностической информации (тип сбоя, место сбоя, первичные и вторичные признаки и т.п.) 0,250,25Сбора данных с оборудования1,50,01Время обработки данных с одного образца0,20,01Время ввода информации в базу данных00,01Анализ данных20,01Формированиесводной аналитики по состоянию сегмента сети10,01Всего:4,850,3Выполнение диагностических мероприятий согласно методики30,25Анализ данных10,1Принятие решения на устранение неисправности0,50,1Всего:3,50,75Итого:8,351,05Исходя из данных таблицы 5.5, коэффициент принятия решений будет равен:Кпр = 8,35 / 1,05 = 7,98.Таким образом, можно утверждать о повышении оперативности управленияпочти в 8 раз, при применении предлагаемой в данной работе СУТО.ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕМУ РАЗДЕЛУВ данном разделе выработаны требования к системе управления телекоммуникационным оборудованием среди, которыми в первую очередь определены постоянный контроль за состоянием действующих каналов связи и автоматизация поиска неисправностей.На основании сформулированных требований выполнено развертывание программы Zabbixна типовых устройствах (сервер, компьютер управления оборудованием, телекоммуникационное оборудование), что позволило разработать алгоритма построения оптимальной структуры системы управления.Также сформулированы предложения по построению системы управления оборудованием различных производителей с использованием протокола SNMP.Согласно приведенным расчетам, можно утверждать о повышении оперативности управленияпочти в 8 раз, при применении предлагаемой в данной работе СУТО.4. ВОЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОТОКОЛА SNMP4.1. Военно-экономическое обоснование необходимости разработки предложений по построению системы управления телекоммуникационным оборудованиемРазрабатываемая система обеспечения мониторинга и отображения состояния каналов связи узла связи предназначена для лиц проходящих военную службу по контракту в воинских частях. Программа предназначена для обеспечения диагностики, мониторинга и анализа сети связи военного назначения.Данное программное обеспечениесерийно не выпускается, однако аналоги данной программы имеются. На данный момент войска связи нуждаются во внедрении подобной компьютерной программе. В подготовке специалистов войск связи существует ряд особенностей, связанных с необходимостью применения с целью обучения значительной материальной составляющей, что в свою очередь иногда затрудняет и увеличивает по времени процесс получения необходимых знаний, навыков и умений. Это в конечном итоге отразится на готовности системы связи к выполнению задач по предназначению. В связи с этим возникает необходимость разработки средств формирования знаний, которые будут в полном объеме отвечать всем современным требованиям, и в то же время не будут вызывать значительных материальных и временных затрат.Установка и настройка данной системы должна выполнятся инженером-программистом. Месячный оклад инженера-программиста равен 74 400 рублей. Данная сумма оговорена в трудовом договоре сотрудника.Трудоемкость выполнения работы рассчитывается по формуле:, (1)tp - расчетная трудоемкость выполнения работ;tmin- минимальное время, необходимое для выполнения работы;tmax- максимальное время, необходимое для выполнения работы.Исходные данные для расчета трудоемкости выполнения проектных работ приведены в таблице 3.Величина налогов, включаемых в затраты по созданию АПКЛС, рассчитывается по формуле (2):, (2)ФОТоб – общий фонд оплаты труда работников, участвующих в создании АПКЛС;Нусн – ПФ + ФОМС+ФСС, включаемого в затраты по созданию АПКЛС (30%).Общий фонд оплаты труда работников, участвующих в создании АПКЛС, определяется по формуле (3):ФОТоб=Впо*Р*Ом/(ds*Др), (3)Впо – время занятости специалиста определенной квалификации в создании АПКЛС, в час (данные из таблицы);Р – число специалистов определенной квалификации, занятых в создании АПКЛС;Ом – месячный оклад работника; ds – длительность смены (8 часов);Др – среднее число рабочих дней в месяце (21 день);Нсп = 19308,6 × 0,30 = 5792,6 рублей.Таблица 3– Экспертные оценки для расчета трудоемкости работНаименование работыtmintmaxtpЗанятость, час.Обзор научно-технической литературы 20302424Анализ сферы деятельности предприятия10151212Разработка общих принципов построения программы 6107,67,6Проектирование информационной системы404843,243,2Выбор СУБД, средств программирования, обоснование выбора3544Разработка структуры ПО42484444Занесение информации в БД122416,816,8Разработка новых алгоритмов. Разработка входных и выходных форм72787474Разработка пользовательского интерфейса20302424Отладка, тестирование, устранение выявленных ошибок35403737Технико-экономическое обоснование разработки30503838Подготовка необходимой документации к дипломному проекту40504444ВСЕГО330428368,6368,6Таблица 4 – Расчет трудоемкости выполнения комплексов работ Наименование комплексов проектных работОбозначениеТрудоемкость, часВ т. ч. по категории Исследование предметной области, постановка задачиВпз43,643,6Выбор и обоснование средств программирования, разработка информационной системыВп44Проектирование автоматизированной информационной системыВпр43,243,2Разработка структуры ПОВрс155155Наполнение базы данныхВбд16,816,8Разработка интерфейса программыВри2424Подготовка документацииВд8282ВСЕГОВпо368,6368,6Аналогично выполняем расчет по остальным комплексам работ, и результаты записываем в таблицу 5.Таблица 5 – Расчет фонда заработной платы Наименование комплексов проектных работОбозначениеТрудоемкостьЗаработная платаНалогиИтогоИсследование предметной области, постановка задачиВпз43,619 308,6 5 792,6 25 101,1 Выбор и обоснование средств программирования, разработка информационной системыВп41 771,4 531,4 2 302,9 Проектирование автоматизированной информационной системыВпр43,219 131,4 5 739,4 24 870,9 Разработка структуры ПОВрс15568 642,9 20 592,9 89 235,7 Наполнение базы данныхВбд16,87 440,0 2 232,0 9 672,0 Разработка интерфейса программыВри2410 628,6 3 188,6 13 817,1 Подготовка документацииВд8236 314,3 10 894,3 47 208,6 ВСЕГОВпо368,6163 237,1 48 971,1 212 208,3 Таким образом затрата на оплату труда по разработке АПКЛС составила 212 208,3 рублей.Фактически затраченное время на создание и отладку автоматизированной системы необходимо умножить на себестоимость 1 часа эксплуатации ПК.Нормативная себестоимость 1 часа эксплуатации ПК включает амортизационные расходы на ПК, программное обеспечение и накладные расходы на содержание рабочего места. Она измеряется в диапазоне от 24 до 48 рублей. Затраты машинного времени рассчитываются по формуле (4):Змр = (Впз + Вп + Впр + Врс +Ври + Вбд+ Вд) × Спк, (4)Змр – затраты машинного времени,Спк – себестоимость 1 час машинного времени (24-48 рублей), примем равную 32 рублей.Змр = (43,6+4+43,2+155+16,8+24+82) × 32 = Таким образом, разовые затраты на создание автоматизированной системы составили Цена создания определяется по формуле:Цс = Впо + Змр + Пр (5)где Пр – размер прибыли.Величину прибыли рассчитывают следующим образом:Пр = (Впо + Змр) х Ур (6)где Ур – уровень рентабельности программного обеспечения (принимаем в размере 20% или 0,2).Пр = 0,2 х (212 208,3+Цс = 212 208,3+Розничную цену ПО можно определить по формуле:Цр = Цс + Нндс + Тн (7)где Нндс – налог на добавленную стоимость (равен 18% от Цс)Тн – торговая наценка при реализации ПО через специализированные магазины, её можно принять в размере 10% от ЦсРасчет проектируемых цен на ПО представлен в таблице 6.Таблица 6 – Расчет цены ПОНаименование показателяОбозначениеСумма, рублейЗатраты на создание ПОВпо212 208,3Прибыль (норма прибыли 20%)Пр44 800,7Цена создания ПОЦс268 804,2Налог на добавленную стоимостьНндс48384,8Торговая наценкаТн26880,4Розничная цена ПОЦр344 069,40Затраты на внедрение приравниваются к затратам на создание программного продукта разработчиком.Срок окупаемости программы Ток – это длительность периода, в течении которого годовая экономия от использования программного продукта перекроет затраты на её создание. Срок окупаемости рассчитаем по формуле:Ток = Впо /Гэк, лет (8)Гэк = (344000+212208)*1,15*1,307*1=836 113,2 рубТок =344 069,4/836 113,2=0,41 годаПриведенные расчеты позволяют сделать вывод об экономической целесообразности создания и внедрения данного программного продукта.4.2. Расчет надежности системы управления телекоммуникационным оборудованиемФункционирование современных систем управления и мониторинга телекоммуникационного оборудования предполагает наличие системы и средств функционального контроля и восстановления. [8] Тогда процесс влияния неисправностей на надежность можно описать с помощью следующих возможных состояний (рис. 5):Рисунок56 – Граф состояний СУТО- нормальное функционирование;- режим контроля и обнаружения неисправности;- функционирование при наличии неисправности, не обнаруженной системой контроля;- восстановление после неисправности;- восстановление после ложной тревоги.Процесс периодического контроля и оперативного обнаружения неисправности можно охарактеризовать следующими показателями [8]:- потерями в эффективности функционирования системы управления из-за запаздывания как результат, соответствующей реакции при обнаружении ошибки;- длительностью проведения одной процедуры контроля;- вероятностью обнаружения искажения при одной процедуре контроля;- вероятностью ложного обнаружения неисправности, когда ее в действительности нет.Методы восстановления нормального процесса функционирования системы управления и мониторинга телекоммуникационного оборудованияможно оценивать следующими показателями:- вероятностью восстановления нормального процесса управления;- длительностью и затратами ресурсов на восстановление;- длительностью стабилизации и установления нормального процесса управления после восстановления.Таким образом, системы управления телекоммуникационным оборудованиемв процессе влияния неисправностей (отказов) на степень ее надежностиможно рассматривать как систему массового обслуживания. При этом поток неисправностей, необходимо рассматривать как поток заявок на обслуживание[7]. А в качестве каналов обслуживания следует рассматривать ремонтные подразделения (личный состав дежурной смены), восстанавливающие работоспособность системы управления телекоммуникационным оборудованием.Расчет произведем исходя из предположения, что потоки заявок и восстановлений являются пуасоновскими. Следовательно, для анализа надёжности восстанавливаемой системы управления телекоммуникационным оборудованием допустимо применение теории марковских случайных процессов [9].Что позволяет получить нерезервированную одноэлементную восстанавливаемую систему, которая функционирует под действием пуассоновского потока отказов с интенсивностью . При возникновении отказа система начинает немедленно начинает восстанавливаться, а поток восстановлений будет пуассоновский с интенсивностью .Для каждого конкретного момента времени длярассматриваемойсистемывозможно нахождение только в одном из двух состояний:- работоспособна,- находится в ремонте (отказ),- вероятность нахождения данной системы в состоянии .- вероятность нахождения ее в состоянии , Определим функции простоя и готовности как для нерезервированной восстанавливаемой системы.Доказано, что функция готовности для данного случая равна вероятности нахождения системы в работоспособном состоянии, т.е.В свою очередь функция простоя равна вероятности отказа, т.е. Исходя из данных соотношений получаем систему дифференциальных уравнений Колмогорова [9]. (9)Предположив, что в момент времениt = 0 система находилась в работоспособном состоянии, т.е.Для момента времени tполучаем(10)т.к. и связаны соотношением (10), то из двух уравнений (9) одно является лишним, поэтому можно исключить второе уравнение, а в первое заменяем на. В результате получаем:или (11)Решение уравнения находим при ненулевых начальных условиях. Получаем: илиСледовательно:В свою очередь дляполучим:Таким образом: Рассмотрим случай длительной эксплуатации, тогда при tполучаем: где- коэффициент готовности системы,- коэффициент простоя системы.Используя соотношения:где- среднее время безотказной работы системы;- среднее время восстановления (ремонта), ПолучаемА функции приводим к видуИз полученных выражений следует, что коэффициент готовности характеризует долю времени, в течении которого система является работоспособной, а коэффициент простоя, показывает долю времени, в течении которого система находится в состоянии отказа (ремонта)[9]. Рассчитаем коэффициенты готовности и простоя для системы, содержащей основной и несколько (n-1) резервных элементов, работающих в нагруженном режиме. Тогда отказавшие элементы системы будут образовывать очередь на ремонт, выполняемый одним ремонтнымподразделением с интенсивностью . А интенсивность отказа любого из элементов системы равна .Также будем учитывать следующие состояния- работоспособны все n элементов;- отказал один элемент;- отказали два элемента;- отказали i элементов, а другие в это время исправны;- отказала вся система.Составляем систему дифференциальных уравнений Колмогорова:где- вероятность нахождения системы в состоянии , i = 0,1…, nв момент времени tДля так называемого установившегося режима:А полученная система алгебраических уравнений примет вида: Из нее находим:Для вероятностей состояний является справедливым соотношение Определив,Запишем его как:.илии закономерно получаемКоэффициент готовности: Исходя из предположения о том, что среднее время безотказной работы системы связи в условиях боевых действий составляет 100 ч, среднее время восстановления (ремонта) до внедрения СУТО составляет 8,35 ч, после внедрения 1,05 ч, а количество уровней резервирования для сети связи примемn = 2.ПолучаемТаким образом, использование СУТО позволить увеличить показатели надежности сети связи за счет сокращения времени на восстановление элементов системы. ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОМУ РАЗДЕЛУВ данном разделе выполненоВоенно-экономическое обоснование необходимости разработки предложений по построению системы управления телекоммуникационным оборудованием, в ходе которого установлена целесообразность использования предлагаемого подхода к построению системы управления.Также в данном разделе сформирована методика расчета надежности системы управления телекоммуникационным оборудованием, с помощью которой можно выполнять оценку надежности конкретной системы управления.ЗАКЛЮЧЕНИЕУправление современными системами связи является сложным и многогранным процессом, находящимся в прямой зависимости от сложности оборудования и архитектуры данной сети. Сети связи специального назначения в силу своей специфики являются еще более сложными объектами управления, т.к. условия их функционирования являются гораздо более сложными в отличии от обычных сетей связи. Процессы мониторинга и управления в данных сетях низко эффективно если не используются автоматизированные средства, предоставляющие возможность своевременно реагировать на нештатные ситуации и отображать динамику работы устройств и сервисов. При небольшом количестве оборудования возможно обеспечивать автоматизацию процессов управления за счет применения различного рода скриптов, написанных под конкретные нужды, но с ростом объема устройств в инфраструктуре сети, динамически изменяющейся архитектуры сети такой подход начинает вызывать большое число проблем. Избежать данных проблем можно используя готовые инструменты, позволяющие реализовать систему управления телекоммуникационным оборудование различных производителей для целей управления сетями связи специального назначения. Выполненный в данной работе анализ обусловил выбор для целей работы программного продукта Zabbix. Данное программное средство является многофункциональной системой мониторинга и управления с веб-интерфейсом, которая адаптируется под нужды конкретной системы, собирает с них статистику, и действует заданным образом в предусмотренных случаях.Целью данной работы ставилась автоматизация повседневной, рутинной работы личного состава дежурной смены оперативно-технической службы узлов связи по анализу структуры сети и удаленного управления телекоммуникационными устройствами. Для достижения поставленной цели в ходе работы были осуществлены: оперативно-техническое обоснование необходимости разработки предложений по построению системы управления оборудованием различных производителей с использованием протокола SNMPсравнительный анализ программного обеспечения, используемого для построения системы управления телекоммуникационным оборудованиемразработка предложений по построению системы управления оборудованием различных производителей с использованием протокола SNMPвоенно-экономическое обоснование и расчет надежности системы управления оборудованием различных производителей с использованием протокола SNMPБИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК[1] Уилсон, Э. Мониторинг и анализ сетей / Э.Уилсон. – М.: Лори, 2005.– 364 с. [2] Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://ru.wikipedia.org/wiki/. [3] Олифер, В. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Олифер. – СПб.: Питер, 2010. – 944 с. [4] Родичев, Ю. Компьютерные сети: архитектура, технологии, защита / Ю.Родичев. – С.: Универсгрупп, 2006. – 468 с. [5] Информационный портал безопасности[Электронный ресурс].– Режим доступа http://www.securitylab.ru/. [6] Курс «Компьютерные сети».[Электронный ресурс].– Режим доступа http://compnets.narod.ru/. [7] TheofficialwebsitefortheMicrosoftWindowsoperatingsystem[Электронныйресурс]. – Режимдоступаhttp://windows.microsoft.com/. [8] OpenNet[Электронный ресурс].– Режим доступа:http://www.opennet.ru/. [9] Дуглас, Э. Сети TCP/IP. Принципы протоколы и структура / Э.Дуглас. – М.: Вильямс, 2003. – 843 с.[10] Технологии. Введение в SNMP[Электронный ресурс].-Режим доступа http://webdev.dlink.ru/. [11] Комер, Д. Практическое пособие по TCP/IP / Д.Комер. – СПб.: Питер, 2009. – 672 с.[12] Википедия[Электронныйресурс]. – Режимдоступаhttp://www.zabbix.com/. [13] Offersaward-winningITmanagementsolutionsincludingnetwork[Электронныйресурс].-Режимдоступаhttp://www.whatsupgold.com/. [14] Михнюк, Т. Безопасность жизнедеятельности / Т. Митюхин. – Мн.: Дизайн ПРО, 1998.– 582 с.[15] Русак, О. Безопасность жизнедеятельности / О.Русак– Мн.: Питер, 2001.– 498 с.[16] Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://ru.wikipedia.org/wiki/WhatsUp_Gold. [17] Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://ru.wikipedia.org/wiki/Nagios.[18] Бешков, А. Мониторинг Windows-серверов с помощью Nagios / А.Бешков. – СПб.: Питер, 2004. – 127 с. [19] Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://ru.wikipedia.org/wiki/Python. [20] Википедия[Электронныйресурс]. – Режимдоступаhttp://ru.wikipedia.org/wiki/Zabbix. [21] TheIBMcorporatehomepage, entrypointtoinformationaboutIBMproductsandservices[Электронныйресурс]. – Режимдоступаhttps://www.ibm.com/developerworks/ru/library/au-nagios/. [22] Изучение основ языка, уроки PHP, справочник функций и учебники [Электронный ресурс].– Режим доступа http://www.php.su/. [23] Сайт компании MySQL[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mysql.com. [24] Научно-инновационный портал КузГТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://science.kuzstu.ru/wp-content/Events/Conference/RM/2014//materials/index.htm. [25] Информационные технологии в науке и производстве [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://youconf.ru/itnop2014/.