Учебные пособия / Усков М.В., Гольдштейн А.Б., Кисляков С.В. Программирование систем управления ИКС (черновик)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

_________________________________________________________________

М.В. Усков, А.Б. Гольдштейн, С.В. Кисляков

ПРОГРАММИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫМИ СЕТЯМИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

для лекционных, практических занятий и лабораторных работ по дисциплине «Програмное обеспечение инфокоммуникационных сетей и систем»

Разработано в рамках договора между ОАО «Ростелеком» и СПбГУТ на выполнение научно-исследовательских

работ по разработке учебно-методических комплексов с интерактивным обучением по дисциплинам Базовой кафедры «Инновационных телекоммуникационных технологий» ОАО «Ростелеком» в СПбГУТ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2016

УДК ____

ББК ___

____

Рецензенты:

кафедра автоматической электросвязи, зав. кафедрой профессор А.П. Пшеничников (МТУСИ), доктор технических наук, профессор Н.А. Соколов (ЛО ЦНИИС)

Рекомендовано к печати редакционно-издательским советом СПбГУТ

Борисова, Н. А.

Программирование систем управления инфокоммуникационными 82 сетями: учебное пособие / М.В.Усков; СПбГУТ. – СПб., 2016. – 91 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов вузов специальностей 230100 и 231000. Будет полезно обучаемым и по другим специальностям – всем, кто хочет систематизировать свои знания по инфокоммуникационным технологиям.

УДК ____

ББК ____

©_____, 2016

©Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный

университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича», 2016

2

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ...........................................................................	4
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................	5
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕВОГО ПО........................................................	6
1.1. ПО для активного телекоммуникационного оборудования....................	6
1.2. ПО для описания, моделирования и проектирования сетей связи..........	7
1.3. ПО для организации бизнес-процессов эксплуатации сетей связи ......	11
2. ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ КОМПОНЕНТЫ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ OSS.....................................................................................	13
2.1. Общий взгляд: TMF Application Framework (TAM) ..............................	14
2.2. Способы построения каркаса OSS-системы...........................................	15
2.3. Основы архитектуры OSS Аргус: инфраструктура, среда, приложения
.........................................................................................................................	17
3. СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ТИПОВЫХ КОМПОНЕНТОВ OSS ...........	20
3.1. По для учета ресурсов сети (Network Resource Inventory, NRI)............	22
3.2. ПО для описания процессов эксплуатации и для управления ими
(Business Process Management System, BPMS)..............................................	28
3.3. Типовой бизнес-процесс организации предоставления услуги абоненту
с помощью OSS ..............................................................................................	33
3.4. Типовой бизнес-процесс организации устранения неисправности с
помощью OSS.................................................................................................	35
3.5. Элементы геоинформационных систем (ГИС) в составе OSS..............	38
4. ИНТЕГРАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ OSS МЕЖДУ СОБОЙ И СО
СМЕЖНЫМИ СИСТЕМАМИ АВТОМАТИЗАЦИИ ..................................	42
4.1. Изоляция между приложениями, связность между понятиями среды.44
4.2. Проектирование и разработка типовых интерфейсов интеграции .......	47
4.3. Основные способы организации взаимодействия между
информационными системами ......................................................................	48
4.4. Интеграционная шина как элемент построения инфраструктуры
взаимодействия...............................................................................................	51
5. РЕАЛИЗАЦИЯ НЕФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К ПО
ЭКСПЛУАТАЦИИ СЕТЕЙ СВЯЗИ..............................................................	53
5.1. Многопользовательский доступ к данным.............................................	53
5.2. Масштабируемость, отказоустойчивость, балансировка нагрузки ......	57
5.3. Мониторинг..............................................................................................	59
5.4. Вопросы к зачёту/экзамену.....................................................................	64
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..............................................................................	66

3

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ГИС - геоинформационные системы ЛТО – линейно-технические объекты ОА – абонентский отдел ПО - программное обеспечение

ЦБР - Центральное Бюро Ремонта

API - Application Programming Interface BI - Business Intelligence

Business Procces Framework (eTOM) BPEL - Business Process Execution Language

BPMN - Business Process Model and Notation

BPMS - Business Process Management Suite BSC - Balanced Scoreсard

BSS - Business Support System

CRM - Customer Relationship Management ESB - Enterprise Service Bus

Frameworx, ранее NGOSS - New Generation Operations Systems and Software Information Framework (SID)

Integration Framework (TNA) jBPM - Java Business Process Model NRI - Network Resourse Inventory NS-2 - The Network Simulator OEM - Oracle Enterprise Manager OMA - Oracle Management Agent OMS - Oracle Management Service OPNET - OPNET Modeler Suite OSS - Operation Support System SOA - Service-Oriented Architecture TMF - TeleManagement Forum TMF Application Framework (TAM) WFM - Workforce Management

WSDL - Web Services Description Language

4

ВВЕДЕНИЕ

Телекоммуникационная отрасль переживает сегодня значительные преобразования: полным ходом идет развертывание мультисервисных сетей, на их основе предоставляется широкий перечень новых услуг, все больше внимания уделяется оптимизации эксплуатационных издержек.

Инфраструктура оператора связи с каждым годом становится все более разнородной и сложной. На сети появляется оборудование, принадлежащее разным поколениям развития технологий. Так же неоднородность сетей повышает стремление производителей заложить в свои продукты максимум специфичных функциональных возможностей, реализация которых, как правило, подразумевает использование нестандартных протоколов

испециализированного программного обеспечения.

Втаких условиях оператору крайне сложно унифицировать взаимодействие с оборудованием и обеспечить эффективное комплексное управление современной сетью. Поэтому предприятиям связи требуются инструменты, которые позволили бы проактивно обнаруживать сетевые проблемы, помогать планировать развитие инфраструктуры в соответствии с возрастающими требованиями, минимизировать влияние деградации уровня сервиса и тем самым повышать ценность IT-инфраструктуры для биз- нес-процессов предприятия.

Такими инструментами являются системы управления, поддержки эксплуатации и бизнеса (OSS/BSS). Внедрение решений класса OSS/BSS позволяет максимально ускорить и оптимизировать все процессы компа- нии-оператора: подключение новых абонентов и поддержку существующих, мониторинг сети и отслеживание использования клиентами сетевых ресурсов, сбор статистики и контроль производительности сервисов, и многие другие.

5

1.КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕВОГО ПО

Вкачестве вступления хочется обратиться к стандарту, описывающему классификацию ПО вообще, в частности, к разделу, в котором описаны существенные ограничения [1]:

«Так как программная инженерия является быстро изменяющейся областью деятельности, описанная в настоящем стандарте классификация может служить только в качестве концептуальной схемы. Поэтому пользователи должны применять собственные подходы к использованию данной классификации. Приведенная в настоящем стандарте схема классификации является эмпирической. Ее описание не основано на четко установленных потребностях пользователей. Поэтому применение данной схемы в практической деятельности не является обязательным»

Таким образом, единого стандарта классификации именно сетевого ПО на данный момент нет. Тем не менее, системы управления телекоммуникационными сетями требуют наличия и взаимодействия программного обеспечения самого разного назначения.

Для упрощения ориентирования среди разнообразия встречающихся информационных систем, всё сетевое ПО можно условно разделить на три основных класса в зависимости от уровня его применения к жизнедеятельности сети:

1.ПО для активного телекоммуникационного оборудования

2.ПО для описания, моделирования и проектирования сетей

3.ПО для организации бизнес-процессов эксплуатации сетей

Данный способ деления позволяет при разработке ПО конкретной области сфокусироваться на вопросах, лежащих в той же области, а также придерживаться типовых решений и рекомендаций, выработанных именно для данного применения.

1.1. ПО для активного телекоммуникационного оборудования

Это программное обеспечение, отдельные модули которого исполняются непосредственно на оборудовании сети связи и предназначены для обеспечения штатного функционирования самого оборудования и коммуникационных протоколов взаимодействия между связанными элементами сети.

Известные примеры:

1.Программные «прошивки» (англ. firmware) активного оборудования; без прошивки оборудование не может выполнять свои основные функции

6

2.ПО для SoftSwitch: в зависимости от загруженного ПО и конфигурации, SoftSwitch выполняет различные функции маршрутизации и предоставления услуг, и не может функционировать без такого ПО

[2].

FreeSWITCH [3] является масштабируемой платформой с открытым кодом телефонии, предназначенная для маршрутизации и взаиморасчетов популярных протоколов обмена данными с использованием аудио, видео или текста.

FreeSWITCH также обеспечивает стабильную платформу, на которой могут быть разработаны многие приложения, используя широкий спектр свободных инструментов.

Различные модули, реализующие функциональность FreeSwitch, представляют собой традиционный программный код на языке высокого уровня, подключаемый в общую программную платформу [4] (см. Рисунок 1)

Рисунок 1. Фрагмент кодека G.729 на языке C.

1.2. ПО для описания, моделирования и проектирования сетей связи

Это программное обеспечение, выполняемое на отдельных рабочих

7

станциях (рабочих местах) проектировщиков сетей и исследователей, предназначенное для создания проекта или макета сети связи, с возможностью дальнейшего моделирования различной топологии и программной имитации нагрузки трафиком.

Может иметь наборы компонентов с заранее заданными характеристиками, соответствующими определённой линейке распространённого оборудования от какого-либо поставщика. Также может, наоборот, иметь «академическую» направленность для математического или имитационного моделирования без привязки к конкретным маркам и моделям оборудования. Обычно подобные программные пакеты позволяют создавать собственные прототипы сетевых элементов с заданными параметрами и алгоритмами функционирования.

ПО для моделирования сети, как правило, не имеет прямой связи между элементами создаваемой модели и реальным оборудованием, поэтому не оказывает непосредственного влияния на сеть или на технический персонал Оператора связи.

Известные примеры подобного ПО:

1.OpNet [5] [6]

2.NetSimulator [7]

3.OmNet++ [8]

4.SimuLTE [9]

5.Cisco Paсket Tracer [10]

6.UNetLab [11]

Наиболее популярными средами имитационного моделирования являются:

• The Network Simulator (NS-2) − объектно-ориентированный про-

граммный продукт, ядро которого реализовано на языке C++. На базе ns2 возможна организация наглядной демонстрации функционирования протоколов и сетевых механизмов.

•OPNET Modeler Suite (OPNET) − средство для проектирования и моделирования локальных и глобальных сетей, компьютерных систем, приложений и распределенных систем. Включает следующие продукты: Netbiz (проектирование и оптимизация вычислительной системы), Modeler (моделирование и анализ производительности сетей, компьютерных систем, приложений и распределенных систем), ITGuru (оценка производительности коммуникационных сетей и распределенных систем).

•OMNet++ расширяемый, модульный фреймворк, на основе компонентов библиотеки C++, используемый для построения моделей сети, представляет собой симулятор дискретных событий. В системе OMNeT++ заложена детальная реализация про24 токолов, начиная от сетевого уровня, возможность написания и подключения собственных модулей, развитый графический интерфейс.

8

На рисунке 2 приведен пример фрагмента модели сети, построенной с помощью NetSimulator, и работа с виртуальным маршрутизатором в ней.

Рисунок 2. Пример фрагмента модели сети, построенной с помощью

NetSimulator.

Система OMNeT++ представляет собой симулятор дискретных событий. Изменение состояния моделируемой системы происходит в дискретные моменты времени по списку будущих событий (future eventlist), отсортированных по времени. Событием может быть: начало передачи пакета, таймаут и т.п. События происходят на основе выполнения простых модулей (simple module). У такого модуля есть функции инициализации, обработки сообщения, действия и завершения работы.

Пример работы в системе OMNeT++ представлен на рисунке 3.

9

Рисунок 3. Типовой порядок действий в OmNet++ для моделирования сети. Примеры описания фрагмента сети и составного (compound) узла с

помощью встроенного языка NED.

Ниже описан процесс, показанный на рисунке 4 (сверху вниз):

поступление исходных сообщений.

обработка структур описания сообщений с помощью препроцессора opp_msgc (генерация компилируемых файлов в синтаксисе языка Си)

компиляция программного кода совместно с базовыми библиотеками ядра и пользовательского интерфейса OmNet++

запуск откомпилированная программы, подача на вход описания топологии и трафика сети, наблюдение за процессом симуляции

получение результирующих данных для последующего исследования

10