Методы определения эффективности применения технологии IP-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат технических наук Петров, Андрей Андреевич

• Петров, Андрей Андреевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петров, Андрей Андреевич

Обозначения и сокращения.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ 1Р-ТЕЛЕФОНИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СТРУКТУРАХ ФЕДЕРАЛЬНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

1.1. Информационные структуры железнодорожного транспорта.

1.2. Анализ вариантов применения технологии 1Р-телефонии в информационных структурах Федерального железнодорожного транспорта.

1.3. Выводы по рцделу^.

2. ВЫБОР ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ 1Р-ТЕЛЕФОНИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СТРУКТУРАХ ФЕДЕРАЛЬНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

2.1. Критерии оценки качества передачи речи в 1Р-сетях.

2.2. Экономические показатели эффективности внедрения современных информационных технологий.

2.3. Показатели надёжности систем 1Р-телефонии.

2.4. Выводы по главе.

3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ ПО ГС-СЕТЯМ.

3.1. Экспериментальное определение статистических характеристик системы 1Р-телефонии.

3.1.1. Разработка схемы эксперимента.

3.1.2. Результаты обработки статистических данных.

3.2. Имитационное моделирование процесса обслуживания. нагрузки в 1Р-сети.

3.2.1. Описание модели и алгоритма моделирования.

3.2.2. Разработка алгоритма моделирования СМО.

3.2.3. Сравнение результатов математических расчетов и имитационного моделирования.

3.2.4. Анализ процесса обслуживания для различных видов поступающей на вход СМО нагрузки с использованием имитационного моделирования.

3.3 Выводы по^главе^.^.

4. АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ IP-ТЕЛЕФОНИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СТРУКТУРАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

4.1. Адаптация существующей методики расчета ТСО для анализа экономической эффективности внедрения систем IP-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта.

4.2. Анализ экономической эффективности внедрения системы IP-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта.

4.3. Экономический эффект коммерческого использования системы IP-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта.

4.4. Выводы по главе.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ IP-ТЕЛЕФОНИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СТРУКТУРАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СЕГМЕНТА ОАО «РЖД».

5.1 Надежность системы IP-телефонии.

5.2. Модели восстановления системы IP-телефонии.

5.3 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы определения эффективности применения технологии IP-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта»

В настоящее время высокими темпами осуществляется развитие и внедрение новых систем и процессов в информационных структурах (ИС) железнодорожного транспорта. Этот процесс осложняется отсутствием методов оценки эффективности использования в них новых информационных технологий. Для внедрения новых информационных технологий необходимо твердое обоснование, базирующееся на результатах научных исследований.

В настоящее время не существует, в частности, типовой методики оценки эффективности и целесообразности использования технологии 1Р-телефонии в ИС предприятий. Объясняется это сложностью технологии и её относительной новизной. Поэтому методы, позволяющие проанализировать целесообразность перехода на новые технологии, актуальны не только для железнодорожного транспорта, но и для любого предприятия.

В последние десятилетия во всем мире происходит переход от услуг классической телефонной сети с коммутацией каналов к услугам сетей с пакетной коммутацией для организации передачи различных типов информационной нагрузки. Технология 1Р-телефонии является весьма перспективной, в том числе и в информационных структурах железнодорожного транспорта. Однако существенные различия в принципах построения систем передачи информации на базе коммутации каналов (КК) и коммутации пакетов (КП) привели к тому, что подходы и методы, применяемые к описанию телефонных систем на базе технологии КК, не позволяют рассчитывать, описывать и моделировать телефонные системы на базе 1Р-телефонии без внесения существенных изменений.

В основу исследований информационных структур положены в основном результаты российских ученых в области теории вероятностей, теории массового обслуживания и теории телетрафика. Фундаментальный вклад в эти области внесли Г.П. Башарин, Вишн^скии^^Н^

Колмогоров, В.И.Нейман, А.П. Пшеничников, С.Н.Степанов, А.Д. Харкевич, А.Я. Хинчин, М.А. Шнепс-Шнеппе и некоторые другие. Существенный вклад в создание методов анализа информационных структур внесли зарубежные ученые - В. Иверсен, Л. Клейнрок, П. Кюн, К. Росс, Р. Уилкинсон, М.Шварц и др.

Методы исследования нагрузки сетей с пакетной коммутацией разрабатывались в теоретических и прикладных работах ГШ—Боча^юва; Б.С. Гольдштейна, Г.В.Горелова, У. Леланда, О.Н. Ромашковой, У. Столлингса, У.Уиллингера, А.Ф Фомина, А.Эррамили и др.

Обеспечение заданного качества при пакетной передаче информационной нагрузки требует определения ряда сетевых параметров (задержка и потеря пакетов, джиттер и др.). Эти параметры характерны исключительно для систем с коммутацией пакетов, поэтому для удобства оценки качества передачи пакетизированной нагрузки необходимо определить функциональные зависимости показателей качества от указанных параметров информационных систем.

Основной целью деятельности любого предприятия является получение прибыли, поэтому одним из решающих при разработке проектов систем информационного взаимодействия и выборе применяемых технологий является экономический фактор. Для оценки и сравнения различных проектов могут быть использованы несколько методов оценки эффективности. Но необходим комплексный метод, который позволил бы учесть специфику информационных технологий.

Новизна технологии 1Р-телефонии обуславливает необходимость разработки методов определения надежности систем с учетом их специфики.

Основной целью работы является разработка метода, позволяющего оценивать основные показатели эффективности внедрения и использования технологии 1Р - телефонии в существующих информационных структурах предприятий.

Для достижения поставленной цели планируется решить следующие задачи: провести анализ состояния и направлений развития информационных структур предприятий железнодорожного транспорта, а также анализ тенденций развития информационной отрасли в целом и, в частности, технологии 1Р-телефонии. Систематизировать варианты использования технологии, применяемое при этом оборудование, правовые и технологические аспекты регулирования использования технологии 1Р телефонии;

- произвести анализ и выбор критериев оценки эффективности внедрения информационных технологий на предприятии; разработать методику экспериментального определения вероятностных характеристик нагрузки систем 1Р-телефонии; разработать программный комплекс для имитационного моделирования процессов обслуживания нагрузки в системе 1Р-телефонии; усовершенствовать методику определения экономической эффективности внедрения технологии 1Р-телефонии в ИС предприятий железнодорожного транспорта;

- разработать модель системы 1Р-телефонии для оценки надежности различных систем и архитектурных решений, учитывающую особенности технологии.

Научная новизна исследования заключается в следующем: разработан комплексный метод оценки эффективности использования систем 1Р-телефонии на предприятии;

- разработан метод экспериментального определения вероятностных характеристик нагрузки систем 1Р-телефонии;

- предложены и исследованы путем имитационного моделирования перспективные методы оценки качества обслуживания в системах 1Р-телефонии;

- разработан метод оценки экономической целесообразности внедрения систем 1Р-телефонии на предприятии, учитывающий специфику технологии и особенности эксплуатации;

- разработан метод определения и анализа надежности систем 1Р-телефонии.

Практическая ценность исследования состоит в том, что её результаты комплексно и системно описывают механизм определения необходимости и эффективности использования технологии 1Р-телефонии в информационных структурах предприятий железнодорожного транспорта. Разработанные методы позволяют рассчитать качество обслуживания в проектируемой системе, оценить экономическую целесообразность внедрения новой информационной технологии, обоснованно сделать выбор оборудования, спрогнозировать надежность. В условиях бурного развития информационных технологий и большого числа факторов, которые необходимо учитывать при оценке целесообразности использования их в системах информационного взаимодействия, результаты проведенного исследования позволят наиболее точно определить момент внедрения и минимизировать экономические затраты.

Основные теоретические и практические результаты, полученные в диссертации, использованы в научно-производственной и проектной деятельности службы связи и вычислительной техники Московской железной дороги, информационного вычислительного центра Московской железной дороги, ООО «Наука-Связь», что подтверждено соответствующими актами.

Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на конференции Российского научно-технической общества имени А.С.Попова, на 6-ой научно-технической конференции ПТСПИ -2005, на заседаниях кафедры «Радиотехника и электросвязь» МИИТа.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и двух-приложений.

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы информатики», Петров, Андрей Андреевич

5.3 Выводы по главе

1. Модифицировано определение надежности системы с точки зрения доступности сервиса предоставляемого системой 1Р-телефонии. Для определения показателей доступности введены понятия кластеров обработки и передачи, разработана расширенная модель восстановления кластера, разработана методика и произведен расчет значений доступности для типовых кластеров.

2. Разработанная модель системы 1Р-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта позволяет прогнозировать надежность при проектировании и сравнении архитектурных решений транспорта с учетом специфики технологии. Она позволяет также оценивать степень повышения надежности вследствие введения резервных маршрутов в системе 1Р-телефонии, зависимость надежности от способа перехода системы на резервные каналы (автоматического или реконфигурации системы оператором).

3. Разработанный метод оценки доступности позволяет по существующему списку отказов предложить наиболее эффективный вариант решения задачи повышения надежности внедренной системы 1Р-телефонии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенного в диссертационной работе исследования получены следующие основные результаты.

На основании проведенного в диссертационной работе исследования получены следующие основные результаты.

1. Разработаны схемы экспериментов для исследования статистических свойств речевой нагрузки систем 1Р-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта модели, описывающие основные варианты применения технологии.

2. Получены вид и параметры распределения вероятностей интервала между моментами прибытия речевых пакетов на вход шлюза в зависимости от коэффициента загрузки канала (например, при загрузке канала на 70%, наилучшую степень совпадения с полученным экспериментально статистическим распределением исследуемой величины имеет логнормальное распределение вероятностей с параметрами: /л~4,75 и а=1,56).

3. Программа имитационного моделирования процессов обслуживания речевой нагрузки в системе 1Р-телефонии, позволяющая рассчитать и спрогнозировать ухудшение параметров, определяющих качество передачи речи и определить необходимый объем буфера шлюза при заданной вероятности отказа в обслуживании (например, при увеличении размера буфера в 5 раз снижение вероятности отказа в обслуживании достигает 92,6%).

4. Модифицированная для определения экономической эффективности внедрения технологии 1Р-телефонии в информационных структурах железнодорожного транспорта методика расчета совокупной стоимости владения информационной системы. Проведенный по данной методике сравнительный анализ внедрения различных вариантов систем 1Р-телефонии, показал, что экономическая целесообразность внедрения систем 1Р-телефонии появляется только при выполнении следующих условий:

- совместное использование транспортной 1Р сети для передачи данных и речи;

- интеграция обслуживающего персонала связевых дистанций (ШЧ) и отделов вычислительной техники (НОД ИВЦ).

5. Введено новое определение надежности системы 1Р-телефонии. Разработана расширенная модель восстановления системы 1Р-телефонии, которая позволила оценить степень повышения надежности вследствие введения резервных маршрутов в системе 1Р-телефонии и определить зависимость надежности от способа перехода системы на резервные каналы (автоматического перехода или реконфигурации системы оператором).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петров, Андрей Андреевич, 2006 год

1. Ромашкова О.Н., Петров A.A., Маневич П.Ю. Планирование и управление затратами при внедрении современных информационных технологий. ВКСС Connect, №1,2004.-С. 104-109.

2. Сеть связи железнодорожного транспорта Российской федерации. Системный проект. М.: Министерство путей сообщения РФ, 2000.

3. Васильев O.K., Блиндер И.Д., Левин В.А. Построение технологического сегмента цифровой сети железнодорожной связи. Автоматика, связь, информатика, №3,2002:С. 2-6.

4. Вериго A.M., Васильев O.K., Левин В.А. Основные положения развития цифровых систем связи технологического сегмента. ВКСС Connect, №6, 2003.-С. 19-23.

5. Архаров A.B., Решетников C.B., Лещев A.B. Решение проблем развития связи. Автоматика, связь, информатика, №3, 2005ГС. 6-9.

6. Сизова A.B. Интеграция системы ОТС с дорожным сегментом корпоративной сети СПД. Автоматика, связь, информатика, №12, 2003гС. 1619.

7. Золотников А.Г. Задачи информационной безопасности при создании единого информационного пространства транспортной системы России. ВКСС Connect, №5, 2004.-С. 128-131.

8. Блиндер И.Д. Роль оперативно-технологической связи в информационной среде перевозочного процесса. Тезисы доклада научно-технического совещания МПС^М.: Информатизация и связь, 2003.

9. Нормы технологического проектирования цифровых телекоммуникационных сетей на федеральном железнодорожном транспорте (НТП-ЦТКГ-ФЖТ-2002).Министерство путей сообщения РФ. М.: ТРАНСИЗДАТ, 2002.

10. Руководящий технический материал по проектированию цифровой сети ОбТС дорожного уровня (РТМ 2 ОбТС - 2002). Утвержденная

11. Департаментом информатизации и связи МПС РФ 20.12.2002. М.:ВНИИУП МПС России, 2002.

12. Москвитин В.И., Жуков Е.В. Модернизация телекоммуникационной инфраструктуры ОАО «РЖД»: Варианты и возможности. Автоматика, связь, информатика, №3, 2005.С. 2-5.

13. Сеть передачи данных МПС России. ИнформКурьер-Связь, №11, 2001. С. 35-38.

14. Чачин П.А. Сеть передачи данных МПС. Связь и сетевые решения, №36, 2000. С. 21-26

15. Информационные материалы ГВЦ ОАО «РЖД», 2004.

16. Ерин И., Бакушев В., Лебедев А., Шаповаленко С. Информационные технологии на страже здоровья. Сетевой, №11, 2001. С. 17.

17. Материалы конференции «Транспортному комплексу необходимо единое информационное пространство» Вестник евроазиатского транспортного союза, №3, 2003. С. 78-80.

18. Ромашкова О.Н., Петров A.A. Варианты использования технологии VoIP и возможности применения её на ж.д. транспорте, Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А.С.Попова, Серия: LIX-2 ,2004. С. 26-29.

19. Ширяев А.М. Итоги восьмой ежегодной конференции по IP- телефонии. Технологии и средства связи. №6, 2003.С. 62-65

20. Аналитический отчет консалтинговой компании Frost&Sallivan, 2004.

21. Масленников И.А. Итоги 2004 года и перспективы 2005. 9-ая конференция по IP телефонии и IP коммуникациям.Comptek, 2004.С. 24-28.

22. Олифер В.И. Направления развития средств безопасности предприятия. Технологические нормы проектирования корпорации UNI, 2003 С. 47-52.

23. Ромашкова О.Н., Петров A.A., Толстошеин A.B. Обеспечение безопасности сетей IP-телефонии. Труды VI международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации» ПТСПИ-2005, 2005. С.49-50.

24. Чачин П.А. AVVID архитектура интегрированных сетей. Связь и сетевые решения, № 38, 1999. С.23-27.

25. Самолюбова А.Б. Call Center на 100%. Практическое руководство по организации Центра обслуживания вызовов. М.: Информатизация и связь, 2004.

26. Кандырин Ю. В. Автоматизированный многокритериальный выбор альтернатив в инженерном проектировании. http://info.iu4.bmstu.ru/ data/apeva/autov/frames/mainThtrrb

27. Коган A.B. IP-телефония как наиболее перспективный метод передачи информации.- Электросвязь, №10, 2000, С. 3-6.

28. ITU-T Recommendation G.729 Annex А (11/1996). Reduced complexity 81. P 'kbit/s CS-ACELP speech codec.

29. ITU-T Recommendation G.723.1 (03/1996). Dual rate speech coder for multimedia communications transmitting at 5,3 and 6,3 kbit/s.

30. ITU-T Recommendation G.711 (11/1988). Pulse code modulation (PCM) of"voice frequencies.

31. ITU-T Recommendation P.800 (08/1996) «Methods for subjective determination of transmission quality» t

32. ITU-T Recommendation P.830 (02/1996) «Subjective performance assessment of telephone-band and wideband digital codecs»,31 .ITU-T Recommendation G.109 (09/99) «Definition of categories of speech transmission quality»,

33. ITU-T Recommendation G.107 (05/00) «The E-Model, a computational model for use in transmission planning»,

34. ITU-T Recommendation P.861 (1996) «Perceptual Speech Quality Measure (PSQM)»,

35. ITU-T Recommendation G.113 Appendix I (09/99) «Provisional planning values for the equipment impairment factor le»,

36. Бородина Е.И., Голикова Ю.С. и др. Финансы предприятия: Учебное пособие/ Под ред. Е.И.Бородиной. М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1995.

37. Мэйор Т. Методологии оценки ИТ.- Директор ИС, №9, 2002.-http://www.osp.ru/Gio/2002/09/056Atm

38. Михайловский Н. Архитектура информационной системы, оценка рисков и совокупная стоимость владения.-Директор ИС, №6, 2002, http://www.osp.m^io/2002/06/021—JUhtm-1

39. Целых А. Всесторонний анализ эффективности информационных проектов.- Корпоративный менеджмент, 2006 г.-http://www.cfm.m/itm/krs/iHH¥estmentshtml

40. Соловьев В.И. Стохастические модели математической экономики и финансовой математики.- М.: ГУУ, 2001/^2^/1

41. Солопов П. Комплексный подход к оценка целесообразности инвестиций в информационные технологии.- iTeam, 2006^. http://wwwjteam.m/pubJications/it/sectiQn^53/artide:^^4y-''

42. Свинарев. С. Balanced Scorecard в онлайне и в жизни. PCWeek, №12, 2004.- http://kis.pcweek.m/¥ear20Q4/W^GI42^

43. Костюхин Д. Бордачев А. Методы оценки инвестиций в ИТ.- Connect! Мир связи, №3,2005.- http://www.topsbi.rn/print4sp—

44. Галкин Г. Методы определения экономического эффекта от ИТ-проекта. Часть 2. Качественные и вероятностные методы. Intelligent Enterprise. Корпоративные системы, №24, 2005г.- http://www.iemag.m/?JB=506207

45. Черкесов Г. Н. Надежность аппаратно-программных комплексов: Учебное

46. Черкесов Г. Н., Можаев A.C. Логико-вероятностные методы расчета надежности структурно-сложных систем. В кн. Надежность и качествопособие, С^П^ Питер, 2004изделий. М.: Знание, 1991

47. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения, С.-П.: БХВ-Петербург, 200^

48. НИР «Исследование характеристик функционирования цифровых телекоммуникационных систем и сетей ж.д. транспорта», Тема № 101Н/04-179Н/04.

49. Ромашкова О.Н., Петров А.А., Толстошеин А.В. Экспериментальное определение вероятностных характеристик пакетных сетей, ВКСС Connect, №1,2005, стр. 100-112 .

50. Артемкин Д.Е., Баринов В.В., Овечкин Г.В., Степнов И.М. Основыкомпьютерного моделирования систем под ред. А.Н. Пылькина

51. Овечкин Г.В. Курс лекций по дисциплине «Имитационное моделирование1. К:экономических процессов», РГРТА, 2004,^1

52. Шеннон Р.Е. Имитационное моделирование систем: наука и искусство -М.: Мир, 1978,^

53. Рыжиков Ю.И. Имитационное моделирование. Теория и технология, 2004.1. М4л

54. Варфоломеев В.И. Алгоритмическое моделирование элементов экономических систем: Практикум. Учеб. пособие — М.: Финансы и статистика, 2000j?.

55. Емельяиов A.A. Имитационное моделирование экономических процессов,M

56. Карпов Б., Баранова Т. С++: специальный справочник СПб: Питер, 2001JT.

57. Козаченко В.Е. Управление общей стоимостью владения корпоративной информационной системой.- Корпоративные системы, №2,2002^. ,

58. Сайт компании "АПТ- Телеком»: http://www.media-servers.ru/

59. Локальные cera(LAN).-StepLogic: http://www.step.ru/rus/integfatioii/serviees-76.Официальный сайт HewlettPakard: http://www.hp.ru/openview/sep/4GeA

60. Локальные cera(LAN). Проектирование.-StepLogic.- http://www.step.ru /rus/integration/serviees/lan/projeeting

61. Сайт JOB.RU.- http://www.job.ru/

62. Климанов В.П. и др. Модели оценки надежности кластерной системы специального назначения.-^МГТУ Станкин, 2005|:

63. Официальный сайт компании Juniper Networks:http://wwwjunipemetworks.ru/compa^ —81.0стрейковский В.А. Теория надежности. М.: Высшая школа, 2002^. 82.Томас Т. М. Структура и реализация сетей на основе протокола OSPF.-М.:Вильямс, „