TMN в конце туннеля

П. О. Дубенсков

Сегодня самым большим и динамично развивающимся сектором мировой экономики является не нефтяной или газовый бизнес, как это можно предположить, учитывая реалии нашей страны, а рынок телекоммуникаций. По данным компании Anderson Consulting, общий объем его в 1994 г. составил 700 млрд долл., а к 2000 г. прогнозируется его удвоение. И хотя основной вклад в эти миллиарды вносят оплата телекоммуникационных услуг и продажа оборудования, по темпам роста впереди всех должен оказаться сектор систем управления телекоммуникациями. Так, компания Vertel - один из лидеров в области платформ управления для телекоммуникационных систем - утверждает, что оборот этого сектора рынка к 2000 г. должен вырасти до 8 млрд долл., что по сравнению с 500 млн долл. в 1995 г. дает 16-кратное увеличение.

Главная причина стремительного прогресса систем управления телекоммуникациями - жесткая конкурентная борьба операторов сетей и поставщиков услуг за клиентов. Во многих странах действуют законы (например, в США такой закон был принят в 1996 г.), поощряющие конкуренцию между различными компаниями по предоставлению услуг дальней и ближней связи и ограничивающие многолетнюю монополию национальных телеоператоров. По мнению правительств этих стран, такие меры должны устранить застойные явления, характерные для любого монополизированного рынка и повысить качество и ассортимент услуг, предлагаемых конечному пользователю.

Действительно, при наличии выбора компании-оператора корпоративные клиенты стали гораздо более требовательными. Например, раньше многие из них мирились с тем, что транспортный сервис, предоставляемый оператором сети Х.25, передает их данные с весьма неопределенной пропускной способностью и отсутствием твердых гарантий по надежности. Теперь клиенты стараются выбрать поставщика услуг, способного обеспечить коэффициент готовности транспортного сервиса не ниже 99,9%, а также дать гарантии на среднюю пропускную способность виртуального канала и максимальную величину задержки каждого пакета. Такой оператор снабдит клиента средствами контроля качества предоставляемых услуг и подпишет контракт, в котором примет на себя обязательства компенсировать убытки, если реальное качество окажется ниже обещанного.

Обеспечение требуемого качества предоставляемых услуг - в настоящее время главное оружие компаний-операторов в борьбе с конкурентами, и в этих условиях системы управления из вспомогательного средства стали быстро превращаться в одно из основных наряду с кабелями, усилителями, мультиплексорами и коммутаторами. В самом деле, без хорошей автоматизированной системы управления очень сложно быстро сконфигурировать и поддерживать для каждого клиента тот уровень услуг, который он заказал.

Появление архитектуры TMN

Еще несколько лет назад подавляющее число систем управления телекоммуникациями составляли системы, разработанные производителями оборудования - фирмами Siemens, Nortel, Alcatel, NEC или самими операторами сетей - MCI, Sprint, Deutsche Telekom. Сегодня даже при беглом осмотре описаний таких систем быстро выявляется одна интересная особенность - везде мелькает либо аббревиатура TMN, либо полное название стандартов МСЭ-Т для архитектуры систем управления телекоммуникациями - Telecommunications Management Network. И, хотя TMN "появилась на сцене" не так давно, имеется много аргументов в пользу того, что это надолго:

• 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).
• Боўльшая часть телекоммуникационного оборудования новых технологий SONET/SDH, ATM, ADSL, беспроводных сетей и т. п. сегодня выпускается со встроенной поддержкой интерфейса Q3 - одного из основных элементов архитектуры TMN.
• По прогнозам некоторых специалистов, к 2000 г. объем продаж на рынке TMN-продуктов должен достичь отметки 2,2 млрд долл.

Еще одним показателем перспективности архитектуры TMN может служить интерес, проявляемый к ней компанией Microsoft, в рыночной интуиции которой трудно усомниться. Microsoft заключила партнерские соглашения о взаимопомощи при разработке продуктов TMN-управления на базе сервера Windows NT с двумя ведущими производителями TMN-платформ - компаниями Hewlett-Packard и Vertel.

Итак, в чем же причина бурного роста популярности стандартов TMN и основанных на них платформ и систем управления?

Основные характеристики архитектуры TMN

Архитектура TMN обладает рядом характеристик, отличающих ее от основных конкурентов - SNMP-продуктов и фирменных систем управления, основанных на частных стандартах (например, систем на основе интерфейса TL/1(M), широко используемого североамериканскими операторами, но мало распространенного в Европе). По мнению автора, наиболее значимыми из них являются:

• возможность интеграции разнородных сетей за счет комплексной стандартизации большого числа аспектов поведения и структуры системы управления, а также в силу международного характера стандартов TMN;
• высокая степень масштабируемости решений благодаря наличию соответствующих свойств базового протокола взаимодействия агентов и менеджеров - протокола CMIP и имеющимся в архитектуре специальным элементам для построения больших распределенных систем: промежуточной сети передачи данных, средств маршрутизации и фильтрации сообщений между многочисленными менеджерами и агентами, центральной справочной базы данных, хранящей информацию об их свойствах и местоположении, и т. п.;
• защищенность управления посредством использования открытых стандартов безопасности ISO/OSI.

Интеграция сетей

Долгий путь развития телекоммуникационных сетей привел к большому разнообразию применяемых в этой области технологий и оборудования. Огромная протяженность территориальных каналов связи, трудоемкость и высокая стоимость их прокладки и модернизации привели к тому, что все многообразие разработанных технических средств связи все еще "уживается" в одной телекоммуникационной сети: данные, отправленные абонентом сети общего пользования, могут проходить как через электромеханические коммутаторы, так и через коммутаторы АТМ; медные провода сменяются в составных каналах оптическими волокнами, а технология коммутации каналов может мирно сосуществовать с коммутацией пакетов и ячеек.

Частные (или применяемые в одной стране) подходы к управлению теперь признаны не соответствующими современным требованиям, поскольку не учитывают неоднородный характер сетей. Использование таких подходов к управлению обходится операторам телекоммуникационных сетей все дороже и дороже, так как при установке в сеть нового оборудования приходится в значительной степени дорабатывать существующую систему - либо добавлять в нее новые подсистемы, непосредственно управляющие этим оборудованием, либо, если для последнего уже имеется своя, частная система управления, решать задачу ее интеграции в уже имеющуюся - при отсутствии стандартных интерфейсов это не менее сложная задача, чем установка нового оборудования.

Модель Telecommunications Management Network, определенная в стандарте М.3010 МСЭ-Т и ряде других сопутствующих стандартов, представляет собой систему управления неоднородной составной телекоммуникационной сетью, построенной на разных технологиях, оборудовании и программном обеспечении.

Стандартизация

В создании стандартов TMN участвовали практически все ведущие международные организации по стандартизации - ISO, МСЭ-Т, ANSI, ETSI. Архитектура TMN основана на известных общих принципах и моделях управления OSI - в частности, задачи TMN соответствуют пяти группам функций управления, определенным в стандарте ISO 7498-4 и в рекомендациях МСЭ-Т Х.700:

управление конфигурацией сети и именованием (Configuration Management), обработка ошибок (Fault Management), анализ производительности и надежности (Performance Management), управление безопасностью (Security Management), учет работы сети (Accounting Management).

Хотя TMN во многом использует существующие общие стандарты управления OSI и МСЭ, имеются и специальные стандарты, присущие только системам TMN. Одним из таких стандартов является стандарт МСЭ-Т М.3010. Он определяет базовые принципы TMN, а именно:

• функциональную архитектуру, которая описывает основные функциональные блоки TMN-систем - операционные системы, сетевые элементы, рабочие станции, промежуточные устройства сопряжения, Q-адаптеры - и определяет интерфейсы между ними;
• информационную архитектуру, которая стандартизует использование в системах управления TMN объектно-ориентированного подхода и концепции взаимодействия агентов и менеджеров на основе протокола CMIP/CMIS;
• физическую архитектуру, которая отображает функциональные блоки TMN на физические компоненты сети и описывает интерфейсы между различными физическими компонентами;
• логическую многоуровневую архитектуру, в соответствии с которой задача TMN может быть декомпозирована на несколько подзадач, образующих следующую иерархию: уровень сетевых элементов (Network Elements), уровень управления сетевыми элементами (Element Management Layer), уровень управления сетью (Network Management Layer), уровень управления обслуживанием (Service Management Layer), уровень административного управления (Business Management Layer).

Подробнее о стандарте М. 3010 и некоторых других стандартах TMN можно прочитать в статье В. А. Нетеса "Сеть управления электросвязью (TMN)" (Сети и системы связи. 1996. № 10.).

Пример системы управления на основе архитектуры TMN

Многие телекоммуникационные операторы знакомы с ситуацией, когда в составной сети сосуществуют несколькo транспортных технологий. Рассмотрим пример, который иллюстрирует назначение и взаимосвязь основных элементов и интерфейсов архитектуры TMN.

Нижний уровень архитектуры TMN в данном случае состоит из трех сетей:

• магистральной первичной сети на базе SDH;
• сети, состоящей из комбинации цифровых каналов PDH (T1) и аналоговых каналов FDM;
• сети передачи данных TCP/IP, работающей поверх цифровых и аналоговых каналов первых двух сетей.

Современное оборудование SDH оснащено встроенными агентами TMN, поддерживающими интерфейс Q3. Оборудование сетей PDH/FDM, установленное гораздо раньше оборудования SDH, не поддерживает агенты TMN, но может управляться по фирменному интерфейсу TL/1(М), представляющему из себя набор текстовых команд в кодировке ASCII. И наконец, маршрутизаторы сети TCP/IP за счет встроенных агентов MIB-II допускают управление по протоколу SNMP.

Для управления своей неоднородной сетью наша гипотетическая телекоммуникационная компания выбрала подход, основанный на архитектуре TMN, который позволяет сохранить как уже функционирующее оборудование (управляемое в данном случае по SNMP и TL/1(М)), так и некоторые существующие системы управления. В общей системе для управления сетью TCP/IP было решено оставить систему Optivity, работающую на платформе HP Open View, поскольку основную часть маршрутизаторов этой сети составляют устройства производства фирмы Bay Networks и управлять ими эффективнее всего с помощью пакета Site Manager, входящего в систему Optivity компании Bay Networks.

Специально для транспортных сетей SDH была разработана система управления на основе TMN-платформы. Как и SNMP, TMN-платформы представляют собой набор базовых средств, готовых и настраиваемых элементов системы, а также инструментальных средств, ускоряющих разработку менеджеров и агентов.

Интерфейс Q3

В архитектуре TMN заложены различные варианты взаимодействия менеджера со встроенными в оборудование агентами. Это отражает многообразие ситуаций, возникающих при построении реальных систем. Идеальным вариантом для архитектуры TMN является взаимодействие менеджера с агентами по "родному" интерфейсу Q3. Другой вариант основан на использовании так называемого Q-адаптера, который при отсутствии встроенного агента Q3 преобразует частный интерфейс агента, например SNMP, в интерфейс Q3. Третий вариант - встраивание в уже имеющуюся, но не поддерживающую стандарты TMN, систему управления агента, работающего по интерфейсу Q3.

Интерфейс Q3 построен на следующих принципах:

• использование в качестве транспортного средства для передачи сообщений между агентом и менеджером полного семиуровневого стека протоколов, соответствующего модели OSI. Сегодня в его качестве могут выступать стеки ISO/OSI или TCP/IP;
• использование на прикладном уровне для передачи сообщений протокола CMIP, а для передачи больших объемов данных - протокола FTAM (и тот и другой не определяются собственно архитектурой TMN, а являются протоколами стека ISO/OSI);
• применение поверх протокола CMIP более содержательных протоколов взаимодействия между агентом и менеджером, конкретизирующих отдельные функции управления, например наблюдение за ошибками, измерение производительности и т. п.

Так как менеджер связывается с агентом при помощи полного транспортного стека, то при сборе данных от встроенных агентов можно использовать промежуточную маршрутизируемую сеть передачи данных произвольной сложности. Это обстоятельство является одним из важных компонентов открытости архитектуры TMN и направлено на объединение любых сетей, в том числе и таких, которые не могут переносить данные, используемые системой управления, в своих основных информационных потоках. Так, например, многим телекоммуникационным сетям предыдущих технологических поколений (модемные аналоговые сети доступа, аналоговые телефонные сети) для организации управления требуется отдельная, вспомогательная (промежуточная) сеть. В качестве последней операторы современных сетей чаще всего используют сети Х.25 или же выделенные каналы. Интересное решение было принято швейцарским национальным оператором Swiss PTT, который не побоялся использовать в такой ситуации сеть Интернет.

На рисунке промежуточная сеть соединяет агенты уровня NE с менеджерами уровня EML, хотя при необходимости с тем же успехом промежуточная сеть может использоваться для связи более высоких уровней.

Протокол CMIP во многом обеспечивает масштабируемость TMN-систем. Он выгодно отличается от протокола SNMP тем, что обеспечивает возможность построения очень мощных в функциональном отношении и легко управляемых агентов. Например, агент CMIP способен по одной простой команде от менеджера выполнить определенный набор действий, для реализации которой агенту SNMP нужно было бы выдать сложную последовательность команд. Кроме того, агенты CMIP поддерживают такое понятие, как область действия (scope), что позволяет одной командой воздействовать сразу на все агенты, входящие в выбранную область. Агент CMIP может также осуществлять предварительную фильтрацию сообщений, снимая с менеджера эту рутинную работу. Отметим также, что использование поверх протокола CMIP протоколов более высокого уровня не является обязательным условием для того, чтобы интерфейс назывался интерфейсом Q3.

С целью управления сетью PDH/FDM в рассматриваемом нами примере также была использована индивидуальная система управления, построенная на TMN-платформе. Так как оборудование этой сети не поддерживает интерфейс Q3, был использован Q-адаптер, работающий на отдельном компьютере и преобразующий интерфейсы TL/1(М) сразу всех устройств, входящих в сеть, в интерфейс Q3. Сегодня на рынке имеются специальные инструментальные средства для разработки Q-адаптеров, а также готовые программные Q-адаптеры для наиболее популярных интерфейсов (TL/1(М) и SNMP) и распространенных типов оборудования.

Верхние уровни системы управления

Так как в приведенном на рисунке примере сеть TCP/IP управляется собственной системой управления Optivity, не поддерживающей архитектуру TMN (хотя в настоящее время компания Bay Networks рассматривает варианты осуществления такой поддержки), то для связи Optivity с остальной частью TMN-системы в нее необходимо встроить дополнительный программный элемент, выполняющий роль агента Q3. Этот адаптер должен не только играть роль транслятора интерфейсов, но и служить инструментом для построения системы управления следующего уровня - уровня сетевого управления. Таковой нужен для управления составной сетью как единым целым. Он также построен на основе TMN-платформы и может быть тем же самым продуктом, какой используется на уровне управления сетевыми элементами, а может являться и любой другой реализацией (в том числе и неплатформенной) стандартов TMN.

Менеджер уровня сетевого управления общается с агентами, встроенными в системы управления уровня сетевых элементов. Каждая система управления нижнего уровня выполняет также функции агента для менеджера верхнего. Такой агент работает с укрупненной моделью (MIB) своей части сети, в которой собирается только та информация, которая нужна менеджеру верхнего уровня для управления сетью в целом. Таким образом сокращается объем информации, циркулирующей между уровнями системы управления, что делает работу системы управления гораздо более эффективной.

Как видно из рисунка, аналогичным образом с агентами уровня управления сетью (NML) взаимодействует менеджер уровня управления обслуживанием (SML).

Соглашение об уровне управления обслуживанием

Привлекательным свойством архитектуры TMN является возможность оценки характеристик работы сети на всех уровнях - от оценки величины трафика на портах коммутаторов до времени реакции пользовательских бизнес-приложений. Измерение рабочих характеристик сети на верхних уровнях позволяет контролировать соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement - SLA), заключаемое между пользователем сети и ее администраторами (или компанией-оператором).

Обычно SLA оговаривает такие параметры надежности, как коэффициент готовности услуги в течение года и месяца, максимальное время устранения сбоев, а также показатели производительности - например, среднюю и максимальную пропускную способность при соединении двух точек подключения пользовательского оборудования, время реакции сети (если информационный сервис, для которого определяется время реакции, находится внутри сети), максимальное время задержки пакетов при передаче через сеть (в случае использования сети только в качестве транзитного транспорта). Средства контроля уровня обслуживания - сегодня самый популярный тип продуктов управления и наиболее массовый сегмент рынка TMN-технологий.

Распределенность и масштабируемость

Рассмотренный в статье пример хорошо иллюстрирует возможность архитектуры TMN по построению распределенных систем управления. Каждая из них может состоять из некоторого числа менеджеров и агентов, решающих свои задачи и взаимодействующих либо по интерфейсу Q3, либо по интерфейсу Х. Последний предназначен для связи между собой двух отдельных TMN-систем и отличается от интерфейса Q3 наличием дополнительных средств защиты данных, включающих поддержку аутентификации, авторизации и контроля целостности сообщений. Он также обеспечивает масштабируемость решений архитектуры TMN, так как позволяет строить системы управления сколько угодно большими сетями за счет организации горизонтальных связей между отдельными TMN-системами.

Администраторы и операторы сети управления соединяются с менеджерами со своих рабочих станций с помощью интерфейса F, который поддерживает такие современные технологии, как Java и Web.

Особенности TMN-платформ

До недавнего времени системы управления телекоммуникационными сетями, использующие архитектуру TMN, строились в основном на индивидуальной основе, без использования платформ. Сейчас ситуация изменилась. Появились многофункциональные платформы TMN для приложений, реализующих управление телекоммуникационными сетями, например HP OV Telecom DM TMN, Digital TeMIP, Vertel TMN Manager Platform и Agent Platform, ISR Global Orbit и др. Эти платформы, кроме обычных функций, включают и ряд дополнительных функций и средств, необходимых для построения полноценной системы TMN, а именно:

• Средства ведения справочной системы, хранящей информацию о менеджерах и агентах, в том числе и о местах их дислокации в узлах сети. Справочная система позволяет им автоматически находить друг друга в сети по не связанным с местом их расположения именам.
• Средства создания репозитария - базы данных экземпляров управляемых объектов. Репозитарий хранит экземпляры объектов в иерархически упорядоченной форме, отражающей подчиненность элементов в реальной сети.
• Средства маршрутизации и фильтрации сообщений протокола управления CMIP, циркулирующих между агентами и менеджерами. При наличии большого числа агентов и менеджеров поддержка средств маршрутизации и фильтрации сообщений платформенными средствами освобождает приложения управления от большого объема рутинной работы и позволяет разработчикам агентов и менеджеров сосредоточиться на содержательной стороне управления.
• Средства корреляционного анализа потока сообщений для выявления причинно-следственных отношений в управляемой системе.
• Инструментальные средства разработки и отладки индивидуальных классов управляемых объектов на основе стандартных библиотек классов типовых элементов, с помощью которых детально описываются родовые характеристики всех типовых элементов телекоммуникационных сетей, так что разработчик может либо использовать готовое описание элемента, имеющееся в библиотеке, либо дополнить его некоторыми индивидуальными атрибутами, создав на основе свойства наследования новый класс.

Разработчики TMN-платформ включают в свои продукты все достижения современных технологий в области распределенных приложений. Например, появление зрелых продуктов технологии CORBA, предназначенной для построения универсальных распределенных объектно-ориентированных приложений, привело к тому, что некоторые производители сочли необходимым включать в свои платформы соответствующие средства, такие, как брокер вызова объектов ORB и др.

Стратегии перехода на архитектуру TMN

Рассматривая процесс перехода на архитектуру TMN, большинство аналитиков сходятся во мнении по крайней мере в том, что наблюдается отчетливый рост интереса к TMN-продуктам у операторов и поставщиков услуг и что мы находимся пока на начальной стадии этого процесса.

Переход к TMN различных компаний может носить как эволюционный, так и революционный характер. На скорость внедрения TMN влияют два фактора: размер компании-оператора и динамика развития самой сети оператора. Как правило, крупные операторы, обремененные огромным объемом оборудования, уже имеют сложные системы управления, которые решают (может, и не самым лучшим образом) многие проблемы, возникающие в сетях. В таких случаях инертность (консервативность) большого телекоммуникационного предприятия требует осторожного, эволюционного внедрения TMN-систем, по возможности сохраняющего "старые" управляющие системы.

Совсем иной характер перехода на TMN-архитектуру - революционный - могут позволить себе те небольшие, динамично развивающиеся операторы, которые, автоматизируя свои системы, часто кардинально изменяют их архитектуру и не имеют никаких "старых" систем управления.

Специфика рынка телекоммуникаций нашей страны характеризуется динамичным развитием, с одной стороны, и почти полным отсутствием систем управления - с другой. Поэтому перспективы развития TMN в России весьма и весьма благоприятные.