Надежность сети и узла интернет. Метод анализа иерархий



В данной статье предлагается разработка метода выбора способов повышения отказоустойчивости сети провайдера интернет. Для данной проблематики предлагается применить метод анализа иерархий (МАИ) Саати. Объектом разработки является сети передачи данных и центральный узел связи провайдера.

Известно, что в основная функция провайдера интернет-обеспечение доступа в сеть Интернет для конечного пользователя. Аппаратный функционал провайдера представляет собой систему серверов. Список, составляющий эту систему, следующий: билинг (учет финансов и системных ресурсов), авторизатор (осуществляет доступ клиента к системе), сеть магистральных узлов, обеспечивающих транспорт трафика до территориального расположения абонентов, взаимосвязи между узлами посредством кабельных и радио- соединений.

Обобщенной задачей этой системы, которая по сути и является системой провайдинга интернет, является подача трафика интернет до конечного пользователя. Надежность такой системы, определяется надежностью и схемой взаимосвязи входящих в нее элементов.

Повышение вероятности безотказной работы системы с целью бесперебойной доставки трафика является основным фактором успешной работы Интернет-провайдера на этом высоко конкурентном рынке.

Основы отказоустойчивости [3] ЦУС провайдера.

− Резервирование канала связи от второго провайдера 1 уровня и автоматическое возможность переключения на запасной канал;

− Инсталляция мощных ИБП, времени работы которых хватит для установки мобильного генератора нужной мощности;

− Использование резервного сервера, на котором устанавливается RAID-массив любой системы, в случае выхода из строя одного из узловых компонент, например, материнской платы;

− Использование запасных компонент на случай выхода из строя второстепенных агрегатов сервера, например, одного блока питания сервера, если он не дублирован на сервере.

При выборе одного из способов повышения надежности [1]. Мы можем использовать один из методов подбора весов. Но все они обладают различными недостатками. [2] К таким методам мы отнесем: учет весовых коэффициентов, прямую расстановку, ранжирование факторов, Передачу коэффициентов факторам

Частично минимизировать приведённые выше сложности был призван метод анализа иерархий (МАИ), созданный Т. Саати в 80-х XX века. Суть метода состоит в следующем. Факторы рассматриваются между собой по парам относительно друг друга по их влиянию на итоговую цель. [2]

Анализ проблемы принятия решений в МАИ начинается с построения иерархической структуры, которая включает цель, критерии, альтернативы и другие рассматриваемые факторы, влияющие на выбор. Эта структура отражает понимание проблемы лицом, принимающим решение. Каждый элемент иерархии может представлять различные аспекты решаемой задачи, причем во внимание могут быть приняты как материальные, так и нематериальные факторы, измеряемые количественные параметры и качественные характеристики, объективные данные и субъективные экспертные оценки.

Следующим этапом анализа является определение приоритетов, представляющих относительную важность или предпочтительность элементов построенной иерархической структуры, с помощью процедуры парных сравнений. Безразмерные приоритеты позволяют обоснованно сравнивать разнородные факторы, что является отличительной особенностью МАИ.

На заключительном этапе анализа выполняется синтез (линейная свертка) приоритетов на иерархии, в результате которой вычисляются приоритеты альтернативных решений относительно главной цели. Лучшей считается альтернатива с максимальным значением приоритета.

Порядок применения МАИ.

Построение качественной модели проблемы в виде иерархии, включающей цель, альтернативные варианты достижения цели и критерии для оценки качества альтернатив (см. рис. 1).

Рис. 1. Простейшая иерархия МАИ

Иерархические структуры, используемые в МАИ, представляет собой инструмент для качественного моделирования сложных проблем. Вершиной иерархии является главная цель; элементы нижнего уровня представляют множество вариантов достижения цели (альтернатив); элементы промежуточных уровней соответствуют критериям или факторам, которые связывают цель с альтернативами.

При этом оказываемое влияние остальных факторов во внимание не берется. Для попарного сравнения факторов методом Саати выделена специальная оценочная шкала, включающая 5 основных и 4 промежуточных суждений. В ней доводы экспертов выделялись следующим образом (табл. 1):

Таблица 1

Специфика экспертных сравнений соотношения факторов

Суждение	Пояснение
Одинаковая важность	Одинаковый вклад факторов в итоговую цель
....	Дополнительное выражение
Небольшое превосходство	Суждение и опыт дают легкое превосходство одного фактора над остальными
...	Дополнительное выражение
Ощутимое превосходство	Чувствительное доминирование одного фактора над остальными
...	Дополнительное выражение
Повышенное превосходство	Есть почти значительное превосходство одного фактора над остальными
...	Дополнительное выражение
Наивысшее превосходство	Есть уверенное превосходство одного фактора над остальными

Итоги подобных парных сравнений представляются в виде квадратной матрицы Принципы метода МАИ.

Рассмотрим решение задачи многокритериального выбора метода повышения надежности с помощью метода анализа иерархий. Задача сравнительного анализа решалась в различных работах, однако исследований относительно перечня критериев производилось недостаточно.

На первом уровне иерархии представлена цель — выбор наилучшего метода повышения надежности. На втором уровне иерархии представлены критерии выбора. Данные критерии являются неравнозначными. На третьем уровне иерархии представлены исследуемые методы повышения надежности.

На втором шаге определяются веса важности S_ij критериев. Это осуществляется путем реализации всевозможных парных сравнений критериев на качественной шкале и обработки получившейся матрицы парных сравнений.

На третьем шаге определяются приоритеты методов повышения надежности C_ij по отношению к каждому из 5 критериев. Для этого эксперт выполняет их всевозможные парные сравнения на качественной шкале. Для каждого из критериев K_t путем обработки матрицы парных сравнений формируется вектор весовых коэффициентов

Объединив векторы весовых коэффициентов по каждому из критериев, мы получим полную матрицу приоритетов выбора методов повышения надежности.

На четвертом шаге определяется итоговый вектор приоритетов методов повышения надежности.

Рассмотрим решение задачи многокритериального выбора метода резервирования с помощью метода анализа иерархий. Задача сравнительного анализа решалась в различных работах, однако исследований относительно перечня критериев производилось недостаточно.

В качестве критериев выбора метода резервирования будет использовать следующие:

− Время ремонта;

− Цена ремонта

− Использование Б/У коммутаторов;

− Использование ИБП;

− Квалификация сотрудников (администраторов, монтажников).

На первом уровне иерархии представлена цель — выбор наилучшего способа повышения отказоустойчивости и надежности. На втором уровне иерархии представлены 5 критериев выбора. Данные критерии являются неравнозначными. На третьем уровне иерархии представлены исследуемые способы защиты.

На втором шаге определяются веса важности S_ij критериев. Это осуществляется путем реализации всевозможных парных сравнений критериев на качественной шкале и обработки получившейся матрицы парных сравнений.

На третьем шаге определяются приоритеты способов защиты C_ij, в нашем случае выбираем из способов:

− горячий резерв серверов,

− холодный резерв коммутаторов,

− дублирование магистралей.

По отношению к каждому из 5 критериев. Для этого эксперт выполняет их всевозможные парные сравнения на качественной шкале. Для каждого из критериев K_t путем обработки матрицы парных сравнений формируется вектор весовых коэффициентов. Объединив векторы весовых коэффициентов по каждому из критериев, мы получим полную матрицу приоритетов выбора способов защиты.

На четвертом шаге определяется итоговый вектор приоритетов способов защиты.

Вывод: Таким образом, каждому фактору надежности присваевается определенный вес. И он является определяющим в ходе выбора того или иного способа защиты сети и узла.

Выводы: Итоговым результатом является оптимизация как по самим критериям оптимизации (время монтажа, цена монтажа, использование Б/У коммутаторов, скорость монтажа), квалификация сотрудников (администраторов, монтажников), так и по способам оптимизации выступают (горячий резерв серверов, дублирование магистралей, холодный резерв коммутаторов).

По методу МАИ Саати было определено, что при моделировании узла и участка сети Интернет надежность этой системы определяется минимальным временем восстановления горячего резерва на серверах центрального узла сети.

Литература:

1. Емельянова Н. Ю. Анализ методов и средство обеспечения надежности компьютерных сетей. – Севастополь, 2016.
2. А. Г. Тутыгин, В. Б. Коробов. Преимущества и недостатки метода анализа иерархий. – Известия Российского государственного университета им. Герцена, 2016. – с. 40–50.
3. Электронный ресурс Сравнительный анализ понятий надежность, отказоустойчивость, безотказность, безопасность и живучесть Митрошина Н. O. http://sci-article.ru/stat.php?i=1403723461