Бесплатный фрагмент - Релятивизм в метрологии систем связи

Моему сыну Андрею с надеждой, что он когда-нибудь прочтет и поймет эту книгу

«…моя последняя картина началась с вопроса: как изобразить в картине стакан воды таким образом, чтобы он не был нам безразличен?»

Из письма Рене Магрита к Сузи Габлик 19.05.1958 г.

Формальные требования, защищаемые учеными, пришли в конфликт с некоторыми способами развития науки. Для разрешения этого конфликта пришлось постепенно смягчать эти требования- до тех пор, пока они вообще не превратились в ничто.

П. Фейерабанд «Прощай, разум!»

Под самым потолком стояли тома в старинных переплетах, обклеенных мраморной бумагой с красноватыми прожилками, с тиснеными золотом корешками. Затем шли переплеты из дешевого синего картона, из рыжеватых канцелярских папок — переплеты военных лет с выцветшими чернильными надписями, и последних лет — в толстом коричневом дерматине.

Вид этих стеллажей настроил Тулина иронически:

«Урны с прахом обманутых надежд давно ушедших поколений… Кладбище несбывшихся мечтаний… Сколько никчемной добросовестности!»

Д. Гранин «Иду на грозу!»

Введение

Предлагаемая книга рассматривается автором как логическое продолжение и дополнение монографии Б.П.Хромого «Метрология и измерения в технике связи», двухтомного фундаментального труда, в котором были отражены все базовые принципы общей метрологии и отраслевой метрологии систем связи. Значение этого двухтомного издания сложно переоценить, поскольку в нем компактно изложено развитие метрологии систем связи на всем протяжении ХХ века, вплоть по появления пакетных сетей. Ценность любого фундаментального аналитического труда в области инженерии состоит в осмыслении и сохранении для будущих поколений научно-технического опыта. В современном инженерном мире слишком много неструктурированной информации самого широкого диапазона — от информационного шума современных сайтов и форумов до Wikipedia. На фоне этого мнимого благополучия любой аналитический труд должен рассматриваться как глоток чистого воздуха и акт подвижничества его автора. Монография Б. П.Хромого претендует на ключевую роль — сохранение памяти и опыта российской метрологии сетей связи вне зависимости от дальнейшего хода технической истории.

Издание «Метрологии и измерения в технике связи» появилось в момент глубокого научного кризиса отраслевой метрологии. Можно увидеть в этом определенный символ переломного момента — так часто самые важные аналитические труды появляются в момент истории, когда ставится вопрос о существовании той или иной области знания. Такие труды появляются как итог определенного этапа и как наследие новому поколению.

Современная отраслевая метрология систем связи находится в кризисе, самом глубоком за всю свою историю. Область традиционного метрологического знания с появлением пакетных сетей постоянно сокращается. Метрология сама отказывается от своего возможного развития. В конце ХХ века появился класс приборов, которые не вписывались в отраслевую метрологию, но широко использовались в системах связи — анализаторы протоколов сетей. Эти приборы не могли быть рассмотрены с точки зрения теории погрешностей и терминов точности измерений. В результате артефакт был «списан в индикаторы», т.е. приборы были отнесены к не-приборам. Отраслевая метрология попросту отстранилась от них как от малозначительной области.

Анализаторы протоколов могли оказаться всего лишь артефактом или техническим курьезом, не влияющим на общую структуру научного знания. Но область артефактов начала расти. Анализаторы АТМ, анализаторы FrameRelay и ISDN, анализаторы xDSL последовали за своими предшественниками. Наконец, в индикаторы были списаны анализаторы Ethernet — основа для эксплуатации современных пакетных сетей связи. Отраслевая метрология сокращала область своего присутствия в отрасли. С моральным устареванием технологии SDH — последней «метрологичной» технологии сетей связи отраслевая метрология в привычном виде умерла, ее область сократилась до минимума, определяемого кабельными, оптическими и радиочастотными измерениями. Глубокий кризис отраслевой метрологии систем связи охватил практически все административные, технические и научные стороны. Сети, построенные на основе современных пакетных технологий, оказались без метрологической компоненты. В свою очередь отраслевая метрология оказалась вне поля развития телекоммуникаций и начала исчезать уже как социальная общность специалистов — метрологов. На повестку дня вышел актуальный вопрос о смене парадигмы отраслевой метрологии.

Предлагаемая книга является результатом попыток автора реформировать отраслевую метрологию на основе новой парадигмы. В основе парадигмы лежит широкое применение принципа релятивизма — относительности различных частей метрологической модели. По опыту автора парадигма релятивизма позволяет сохранить и модифицировать научное здание отраслевой метрологии систем связи и имеет научное, прикладное и практическое значение.

При импорте мы не смогли распознать 3 неведомых объектов (скорее всего изображений). Пожалуйста, проверьте Вашу книгу, все ли изображения (или другие объекты) на месте. В противном случае попробуйте сохранить объекты как изображения и затем вставить их с помощью инструмента «Вставить изображение» в верхней панели инструментов

1. Проблемы современной отраслевой метрологии и проявления релятивизма

1.1. Развитие отраслевой метрологии систем связи в XX веке

1.1.1. Три этапа развития отечественной метрологии

Развитие отраслевой метрологии систем связи в XX веке шло довольно неравномерно, что непосредственно связано с неравномерным развитием самой отрасли телекоммуникаций, пережившей только на рубеже ХХ — XXI вв. три научно-технических революции (НТР), последняя из которых не завершена до сих пор.

Можно выделить три ключевых этапа развития отраслевой метрологии:

Метрология сетей связи «доцифрового» периода. Это метрология аналоговых систем связи и коммутации, хорошо разработанная в советский период развития науки и нашедшая свое отражение в многочисленных инструкциях, регламентах и пр. документах метрологического характера. Особенностью этого этапа является тот факт, что метрология собственно систем связи в этот период мало отличалась от общей метрологии измерений сигналов. Специализированные измерительные средства для систем связи могли быть отнесены к классу общеизмерительных приборов, таких как анализаторы спектра, генераторы сигналов, осциллографы, частотомеры, измерители уровня сигнала, анализаторы нелинейных искажений, генераторы шумов и пр. Особенность собственно отраслевых измерений, учитывающих специфику систем связи, определялась диапазонами измерений, типовыми масками контроля сигналов (например, псофометрический фильтр — сугубо телекоммуникационное изобретение) или определенными методиками специального назначения. Но в целом отраслевая метрология этого периода представляла собой вариацию общей системы метрологии сигналов.

Метрология цифровых систем связи. В конце 80-х годов в России начали широко внедряться цифровые системы связи, что привело к первой НТР в системах связи, и, соответственно, революции в метрологии. Появился класс приборов, который не мог быть использован вне телекоммуникационной проблематики. Первым таким прибором стал анализатор ИКМ — специализированный прибор для цифровых систем передачи и коммутации. Последующее развитие метрологии систем связи было тесно связано с цифровыми системами передачи и решением задач измерений на границах аналоговых и цифровых сигналов. Бурное развитие систем связи в условиях НТР резко подняло значимость отраслевой метрологии в структуре экономики. Образовался мировой рынок специализированных приборов для телекоммуникаций и производителей таких приборов, который уже к началу 2000 г. составил более 130 мировых производителей. Объем бюджетов отраслевой метрологии систем связи оказался больше, чем метрологические бюджеты многих отраслей. Этот период с полным правом можно назвать расцветом отраслевой метрологии систем связи. Появление специализированных задач измерений в системах связи способствовало развитию науки. Появились методики, не имеющие аналогов (например, измерение шумов квантования, джиттера в цифровых системах передачи, поляризационной и модовой дисперсии в волоконно-оптических системах связи и т.д.). В результате отраслевая метрология систем связи оформилась как вполне самостоятельная ветвь метрологической науки, тесно связанная с общей метрологией сигналов, но имеющая много специфических черт.

Метрология пакетных сетей связи (новая метрология). Данный период соответствует современному этапу третьей НТР и связан с качественным изменением структуры систем связи, вызванным технологиями пакетных систем. Сети с коммутацией пакетов преобразовали все технологические системы отрасли телекоммуникаций, поставив вопрос о коренной перестройке метрологического здания. Уровень глобальности третьей НТР, которая претендует на коренные преобразования в экономике, обществе и даже культуре, определяет ключевую значимость поставленных научных и практических вопросов. Именно исследованию принципов такого качественного изменения метрологии на современном этапе посвящена настоящая монография.

Вся сумма знаний по периодам 1 и 2 развития отраслевой метрологии максимльно полно представлена в монографии Б.П.Хромого [7,8]. Как было сказано во введении, настоящая книга планировалась логичным продолжением этой монографии, поэтому нет смысла возвращаться к ее основным тезисам и резонно сосредоточиться на решениях современного этапа.

Тем не менее, будущее изложение принципа релятивизма и его применений требует расставить некоторые акценты и обратить внимание читателя на особенности построения отраслевой метрологии в советский и пост-советский периоды, что соответствует этапам 1 и 2 вышеприведенной классификации соответственно.

1.1.2. Предмет метрологии и ее значение в современном мире

По определению метрология — это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В таком определении содержится некоторая многозначность, согласно которой:

Метрология представляет собой научное ядро, в центре которого лежит общая теория измерений, статистическая математика, теория погрешностей и т. д. Это ядро абсолютно консервативно, оно практически не изменяется со времен основания российской метрологии Д.И.Менделеевым в конце XIX в. Вне зависимости от динамики революций, прикладных вопросов, связанных с применением измерений в различных отраслях человеческой деятельности, научное ядро метрологической науки присутствует всегда и является основой метрологии любой отрасли промышленности.

Метрология представляет собой систему стандартов, т.е. юридически значимых документов, что определяется отдельным разделом законодательной метрологии. Тем самым указывается на присутствие существенного пласта юридических и вообще гуманитарных знаний в составе метрологии.

Метрология — это еще и средства измерений, от эталонов до отдельных измерительных приборов самой разной функциональности. И в этом смысле в метрологии присутствует технологическая компонента — самая динамичная составная часть. Технологическая компонента подвержена всем влияниям текущего развития научно-технического прогресса. На нее влияет динамика НТР, любые турбулентные явления современной технологии, техническая мода и пр.

Метрология включает в себя организационную структуру — совокупность институтов, обеспечивающих своевременную стандартизацию метрологических концепций, систему поверочных мероприятий и пр. В состав этой организационной структуры входит также профессиональное сообщество, от руководителей институтов метрологии до непосредственных исполнителей — метрологов.

Многозначность метрологии как науки, ее позиционирование на границе между гуманитарным и техническим знанием, порождают разные точки зрения на саму метрологическую проблематику. Диапазон точек зрения и подходов к метрологии действительно может быть самым широким: от сугубо научных исследований в области теоретической метрологии, до рутинных операций соответствия/несоответствия регламентов. Например, в отечественной практике часто можно встретить суждение, что метрология — это всего лишь обеспечение своевременной поверки «ибо так требует закон». Тем самым отраслевая метрология редуцируется до бессмысленной деятельности ради инструкции специально для этого придуманной.

Четыре стороны метрологии, указанные выше, не могут равноценно присутствовать в мировоззрении отдельного специалиста. В зависимости от индивидуальных интересов одна или несколько сторон будут доминировать. Ученый увидит в метрологии поле для исследований, политик — поле для политической деятельности, инженер — высокотехнологичную область, чиновник — сферу регулирования и управления организационными процессами, историк — существенную область технической истории, юрист — специальную область права и т. д.

Но все точки зрения связаны между собой единым постулатом

Современный научно-технический генезис невозможен вне метрологии

По меткому выражению Д.И.Менделеева наука начинается там, где возникают измерения. Современный технологический мир дополняет указанное утверждение тезисом, что и современная техника начинается тогда, когда возникают измерения. В этом универсальная ценность метрологии как одного из проявлений современной техногенной цивилизации, не зависящая от отдельной точки зрения.

1.1.3. Концентрическая модель отраслевой метрологии

На основании указанной выше многозначной структуры метрологии можно предложить следующую схематическую структуру ее частей (рис.1.1.1) в виде концентрической модели.

В основе метрологии как единой системы лежит научное ядро, представляющее собой теорию измерений на основе статистической математики и теории вероятностей, теории погрешностей, общей теории эксперимента и т. д. Как было показано выше, этот уровень соответствует консервативной системе метрологии. Он практически не изменяется со временем и является единым для всех отраслей промышленности. Можно сказать, что это единый общий знаменатель всех метрологических концепций и всех ветвей отраслевых метрологий.

Рис.1.1.1 Концентрическая модель современной метрологии

Внешним уровнем над уровнем научного ядра является уровень технологических решений. Этот уровень соответствует адаптивной системе, которая подстраивается под текущее развитие научно-технического прогресса. В условиях НТР именно этот уровень постоянно модифицируется, чтобы обеспечить соответствие отраслевой метрологии вызовам текущего исторического момента. Для описания решений данного уровня необходим динамичный метод, который был разработан автором как технологический подход [5].

Внешним по отношению к научно-технологическому ядру является уровень стандартов или законодательной метрологии. Собственно, стандарты должны обеспечивать юридическую значимость технических решений. Поэтому исторически сначала появляется комплекс решений, а потом возникает задача их легитимизации, т.е. превращения научно-исследовательских разработок в стандарты метрологии.

Самым внешним уровнем отраслевой метрологии выступает административная система, структура, исполняющая процедуры, описанные в стандартах.

В соответствие с концентрической моделью отраслевой метрологии рис.1.1.1 можно понять любые процессы преобразования метрологии как единой системы.

Самые мягкие преобразования, которые не затрагивают основ и фундаментальных принципов — это изменения внешнего контура метрологии, реформирование административной структуры. Если в какой-то момент оказывается, что административная система метрологии недостаточно эффективно обеспечивает исполнение стандартов управления отраслью, возникает необходимость административного реформирования отраслевой метрологии. Например, возникновение НИИ метрологии в советский период может рассматриваться как такая реформа. В пост-советский период идут постоянные реформы процедур поверки и калибровки. В первую очередь такое реформирование осуществляется через систему лицензирования поверочной деятельности различных структур.

Чем глубже идут изменения в системе метрологии рис.1.1.1, тем большие последствия они провоцируют. Например, появление новых технологий, связанных с развитием отрасли, требует генерации новых стандартов, новые стандарты часто требуют изменения административной системы. В этой связи необходимо учитывать особенность современного развития телекоммуникаций — состояние трех последовательных НТР. В этой исторической обстановке технологический уровень модифицируется постоянно, требуя постоянной модификации уровня стандартов и реформирования административной системы. В результате на всем протяжении последних 20—30 лет наблюдается постоянное изменение отраслевой метрологии при статичности ее научного аппарата.

1.1.4. Особенности строения отраслевой метрологии в советский период

Полную структуру всех слоев, от первого до четвертого, отраслевой метрологии в советский период можно найти в монографиях [7,8] и здесь нет смысла ее повторять. Отметим только некоторые характерные черты построения советской отраслевой метрологии систем связи.

Отраслевая метрология в советский период строилась по жестко централизованному принципу соответствующему самой структуре командно-административной системы советской экономики

Уровень научного ядра полностью соответствовал классической метрологии, отраслевая специфика практически не касалась этого слоя. Это определялось особенностью аналоговых систем связи

Технологический уровень до появления цифровых систем в постсоветсткий период был стабильным. Ключевая особенность технологического уровня — его гибкость и адаптивность к изменениям технических решений — фактически не была востребована. Это дополнительно формировало стабилизацию отраслевой метрологии

В отличие от научного ядра и технологического слоя административная структура модифицировалась в советский период регулярно. Именно этот слой обновлялся, развивался, реформировался, и это неизбежно приводило к росту роли бюрократии в развитии и структуре отраслевой метрологии.

Стабильность технологического слоя определялась замкнутой системой экономики СССР. Простой иллюстрацией этого тезиса с точки зрения измерительной техники в телекоммуникаций является схема рис.1.1.2.

Рис.1.1.2. Модель замкнутого хозяйства в советский период

Развитие измерительной техники шло в общих чертах следующим образом. Научно-исследовательский институт связи (НИИС, их было несколько в СССР) разрабатывал будущие инновации (тогда — перспективные разработки), которые, вообще говоря, могли не вписываться в международные стандарты (вспомним централизованную систему тарификации, АОН, сигнализацию 2ВСК, прозванную на Западе R1,5, потому что и не R1 и не R2 и многое другое). Затем по указанию и под руководством НИИС развертывалось производство линейного оборудования на заводах отрасли. Заводов было относительно немного, «зоопарка» технических средств не возникало. Зная специфику производственного процесса и всю подноготную производимого оборудования, НИИС давал указание на производство соответствующей измерительной техники, причем с учетом известной специфики производства линейного оборудования. Например, если известно было низкое качество генераторов, входящих в состав линейного оборудования, то в состав измерительного прибора резонно было включить частотомер, для своевременной подстройки генератора и т. д. Затем линейное оборудование и измерительное оборудование по разнарядке в заранее установленных пропорциях передавалось оператору. НИИС при этом создавал инструкции по применению измерительного оборудования. Учитывая высокую однородность линейного оборудования на сетях связи и практически однотипность измерительных приборов, НИИС мог создавать инструкции по эксплуатации и применению измерительных приборов сколь угодно высокой детализации. Условно высокая детализация инструкции по применению прибора может быть проиллюстрирована следующим образом: «подключить шнуром (1) прибор в измерительное гнездо аппаратуры (2), повернуть на приборе ручку (3) на угол в 90 град, считать показания с индикатора (4), результаты занести в специальную таблицу (формуляр прилагается)».

Такая замкнутая система хозяйства работала, и работала успешно. Наилучшая степень оснащенности измерительными приборами, практически на уровне лучших международных практик, у операторов связи общего пользования имела место в аналоговых системах передачи, запущенных в эксплуатацию до 1982—83 гг., т.е. в эпоху расцвета советской экономики. В постперестроечный период уровень оснащения измерительными приборами по официальной статистике «Связьинвеста» начала 2000-х составлял 2,5—3% от востребованного количества, что может рассматриваться как техническая катастрофа, породившая целое поколение инженеров с низким уровнем метрологической и инженерной культуры.

Система замкнутого хозяйства имела свои особенности функционирования отраслевой метрологии, которые нужно учитывать:

Творческий потенциал и потенциал развития метрологии в экономической системе СССР был целиком сосредоточен в структурах отраслевой науки.

Высокая степень детализации отраслевых методик не развивала творческий потенциал инженеров

Существующая параллельно система рацпредложений предлагала участие в творческом процессе скорее как исключение, чем правило.

Большая часть систем связи была отнесена (и справедливо по тем временам) к секретной или полусекретной деятельности, так что объективно взаимный обмен информацией между специалистами был также отнесен только к уровню работы НИИС, в научную среду.

Замкнутая система хозяйствования не предполагала использование отраслевой метрологии как автономной силы, обеспечивающей развитие прогресса отрасли. Ей отводилась сугубо прикладная область обеспечения функционирования оборудования.

В результате нельзя сказать, что отраслевая метрология в советский период имела автономное и самостоятельное значение. Ее ценность как научной дисциплины была минимальна, а область функционирования ограничивалась бюрократическими процедурами поверки парка измерительных приборов прикладного значения.

При определенном взгляде на проблему отраслевая метрология в советский период может рассматриваться как зачаточное научное знание. Это определяется самим составом приборов. До первой научно-технической революции, т.е. до цифровизации сетей связи, метрология систем связи в мировом масштабе нельзя считать до конца автономной научной системой. Как было показано выше, для измерений в этот период использовались измерительные приборы общего назначения. Специальные измерительные приборы, которые могли применяться только в телекоммуникациях, отсутствовали. И по этой причине отраслевая метрология советского периода может с точки зрения истории науки рассматриваться просто как бюрократическая ветвь индустриальной метрологии, не имеющая своей специфики.

1.1.5. Развитие отраслевой метрологии в постперестроечный период

Постперестроечный период представляет собой очень противоречивый этап в истории отраслевой метрологии. В этот период первая научно-техническая революция в системах связи наложилась в нашей стране на социальную революцию. Две параллельных революции в один исторический период не могли не привнести в отраслевую метрологию элементы хаоса и дестабилизации.

Первая НТР в системах связи была обусловлена цифровизацией. В мировой практике процесс цифровизации породил рынок измерительных приборов для телекоммуникаций — специализированных приборов, которые могли применяться только в отрасли телекоммуникаций, и за ее пределами не имели смысла. К середине 90-х годов в мире насчитывалось более 100 (!) различных производителей измерительных приборов для телекоммуникаций, и с тех пор рынок измерительных приборов развивается с неизменной динамикой.

Отраслевая метрология телекоммуникаций во всем мире стала автономной дисциплиной, поскольку в ней появились метрологические знания специальной направленности. Значимость отраслевой метрологии существенно повысилась, что определяется самим характером цифровых телекоммуникаций и принципами их эксплуатации. Цифровая система любого применения качественно отличается от аналоговой системы. Ключевым отличием является сам принцип функционирования, связанный с бинарной логикой, передачей и обработкой информации в виде единиц и нулей. Цифровая система пронизана бинарной логикой, и в своем поведении проявляет свойства дискретности. Как следствие, процессы деградации в цифровых системах носят дискретный и пороговый характер. Аналоговая система деградирует постепенно. Цифровые системы деградируют пороговым образом, вплоть до смены бинарного состояния работает/не работает. В результате эксплуатация цифровых систем оказывается более сложным процессом и требует специальных инструментов эксплуатации. Так возникает рынок специализированных приборов.

Пример 1.1.

Хорошим примером может служить разница в деградации работы автомобилей. Аналоговый автомобиль «Москвич» деградирует постепенно. Его мотор начинает шуметь, стучать, выхлопная труба выплевывает клубы черного дыма пополам с сажей, но он продолжает ехать, пусть и не столь быстро. По мере деградации автомобиль постепенно ухудшает свои показатели, «останавливается». Цифровая иномарка деградирует пороговым образом. Еще вчера она нормально ехала, не стучала. А сегодня при повороте ключа выясняется, что она «умерла». Случился пороговый эффект деградации. Цифровая система автомобиля до последнего вытягивает показатели качества. Но когда она не может вытянуть показатели качества, происходит пороговый эффект — система останавливает работу.

Соответственно для эксплуатации «Москвича» вполне можно обойтись обычным инструментом, тогда как обслуживание цифровой иномарки требует регулярного проведения технического обслуживания. Необходимо контролировать ряд параметров внутри системы автомобиля, чтобы указанный выше пороговый эффект не произошел. Это и есть фактор превентивных регламентных работ. В телекоммуникационных системах ситуация совершенно аналогична. Появление цифровых автомобилей привело к появлению специализированных инструментов диагностики двигателей на станциях технического обслуживания, а сами станции технического обслуживания (сервисные центры) существенно повысили свою значимость. Аналогично в телекоммуникациях на волне цифровизации появился рынок измерительной техники специального применения, а отраслевая метрология стала очень важной отраслью знания.

Во всем мире процесс изменения и роста отраслевой метрологии шел эволюционным путем, в России он произошел скачком, революционно. Причин здесь несколько:

После падения «железного занавеса» и ликвидации государственной монополии внешней торговли на российский рынок хлынула импортная техника цифровых систем связи, готовая к применению. Можно сказать, что цифровизация в России случилась в течение нескольких лет, причем на основе сугубо заимствованных решений

Замкнутая система хозяйства отрасли телекоммуникаций была фактически разрушена. Новая концепция регулирования и научного развития не родилась до сих пор (об этом ниже).

Ориентированная на замкнутую советскую систему хозяйства, отраслевая метрология оказалась не готовой к коренной перестройке

Все это совпало с периодом упадка отраслевой науки, когда НИИС и другие институты не имели бюджетов даже на закупку периодической литературы. Этим обусловлен факт отсутствие на начальном этапе первой НТР каких-либо знаний о работе цифровых систем связи. Как следствие, отраслевая метрология не могла в короткие сроки сформировать себя как науку.

Историческая и социальная революция в постперестроечный период была связана с принятием либеральных ценностей и со слепой верой в саморегулируемый рынок в условиях капитализма.

Модель отраслевой метрологии рис.1.1.2 была заменена теоретически на модель рис.1.1.3, которая соответствует идеальной модели отраслевой метрологии в условиях либерально-капиталистического рынка. Забегая вперед, следует указать, что представленная схема представляет собой именно модель построения метрологии. Опыт исторического развития показал, что указанная модель в России не состоялась и скорее всего имеет ряд принципиальных противоречий, делающих ее невозможной.

Рис.1.1.3. Модель отраслевой метрологии в условиях рыночной экономики

Модель открытого рыночного хозяйства, представленная на рис.1.1.3, представляет собой более сложную структуру, чем схема рис.1.1.2. В центре этой модели должен стоять сам рынок технологий как место, где одни продают технические решения, услуги и пр., а другие — покупают. В системе либерально-демократических ценностей априори предполагается, что рынок имеет свойство саморегулирования за счет факторов конкуренции и естественного отбора технологий. Это свойство считается изначально присущим рынку.

Модель рис.1.1.3 предлагает следующие принципы построения метрологии.

Предполагается, что в системе отсутствует государственный заказ, поскольку вся система связи приватизирована и является совокупностью частных операторов связи (поставщики услуг) и коммерческих потребителей услуг. Государственного заказа нет ни для производителей линейной техники телекоммуникаций, ни для производителей измерительной техники. Более того, предполагаются условия открытого рынка, т.е. оборудование может быть не только отечественного, но и импортного производства. В указанных выше исторических обстоятельствах импортное оборудование будет доминировать на открытом рынке. Для современного состояния нашей страны это означает до 60% и более импортных технологий в части линейных средств и более 70—90% — в части измерительной техники. Продавцы (кем бы они себя не называли — производителями, спекулянтами, системными интеграторами, дистрибьюторами и пр.) выходят на рынок технических решений, представляя их определенным рыночным способом (реклама, маркетинг, пиар, выставки и пр.). Операторы, выступающие в данном случае покупателями, приобретают эти технические решение в меру сил, возможностей, задач и эрудиции. Когда оператор не знает, что и как ему использовать, он обращается в консалтинговую фирму, которая аккумулирует в себе весь опыт отрасли по каким-либо направлениям и имеет моральное право советовать оператору то или иное решение. Советы консалтинговых фирм помогают оператору быть «наплаву», т.е. чувствовать все новые тенденции в области связи, знать все новости, оценивать уровень проблемности тех или иных решений и пр. Это дает значительную экономию, но самое главное — позволяет не тратить лишних усилий на то, чтобы самим отслеживать развитие рынка телекоммуникаций, его тенденций и пр. Консалтинговые фирмы, как правило — это специалисты с именем, которые на всем рынке известны как профессионалы, доказавшие свое звание делом. Консалтинговые решения также представлены на рынке и могут быть доступны.

Все перечисленное представляет собой рыночную компоненту. Есть еще и государственная компонента. В обстановке перехода к глобальному информационному обществу (эта стратегия определяет современную НТР), телекоммуникации и информация становятся стратегическим ресурсом, который подлежит обязательному контролю государства. Контроль обусловлен особенностью отрасли: связь — это специфичная отрасль человеческой деятельности, которая требует координации усилий всех компаний на рынке. Чтобы связывать людей нужно по крайней мере самим договориться между собой о стандартах. Для этой цели в качестве третейского судьи лучше всего подходит государство. Государственная компонента в приведенной модели — это те же самые НИИС, но только в новой роли. Теперь они должны генерировать документы характера национальных стандартов, которые позволят в условиях рыночной экономики создать национальные сети без каких-либо проблем взаимодействия разных частей и участников рынка. Стандарт — это набор минимальных правил, обеспечивающих непротиворечивое функционирования элементов сетей. Операторы должны в своей деятельности руководствоваться стандартами и полностью им соответствовать. Иначе погибнет основная идея телекоммуникаций — связывать людей. Государство должно следить за выполнением стандартов (и только за этим!). Для этой цели используются надзорные государственные организации (например, Роскомнадзор, ГКРЧ и т.п.).

Очень важно понимать различия между обязательными и рекомендательными стандартами и нормами. Стандарты, разрабатываемые НИИС, носят обязательный характер. Они должны касаться только самых общих норм, которые чаще всего могут быть отнесены к тем или иным нормам качества. В то же время все прочие параметры сетей, а также сама активность оператора, направленная на то, чтобы его сеть соответствовала нормам качества, является дополнительной и относится к сфере деятельности консалтинговых фирм. Сами нормативы этого типа носят рекомендательный характер. Говоря кратко, НИИС должен разрабатывать нормативы качества на различные подсистемы связи, которые гарантировали бы сопрягаемость сетей и защищали потребителя. Оператор обязан соответствовать этим нормам. То, каким образом он поддерживает это соответствие на своей сети — это его внутреннее дело, в случае необходимости оператор может обратиться за советом в консалтинговую компанию. Структуры надзора также должны заниматься только вопросами, связанными с контролем качества и соответствия стандартам, и ни в коем случае не вмешиваться во внутренние дела оператора.

Стабильность работы рыночной системы требует очень важного разделения — государственная и рыночная компоненты не должны быть тесно связаны. НИИС не может быть участником рынка, как и консалтинговые компании не имеют право разрабатывать стандарты. При нарушении этого правила неизбежна коррупция или лоббирование частных интересов во вред интересам государства.

Второе важное отличие двух компонент модели — это их различие в плане динамики. Рынок всегда «дышит», динамично меняется, оборудование и технические решения обновляются ежегодно и даже более оперативно. За счет этого достигается высокая устойчивость самой системы к внешней динамике научно-технической революции. В то же время стандарты национального уровня должны быть стабильны, неизменны и основательны. Принятые один раз, они не должны меняться в течение десятилетий и более. Это — гарант стабильности работы системы связи в целом.

Возвращаясь к системе метрологии, можно указать, что в ней будут присутствовать два уровня практических знаний:

Законодательная метрология (уровень стандартов), связанная с регулированием и стандартизацией в условиях рыночной экономики должна быть ограничена сферой нормирования показателей качества

Практическая метрология (уровень технологических решений) представляет собой совокупность инженерных решений, присутствующих на рынке. Эту совокупность решений можно обозначить как измерительную технологию. Измерительная технология включает в себя технические решения по измерению показателей качества, используемые в законодательной метрологии. Но в целом объем измерительных технологий существенно шире, чем простое нормирование показателей качества.

В российской технической истории имелся ряд перегибов, связанных с непониманием указанного дуализма отраслевой метрологии. В практике России методики законодательной метрологии носили характер стандартов или Приказов по отрасли (например, Приказ №92 определял нормы на показатели качества каналов и трактов первичной сети связи). Измерительные технологии находили свое отражение в форме руководящих технических материалов (РТМ), руководящих документов (РД), инструкций по настройке/подключению или монографий, где описывались новые методы диагностики ([2—5, 7, 8]). В то же время иногда имели место случаи включения измерительных технологий в национальные стандарты (например, включение обязательных измерений показателя алгоритмического джиттера в Приказ №92 нанесло существенный вред развитию практической метрологии SDH). Имели место легализация корпоративных РТМ в качестве национального стандарта или «стандарта де факто» (например, инструкция по измерениям в системах SDH компании «Ростелеком» считалась стандартом де факто). Такие перегибы наносят вред принципам построения отраслевой метрологии и часто имеют негативные коммерческие и политические последствия.

Рыночная модель рис.1.1.3 является значительным упрощением, но в целом отражает тот идеал, к которому стремились архитекторы отрасли в постперестроечный период.

Переход от замкнутой системы хозяйства с моделью рис.1.1.2 к открытой либерально-демократической модели рис.1.1.3 не мог по определению быть гладким. Построение либерально-демократической модели рис.1.1.3 возможно в ходе долгого, в несколько поколений профессионалов, развития демократического общества. В России была предпринята попытка скачкообразного перехода — и она не могла закончиться удачно. В результате в построении отраслевой метрологии были допущены следующие ошибки:

В отсутствие научной информации в начале постперестроечного периода, НИИС и научные центры, отвечающие за развитие отраслевой метрологии, не смогли сформировать вовремя принципы построения науки в рыночной экономике.

Как следствие, единственным носителем знаний по отраслевой метрологии в течение 5—10 лет перестройки являлись сотрудники иностранных компаний-производителей телекоммуникационных приборов. Это внесло определенную направленность метрологических знаний: они были взяты либо из практических инструкций к приборам, либо из маркетинговых и учебных материалов. Научного и системного осмысления знаний в отраслевой метрологии не возникло до 2005—2007 гг.

Несмотря на высокую значимость отраслевой метрологии и сравнительно большой объем бюджетов на измерительные приборы, Россия не смогла создать собственную школу отраслевой метрологии, адаптированную к требованиям НТР.

Скованные бюрократическими традициями, НИИС и институты метрологии заняли консервативную позицию поддержания традиционных для советского периода процедур метрологического обеспечения и соблюдения метрологической вертикали. Фактически в концентрической модели рис.1.1.1 эти структуры занимались реформированием административного слоя и сохранением научного ядра. Даже уровень стандартов развивался не самостоятельно, а путем заимствования (упомянутый выше Приказ №92 был по сути переводом стандартов ITU-T G.826/G.821/M.2100)

В отсутствие научно-практической школы отраслевой метрологии развитие разработки и производства российской измерительной техники было приостановлено и в настоящее время поддерживается несколькими компаниями на принципах энтузиазма.

Подводя итог вышесказанному, можно сказать, что к моменту третьей НТР (начиная с 2006 — 2007 гг) отраслевая метрология пришла в состоянии перехода от старой модели построения (рис.1.1.2) к новой модели (рис.1.1.3). В настоящее время в ней присутствуют элементы советской системы метрологии и рыночной модели. Главным фактором, сдерживающим современное развитие отраслевой метрологии, оказалась высокая степень бюрократизации, как наследия советской административно-командной системы. Именно бюрократизация метрологии не позволила развивать научную школу. В результате возникло главное противоречие современной отраслевой метрологии: измерительные процедуры оказались оторваны от метрологии, а сама метрология начала самоустраняться от наиболее развивающихся сегментов телекоммуникаций. В результате область традиционной метрологии стремительно сузилась, что и стало отражением системного кризиса отраслевой метрологии в настоящее время. В то же время рынок измерительной техники развивался автономно и формировал различные решения технологического слоя: вначале полностью заимствованные из мировой практики, а в последнее время — собственные, производимые промышленностью нашей страны.

Ниже мы поставим задачу поиска вариантов преодоления системного кризиса отраслевой метрологии и пути возрождения ее в качестве научного знания.

При импорте мы не смогли распознать 6 неведомых объектов (скорее всего изображений). Пожалуйста, проверьте Вашу книгу, все ли изображения (или другие объекты) на месте. В противном случае попробуйте сохранить объекты как изображения и затем вставить их с помощью инструмента «Вставить изображение» в верхней панели инструментов

1.2. Особенности технологического слоя современной метрологии
1.2.1. Технология. Современное технологическое развитие

Ключевыми недостатками отраслевой метрологии, приведшими ее к системному кризису, являются статичность и высокий уровень бюрократизации, возникшей в результате исторического развития в XX веке. Как было показано в предыдущем разделе, при всей логичности концентрической модели метрологии рис.1.1, в метрологии советского периода наблюдался существенный дисбаланс между слоями. Ключевыми источниками диспропорции являются слабая развитость технологического слоя и перенасыщенность законодательной метрологии и административного слоя. В результате отраслевая метрология оказалась избыточно статичной при условии внешней НТР, требовавшей высокой динамики. Все это и обусловило глубокий научно-технический кризис.

Технологический слой отраслевой метрологии играет роль динамичной компоненты, которая подстраивается под требования конкретного исторического момента. Ключевым понятием для исследования технологического слоя является понятие технологии.

Политехнические словари дают различные определения самому понятию технологии. В общем случае технологией можно обозначить совокупность технических средств, методов (навыков) их использования, или, иными словами, набор технических решений. В таком определении, в зависимости от того, насколько одни технические решения будут лучше других можно говорить о сравнительной эффективности разных технологий, уровень знаний о технических решениях будет отражать уровень знаний о технологии и т. д.

Следует отметить, что специфика современной НТР состоит в том, что это — технологическая революция. Понятие технологии выходит на первый план и требует нового подхода к анализу и описанию явлений, связанных с развитием современных средств связи и, соответственно, измерений. Применительно к описанию методов измерений в современных сетях связи этот подход означает введение нового ключевого определения — измерительной технологии — для описания и классификации методов измерений.

Измерительная технология или технология измерений в дальнейшем будет означать совокупность методов, подходов к организации измерений и интерпретации результатов, конкретных методик, а также измерительных средств (приборов и средств контроля), необходимая для качественного обслуживания соответствующего направления развития технологии средств связи.

Как видно из определения, измерительная технология тесно связана с соответствующей технологией телекоммуникаций, например, развитие технологии ADSL связано с измерительной технологией ADSL и т. д.

До периода начала XXI в. измерительная технология являлась новым понятием в отраслевой метрологии, и даже в наше время это понятие не принято многими специалистами. Введение этого понятия имеет несколько причин, но главной выступает сам технологический характер современной НТР, характерной чертой которого является скорость смены технологий, настолько высокая, что она не позволяет большей части связного сообщества своевременно осознать все новые нюансы технологии в полной мере. Действительно, понимание специалистами в области связи современных технологий телекоммуникаций значительно отстает от развития самих технологий. Отставание проявляется в отсутствии учебно-справочных материалов, малом количестве профессионалов в технологии, пока невысоким уровнем статей в научно-технической прессе. Необходимо отметить, что такое отставание не является сугубо характерным для нашей страны, оно отмечается даже в самых развитых в области телекоммуникаций странах. Временные рамки существования и смены технологий на рынке уменьшаются, в результате становится невозможным рассматривать методологию измерений как стационарный процесс, необходимо включить фактор времени в рассмотрение и сделать шаг к динамичному описанию тех процессов, которые идут в отраслевой метрологии. Таким образом, появляется необходимость не просто исследовать технологию измерений, но также динамику ее развития на рынке.

Вторая причина в том, что современное развитие измерительной техники идет по пути высокой специализации. Развитие современной измерительной техники для телекоммуникаций привело к появлению на волне первой НТР рынка специализированной техники, предназначенной для обслуживания и эксплуатации систем связи. В результате смены технологий рынок специальной измерительной техники изменялся очень динамично, возникает задача ее классификации, решить которую без технологического подхода невозможно.

На основании всего перечисленного выше, технологический подход к описанию эксплуатационных измерений на сетях связи является оправданным и по праву занимает свое место в современной модели отраслевой метрологии.

Технологический подход был впервые внедрен автором в работе [5] и с тех пор неизменно развивался [2,5]. Ниже приведем основные выводы, которые были сделаны в указанных работах.

1.2.2. Волновая теория развития технологий

Эволюция технологий, в том числе и технологии телекоммуникаций, можно представить в виде волн. «Волновая» теория развития технологии наиболее полно отображает процессы смены технологиями друг друга и подтверждена на практике развитием технологий последних десятилетий. Суть концепции «волновой» теории проста: любая технология постепенно приходит на рынок, достигает своего максимального распространения и затем уходит с рынка. Такое понимание технологии является органичным, поскольку учитывает присутствие в технологии социальной компоненты. Наличие социальной составляющей обычно приводит к подобным «волнам» разного уровня. Примером теорий, которые широко используют органическую волновую картину динамики, может служить историческая теория этногенеза, где социальная система присутствует в виде целого народа. Применительно к эволюции развития систем связи ряд зарубежных источников предлагает различные прогнозы развития на ближайшее будущее. В качестве примера на рис.1.4 показана эволюция концепций построения сетей передачи данных применительно к рынку США. При желании аналогичные «срезы» эволюции технологий могут быть сформулированы для концепций создания первичной сети, построения сети телефонии, концепций систем сигнализации и т. д.

Рис.1.4. «Волны» развития технологии передачи данных (обзор 1999 г)

Согласно «волновой» теории развития, различные технологии могут успешно сосуществовать в течении достаточно большого интервала времени. Смена одной технологии другой определяется новыми задачами, встающими перед связным сообществом. Скорость появления и внедрения новой технологии определяется актуальностью новых задач. Например, основными движущими силами внедрения технологии пакетной коммутации является развитие персональных компьютеров и необходимость создания сетей передачи данных. Развитие технологии АТМ стимулировалось постепенным переходом от узкополосной ISDN к широкополосной ISDN и необходимостью решения задач интеграции широкополосных услуг (например, интерактивного телевидения), цифровой телефонной сети и т. д. Унификация требований к широкополосным услугам и необходимость создания универсального транспорта привели к появлению технологии Ethernet/IP, которая в течение нескольких лет вытеснила технологию АТМ и т. д.

Причиной смены технологий обычно является лучшая экономическая конкурентоспособность новых технических решений по сравнению с устаревшими. В условиях рыночных отношений, экономический фактор в конечном итоге является решающим. «Волновая» теория развития технологий дает первое приближение к пониманию динамики технологического развития. Чтобы понять процессы смены одной волны другой, необходимо проанализировать социально-технические изменения, которые несет с собой волна на различных этапах развития технологии и тем самым перейти к более детальному исследованию динамики.

В качестве иллюстрации динамики сопутствующих процессов на рис.1.5 представлена динамика развития во времени технологии на рынке и соответствующее поведение ряда важных параметров, сопровождающих этот процесс. Эти параметры определяют возможность использования технологии в рыночных условиях и ее конкурентоспособность на разных этапах. К ключевым показателя относятся параметры стоимости технических решений, средний уровень знаний связного сообщества о технологии, а также надежность технических решений.

Рис.1.5. Динамика развития технологии на рынке

Как видно из графиков, представленных на рис.1.5, в начале развития технологии стоимость технических решений чрезвычайно высока. Здесь участвует не только стоимость нового высокотехнологичного оборудования, но и затраты, необходимые для проведения необходимых доработок (по закону Мерфи, устройство скорее всего сразу не заработает), проведения «полевых» испытаний нового технического решения, разработки сопряжения с существующей сетью и пр. Поэтому на ранних стадиях стоимость внедрения технологии крайне высока. Затем по мере накопления опыта внедрения технологии и решения вопросов внутренней и внешней интеграции устройств, стоимость начинает падать и доходит до оптимального стабилизированного уровня. После того, как технология становится устаревшей и постепенно начинает уходить с рынка, стоимость технических решений увеличивается. Само оборудование дорожает до уровня антиквариата. С рынка исчезают запасные части и компоненты устройств, что значительно увеличивает стоимость эксплуатации технических решений.

Средний уровень знаний связного сообщества включает в себя знания как пользователей (заказчиков) оборудования, так и знания поставщиков. Поставщики получают новые знания о технологии первыми, но и это требует определенного времени. В начале развития технологии на рынке знаний о ней практически нет. Существенно, что начало графика стоимости опережает начало графика уровня знаний, сперва технология приходит на рынок, а уже потом появляются реальные практические знания о ней. По мере накопления опыта, появления литературы, написанной профессионалами, уровень знаний о технологии увеличивается, достигая необходимого максимума. Затем происходит снижение уровня знаний о технологии, когда она становится устаревшей. Это связано с тем, что часть специалистов по технологии переквалифицируются, а другие — уходят на пенсию. В конце концов технология становится достоянием политехнических музеев, где практические знания о ней хранят только историки.

Интересна закономерность развития надежности технических решений с использованием новой технологии. График надежности технических решений отстает от графиков стоимости и уровня знаний. Новая технология в руках неквалифицированных пользователей не может быть основой надежной работы системы связи. По мере развития самой технологии и стабилизации опыта ее использования надежность технических решений повышается, достигая стабилизации. Дальнейшее повышение надежности в период старения технологии связано с известным статистическим процессом «приработки»: что сломалось, то уже сломалось, а что работает, то и будет продолжать работать даже при отсутствии запасных частей.

Помимо объективных тенденций, связанных с развитием технологии на рынке, на него оказывают существенное влияние социально-психологические процессы, идущие в связном сообществе. Новая технология представляет собой сумму новых знаний, которые должны быть восприняты и внедрены связным сообществом, специалистами, операторами, поставщиками и заказчиками. Процесс принятия новых знаний является социально-психологическим процессом и требует отдельного рассмотрения. Зная процессы, сопровождающие развитие технологии, можно условно разделить ее «жизненный цикл» на четыре периода развития технологии:

Инновационное (лабораторное) развитие технологии

Период опытных внедрений

Штатное внедрение

Моральное устаревание и уход с рынка

В соответствие с указанными этапами можно выделить механику движения «волны» во времени. В особенности необходимо обратить внимание на средства массовой информации (СМИ): на этапе развития молодых технологий именно СМИ являются носителями технических знаний и дискуссионной площадкой обсуждения технологии.

Этап I. Инновационное и лабораторное развитие

Этот этап характеризуется процессом становления технологии на рынке. Новые решения только появились на рынке. Они очень дороги. Ни потенциальные заказчики, ни поставщики оборудования в полной мере не представляют всех нюансов и обучаются в процессе работы над пилотными внедрениями. Первые решения работают нестабильно и требуют доработки в «полевых» условиях. Единственный актив состоит в том, что они обещают в будущем существенные преимущества. Основывать свои технические решения на новой технологии этого этапа развития — значить ставить на заведомо неконкурентоспособное решение, дорогое, непонятное и ненадежное. Позволить такое себе могут только крупные операторы в опытных зонах внедрения. Небольшие операторы, поставив на новую технологию, рискуют банкротством. Внедрение технологии на этом этапе ее развития представляет собой благотворительный взнос ради будущего технологии связи. Есть существенный риск, что закупленное оборудование, будучи новым и опытным, не даст возможности в будущем пользоваться всеми преимуществами новой технологии.

Рассмотрим теперь социально-психологические факторы понимания технологии связным сообществом. Этап характеризуется становлением технологии на рынке. Законы рынка требуют от фирм-поставщиков направить все свои усилия на рекламу новой технологии. О ней говорят как о новом прорыве, всячески описывая ее преимущества и замалчивая целесообразность текущего внедрения. Ей посвящены новые обзоры, проблемные статьи, рапорты о новых внедрениях и их результатах (обычно в мажорных тонах). В результате возникает иллюзия единственно верного пути — внедрить технологию у себя, т.е. основания для слепого оптимизма. Отсутствие реальных практических знаний о технологии, проблемах, с ней связанных и путях их решения, приводит к идеализации технологии. Рождается миф о ее великом потенциале и решении всех проблем. Поддавшиеся на искушение финансируют развитие новых технологий.

Этап II. Опытное внедрение технологии и пилотирование в реальных условиях

Этот этап характеризуется стабилизацией технологии на рынке. В начале этого этапа появляется «прозрение заблуждающихся», характеризующееся полемикой в технической прессе, настолько ли эффективна новая технология, и действительно ли она необходима на рынке. Такого рода вопросы — закономерный процесс перехода от первичной эйфории к конструктивному обсуждению на основе первого опыта. Обсуждение очень важно, поскольку раскрывает все основные и дополнительные нюансы технологии, она становится знакомой, известной, в широком смысле отработанной на рынке. На этом этапе можно порекомендовать ее использование большинством операторов, что в конце концов и происходит. В результате новая технология становится модной в хорошем смысле этого слова, она становится парадигмой и используется большинством операторов. Конец этого периода характеризуется отношением здорового энтузиазма к внедрению новой хорошо знакомой технологии. Решения становятся надежными, знания о технологии постепенно наполняют учебные пособия и становятся классическими. Полемика в прессе умолкает — технология заняла свое достойное место.

Этапы III — IV

Это этапы зрелости и старости технологии. Как правило, оба этапа характеризуются полным молчанием относительно технологии в технической прессе и СМИ. В публикациях нет необходимости. Технология известна, она вошла в учебники и пособия, имеет аналитические обоснования и пр. Появились хорошие инструкции по эксплуатации, имеется широкий штат специалистов с большим опытом обслуживания технических средств. Сами технические средства включены в программы ВУЗов. Изредка появляются статьи, в которых рассказывается об упущенных в ходе обсуждения на этапе II нюансах и скрытых резервах технологии, но в целом обсуждение технологии исчезает до исчезновения самой технологии.

Публикации о технологии этапа IV — это либо история, либо некрологи о демонтаже «последней декадно-шаговой АТС» и т. д.

Рассматривая динамику развития «волны» следует отдельно обратить внимание на качественный переход между этапами I и II. Для того, чтобы технология вышла из лабораторий в полевые условия, необходим довольно сложный процесс, связанный с маркетингом, рекламой, воздействием на восприятие новой технологии связным сообществом. Переходная динамика развития технологии в рыночных условиях описывается сложными моделями поведения. Рассматривая социально-психологические процессы, сопровождающие развитие технологий, мы невольно отмечали, что переход технологии от этапа I к этапу II характеризуется коренным изменением отношения к ней. От пафоса рекламной шумихи связное сообщество мгновенно (по историческим меркам) переходит к критике технологии. Такой переход можно рассматривать как явление катастрофы в математическом смысле этого слова, т.е. быстрый фазовый переход из одного состояния в другое.

Рассмотрим поведение современной технологии вблизи точки качественного перехода от этапа I к этапу II, т.е. от рекламной шумихи к опытному внедрению в виде тестовых зон.

Исследование [17] позволяет заглянуть внутрь переходной динамики развития технологии. Поскольку на развитие технологии в рыночных условиях оказывает мощное влияние маркетинг и деятельность коммерческих специалистов, цикл развития технологии в точке перехода I—II получил название «цикла очковтирательства» (дословно Hype Cycle).

Динамика перехода представлена рис.1.6 и отражает нелинейность процесса перехода технологии между этапами I и II эволюционного ряда рис.1.5.

Рис.1.6. Схематическое представление «цикла очковтирательства»

Анализ полученной зависимости, проведенный в [17] с некоторым юмором и в терминах вымышленной географии, позволяет говорить о четырех основных этапах «цикла очковтирательства». После приближения технологии к критической точке перехода к этапу II, она находится на пике популярности, но отношение к ней далеко от реалистичного анализа преимуществ и недостатков. Такое состояние можно назвать «Пиком Необоснованных Ожиданий». После первых внедрений технологии, когда становится понятно, что необоснованные ожидания — всего лишь иллюзия, популярность технологии падает вертикально вниз, сваливаясь в «Ущелье Утерянных Иллюзий». После того, как иллюзорная часть отношения к технологии потеряна навсегда, специалисты и пользователи начинают трезво оценивать значение технологии, ее плюсы и минусы. Оказывается, что новая технология не такая уж обреченная, ни на что не годная выдумка. По мере понимания новой технологии, популярность ее начинает медленно повышаться («Возвышенность Реального Понимания»). Именно в наивысшей точке реалистичного понимания новой технологии и происходит переход ее с этапа рекламной шумихи (этап I) к этапу опытного внедрения (этап II). За пределами вымышленной границы смены этапов развития технология ведет себя очень предсказуемо, выходя на определенный уровень («Плато Продуктивного Исследования») и «набирает очки» без излишних рывков и падений.

Детальное исследование поведения новой технологии в критической точке перехода показывает, что внутри плавной кривой рис.1.5 могут присутствовать нелинейности типа рис.1.6, где имеет место резкий взлет и не менее резкое падение популярности новой технологии. Как было сказано выше, такое состояние можно характеризовать как математическую катастрофу или бифуркацию поведения. В точке бифуркации оператор легко может допустить ряд ошибок в выборе своей стратегии. Понимание закономерности бифуркации помогает избежать таких ошибок. Самыми грубыми следствиями рассмотренной закономерности могут стать два вывода, представленные на рис.1.6 и связанные с пиковыми колебаниями популярности технологии в точке бифуркации:

Нельзя делать ставку на технологию на пике популярности и принимать решение о ее внедрении только на основе того факта, что она сейчас в моде. Нужно помнить, что обещания новой технологии могут оказаться далекими от реальности.

Нельзя отказываться от технологии только потому, что она недавно была в моде, а теперь доказала якобы свою несостоятельность. Максимализм в отношении к тем или иным решениям присутствует во всем мире и является не менее плохим советником, чем эйфория от рекламных лозунгов.

«Цикл очковтирательства» представляет собой очень популярный метод классификации современных технологий, в особенности в точке бифуркации. Влияние этого метода классификации настолько велико, что современные консалтинговые агентства, такие как Gartner, часто используют его, располагая все современные технологии по кривой цикла и тем самым формирую понимание баланса возможностей и достижений современной технологии. В качестве примера такого использования на рис.1.7 представлен срез всех мировых технологий в области систем связи и ИТ на 2015 г. По версии Gartner.

Рис.1.7. Срез технологий на уровне 2015 г. по версии Gartner

Для исследования современных технологий понимание точки бифуркации представляется очень важным. Коль скоро группа технических решений, связанных с сетями нового поколения, застряла между первым и вторым этапами эволюционного ряда рис.1.5, то это должно означать, что многие технологии в современном мире находятся в непосредственной близости к своим точкам бифуркации. В таком случае отношение к этим технологиям со стороны связного сообщества может радикально изменяться в самое короткое время. Диапазон оценок новых технологий может быть на любом уровне: от эйфории до полного отторжения.

Пример 1.2.1. Отношение к технологии ADSL (по [3])

На протяжении последних десяти лет отношение к технологии ADSL менялось несколько раз:

В период конца 90-х-начала века казалось, что технология ADSL таит в себе неисчерпаемые ресурсы, поскольку на то время скорость до 8 Мбит/с для одного пользователя считалась верхом ожиданий.

Появление концепции IPTV в период 2003—2004 гг., а также оценка состояния кабельных сетей операторов ГТС привела к сильнейшему разочарованию в технологии ADSL. Оказалось, что максимальная полоса в 8 Мбит/с, достижимая в рамках ADSL, оказывается минимальной полосой передачи для предоставления услуг IPTV, а значит, удел технологии ADSL — только высокоскоростной доступ в Интернет.

Появившиеся в этот же период решения ADSL2+ продемонстрировали, что традиционные сети ADSL можно модифицировать, так что они будут удовлетворять росту требований по полосе пропускания. Полученные решения легко адаптировались к состоянию кабельной системы. Это вызвало повторный всплеск эйфории, хотя и не такой явный, как в первый раз.

С развитием альтернативных широкополосных технологий абонентского доступа (Wi-Fi, WiMAX, оптическая «последняя миля (FTTx), домовые и городские сети Ethernet, системы кабельного телевидения (DOCSIS) и пр.) технология ADSL2+ сейчас снова оказалась в области Ущелья Утерянных Иллюзий. Кажется, что альтернативные технологии позволяют решить проблему абонентского широкополосного доступа сравнительно дешевле и быстрее. Тут и там раздаются суждения, что в светлое будущее услуг NGN технология ADSL2+ не войдет. Такие прогнозы совершенно не учитывают тот факт, что в странах Европы уровень проникновения ADSL на городских телефонных сетях превысил уже черту в 40%, а сама технология является самой массовой технологией NGN на уровне доступа

Подводя итог вышесказанному отметим, что переход от статичного рассмотрения технологии к динамичному описанию открывает новые грани в понимании современной технологии. Динамика изменений технологии подчиняется не только логике научно-технического прогресса, но и особенностям развития социальной системы связного сообщества и по этой причине проявляет сложную картину. Выше были приведены три модели динамического развития технологии: от самой простой модели, определяемой «волновой теорией» до рассмотрения сложного поведения технологии в условиях бифуркации и перехода с этапа I на этап II.

Все перечисленное показывает, что решения технологического слоя не являются простой совокупностью технологий. Это область научно-практического знания со своими закономерностями развития. Исследования технологического слоя современной отраслевой метрологии представляет собой широкое поле научной и практической деятельности, неизменно приносящей полезные плоды.

1.2.3. Особенности развития «волн» в условиях НТР. Сети нового поколения. Обоснование релятивизма.

Выведенные в предыдущем разделе закономерности технологического развития ориентируются на эволюционное, ламинарное течение научно-технического прогресса. В условиях научно-технической революции (турбулентное развитие) приведенные модели могут существенно трансформироваться: от диспропорции в различных фазах развития технологии до коренного качественного изменения самой динамики.

В качестве примера можно привести найденную в [6] динамику «пляски вокруг бифуркации» этапов I и II (рис. 1.8). Суть особенностей современной динамики технологии — резкое повышение фактора морального устаревания технологии. За счет этой особенности оборудование демонтируется не по факту материального износа, а по факту морального устаревания самой технологии. В результате технология практически молниеносно проходит этапы III и IV — в случае официального объявления об устаревании оборудования, оно в течение 1—2 лет демонтируется и исключается из сетей. В результате технология как совокупность оборудования, знаний и социальной системы постоянно вращается вокруг точки бифуркации I — II. Как только технология проходит этап успешного пилотного внедрения, она в большинстве случаев оказывается уже устаревшей. Тогда формируется новое решение этапа I, и технология переходит снова на этап I, в лаборатории и исследования по модернизации. В качестве примера «пляски вокруг бифуркации» в работе [3] был представлен последовательный генезис технологии DSL через этапы ADSL -> ADSL2 -> ADSL2+/RE-ADSL -> VDSL. На каждом этапе уже разработанные и внедренные технологические решения ADSL сталкивались с растущими потребностями пользователей в скорости передачи данных, так что технология постоянно модернизируется.

Рис.1.8. Динамика развития технологии на рынке в условиях третьей НТР

Модель динамики «пляски вокруг бифуркации» является неслучайной. Современный технологичный мир ввел понятие моды на технологию. Технология обязана быть новой и современной. Если она утрачивает этот статус, она молниеносно уходит с рынка вне зависимости даже от экономических потерь, которые несут производители и операторы. Это создает ощущение совершенно отличной от стандартной динамики картины, связанной с постмодернистскими ценностями: смысл оказывается важнее финансово-экономических показателей, и техническая рациональность уступает главенствующую роль дискурсу и идеологической ориентации.

Мода на технологии должна быть объективно переменчивой. В такой ситуации единственным методом, позволяющим объективно оценить место той или другой технологии в современном мире и даже сравнить технологии, является отказ от экономико-социальных критериев оценки, как наиболее тесно связанных с капризами моды. Отказавшись от социологических направлений исследования, ограничиваясь только техническими нюансами разных технологий, можно увидеть современные технологии объективно, вне обстановки бушующего моря хаоса идей и решений, который соответствует современному этапу развития нашей цивилизации.

Рассмотренная выше явление бифуркаций в развитии технологии позволяет обосновать принцип демократичности современных технологий — один из основополагающих принципов сетей нового поколения, с которым мы еще столкнемся ниже. Суть этого принципа заключается в том, что современные технологии разных поколений сосуществуют друг с другом в рыночном поле совершенно равноправно. Невозможно сказать однозначно, что технология ADSL менее современна, чем Ethernet. Для всего технологического поля характерен демократизм: если технология присутствует на рынке, она конкурентоспособна и может в определенных обстоятельствах доминировать над соседями по технологическому полю.

Принцип демократичности современных технологий может быть просто выведен из понимания механики рис.1.8. В точке бифуркации — перехода между этапами I и II — отношение к технологии меняется постоянно и с высокой амплитудой. Суждения о технологии отдельных групп специалистов могут относится к разным этапам ее осознания. Поскольку временные отрезки изменения отношения к технологии в точке бифуркации очень короткие, само присутствие ее в этой точке порождает самые противоречивые суждения, которые в то же время вполне сосуществуют в конкретный исторический момент. Отсюда проистекает демократизм — ни одна технология объективно не может рассматриваться как доминирующая в данный исторический момент, значит, они должны равноправно существовать в рыночном поле.

Если в данный момент нам кажется, что одна технология заведомо лучше другой, это не означает правильность наших суждений. Поскольку обе технологии находятся в границах точки бифуркации, наше отношение к ним может измениться уже завтра на совершенно противоположное. Мы тоже часть связного сообщества, и наша точка зрения колеблется вместе с «линией партии». В этой ситуации единственным мудрым решением является принять все технологии и рассматривать их как равноправные, что и может служить обоснованием принципа демократичности в сетях нового поколения– см. [6].

В соответствии с принципом демократичности, любая даже самая абсурдная идея имеет право на существование. После анализа переходной динамики рис.1.8 принцип демократичности становится не просто объективным, но и понятным.

Основным следствием рассмотренного выше тезиса становится объективная неуверенность в однозначности точки зрения на технологию в целом и отдельные технологические элементы. Это приводит к глубокому мировоззренческому релятивизму всей современной технологии, который является основной темой настоящего исследования и, как показано выше, объективным свойством технологии сетей нового поколения.

Таким образом, два основных свойства современной технологии — демократичность и релятивизм — оказываются всего лишь следствием бифуркаций в поведении самой технологии на современном этапе.

1.2.4. Влияние принципа демократизма на технологию

Переходная сложная динамика современных систем связи (NGN) вводит поправки к эволюционным закономерностям традиционного технологического подхода, рассмотренного в разделе 1.2.2. В отличие от традиционных технологий связи, системы NGN демонстрируют переходную динамику развития и наличие бифуркаций в своем поведении. Более того, само развитие технологии во многом проходит вокруг точки бифуркации. Наличие бифуркация определяет такие свойства новых технологий как демократичность и релятивизм. Но и сами факторы демократичности и релятивизма вносят поправки в технологический подход. Рассмотрим это влияние отдельно.

Напомним, что «волновая теория» эволюционного развития технологий, рассмотренная нами на рис.1.5—1.6, предусматривает смену одной технологии другой в течение определенного довольно продолжительного интервала времени. Можно было бы предполагать, что перманентная новизна современных технологий уменьшает время смены одной технологии другой, ускоряя технический прогресс. Как было показано выше, «волновая теория» допускает сосуществование новой и старой технологии в течении довольно продолжительного периода времени. Но оказывается, что сам факт смены одной технологии другой противоречит принципу демократичности. Если мы можем указать, что одна технология приходит на смену другой технологии, то это означает, что технологии больше не равны между собой. Тем самым сама «волновая теория» претерпевает самые радикальные изменения.

Принцип демократичности требует, чтобы все технологии были равны друг другу по техническим показателям. В зависимости от капризов моды экономические и социальные показатели технологии могут меняться совершенно непредсказуемо, но стратегически технологии должны быть равны, иначе демократичность окажется недостижимой.

В результате указанного тезиса мы приходим к выводу, что в историческом смысле все технологии NGN должны сосуществовать друг с другом в одной и той же точке временной кривой рис.1.5. Выше мы наблюдали, что это действительно так. Достигнув границы между этапами I и II, технология NGN не развивается дальше перманентно, как это свойственно традиционным технологиям, а начинает колебания вокруг границы, что было обозначено как «пляска вокруг точки бифуркации». Раньше можно было просто констатировать это явление как особенность технологий. Теперь эта особенность получает свое обоснование в качестве следствия принципа демократичности. Поскольку технологии должны сосуществовать друг с другом и быть идентичными по техническим характеристикам, в смысле эволюционного ряда рис.1.5, все они должны находиться в одной точке.

Возникает тесная связь двух ключевых принципов: демократизм приводит к «пляске вокруг точки бифуркации», а сама динамика «пляски» объясняет естественность принципа демократизма. Здесь существует взаимная связь, не обусловленная какими-то причинно-следственными отнолшениями.

Поскольку рождение технологий NGN обусловлено разными историческими причинами и происходит в разное время, то получается интересная динамическая картина (рис.1.9). Вне зависимости от того, когда технология NGN (на рис.1.9 технология 1) выходит из лаборатории на мировой рынок, она проходит стадии развития вплоть до опытного внедрения до границы между этапом I и этапом II. Здесь развитие технологии NGN в историческом смысле приостанавливается, и она начинает совершать колебания вокруг области бифуркации, так что отношение к ней у связного сообщества может меняться в широких пределах и несколько раз за период ее существования. Другая технология (технологии 2 и 3), возникшая исторически позже первой, также проходит все стадии развития «кривой внедрения» и попадает в тот же водоворот. Здесь они встречают технологию 1, так что все три технологии взаимно сосуществуют вне зависимости от времени их появления на рынке. И даже если на рынке присутствуют технологии, которые еще не прошли все стадии развития (например, системы оптической и берстной коммутации — см. [2]), можно ожидать, что рано или поздно они окажутся в общем водовороте в области бифуркации. Согласно такой модели, все технологии оказываются совершенно идентичными вне зависимости от времени их появления на рынке. Более ранние технологии как бы «поджидают» новые технологии в области единого конкурентного поля. Разные по времени возникновения технологии NGN оказываются равноценными в общем конкурентном поле.

Рис.1.9. Демократичное сосуществование технологий в одной точке эволюционного ряда.

Предлагаемая модель технологического развития может показаться абсурдной, поскольку разные по времени возникновения технологии оказывается вместе с тем равноценными. Но это вполне можно обосновать, если учесть сам характер колебаний технологии вокруг границы этапов. Напомним, что сам характер колебаний связан с тем, что технология постоянно дорабатывается. В таком случае история возникновения технологии не может означать, что она морально устарела. Например, исторически технология ADSL появилась раньше технологии пассивных оптических сетей PON. Но ее дополнение — технология ADSL2+ — появилась уже после того, как развитие PON привело ее в точку бифуркации. В свою очередь новые разработки в области схемотехники и дизайна ведутся разработчиками и в области технологии PON, и в области оборудования ADSL2+. В результате сейчас сложно сказать, какая из технологий более современна в части использования технических решений. Предлагая принцип перманентной новизны, технология NGN устраняет влияние фактора времени из эволюционного процесса. Технологии оказываются равноценными в соответствии с демократическим подходом. Они сосуществуют друг с другом, взаимно конкурируют, постоянно модифицируются в соответствии с новыми принципами дизайна, достижениями схемотехники и новыми концепциями разработки программного обеспечения. При этом, совершая колебательные движения вокруг точек бифуркации, технологии NGN постоянно изменяют свою социальную оценку в широких пределах: от эйфории до крайнего скепсиса.

Приведенная модель отражает всю революционность доктрины NGN как технологического явления. Фактически, она переворачивает сами основания технологического подхода. Парадоксальность полученной модели тем более очевидна, что из нее оказывается непонятным, каким же образом вообще возможна смена технологий в мире NGN. Отсутствие фактора времени не позволяет говорить о том, что технология может морально устаревать. Но это действительно так, коль скоро мы говорим о перманентной новизне и такой же перманентной доработке технологии.

Впрочем, технология может устаревать, если процесс ее обновления по тем или иным причинам прекратится. И здесь мы приходим к еще одному интересному выводу. В технологическом мире сетей нового поколения смерть технологии возникает не по историческим причинам (объективное моральное и материальное устаревание оборудования в ходе эксплуатации), а по идеологическим причинам. Если по какой-то причине связное сообщество принимает решение о том, что дальнейшие разработки в направлении отдельной технологии нецелесообразны, эта технология уходит от точки бифуркации вправо на этап II и дальше начинает свое движение в рамках традиционного эволюционного ряда рис.1.6. Установленное оборудование продолжает поддерживаться, функционирует нормально, стандарты и принципы его работы фиксируются, специалисты в области такой технологии готовятся ровно в том объеме, который нужен для поддержания сетей и пр. В результате технология переходит с этапа II на этап III, а затем IV. Технология «традиционализируется», как это произошло с технологией АТМ. Развитие такой технологии полностью подчиняется традиционным моделям технологического подхода, но это уже само по себе означает, что такая технология морально устарела.

Таким образом, смерть технологии в новых условиях — это не полный демонтаж оборудования и его списание, а прекращение новых инновационных разработок в направлении ее развития. Научная революция и технический прогресс отказываются от такой технологии, и она проходит стадии старения в соответствии с общими законами «волны». Фактически это означает, что для технологий NGN нет самого понятия последовательного морального устаревания. В историческом смысле процесс происходит мгновенно. Как только связное сообщество отказывается от технологии и останавливает инвестирование новых разработок в данном направлении, происходит моральная смерть технологии. Само списание оборудования, происходит в соответствии со сроком амортизации расходов и устаревания оборудования. Но задолго до этого срока технология рассматривается как исторический труп. Возвращаясь к процессам рис.1.9, можно сказать, что с практической точки зрения граница морального устаревания для технологии NGN передвигается с этапа IV на границу этапа II, что является существенным изменением самих принципов научно-технического прогресса.

Тот факт, что предел развития современных технологий смещается резко влево, подтверждается теми фактами, что в мировой и отечественной практике происходят процессы реорганизации сетей связи не по причине физического или технологического износа, а по причине морального устаревания. В таких случаях оборудование может заменяться директивным решением уже через несколько лет эксплуатации только на том основании, что соответствующая технология является бесперспективной и больше не поддерживается производителями. Тенденция замены оборудования на основании его технологической отсталости становится все более актуальной. Вторя общей тенденции ускорения научно-технического прогресса, цикл развития технологии на рынке уменьшается. Не исключено, что после победы технологии NGN над традиционной технологией в количественном отношении основным фактором обоснования замены оборудования и реконструкции целых сегментов сетей станет именно инновационный фактор, а не амортизация оборудования.

В результате мы приходим к такому выводу, что инновационность и прогрессивность технологии NGN с необходимостью требует ее присутствия в точке бифуркации, где и сосредоточена вся научно-техническая революция NGN.

Следует указать на еще одну поправку, которую вносит технология NGN в традиционный технологический подход. Отменяя влияние фактора времени и само понятие эволюции для всех инновационных решений, технологическая концепция сохраняет явление преемственности.

Преемственность технических решений отражает общее качество экономии, свойственное связистам в целом. Один раз, разработав тот или иной эффективный принцип, связная наука тиражирует этот принцип во всех новых разработках. В результате часто оказывается возможным построить своеобразное генеалогическое дерево различных решений.

Пример 1.2.2. Генеалогическое дерево современных протоколов сетей передачи данных (иллюстрация преемственности)

На рис.1.10 представлена эволюционная теория протоколов сетей передачи данных, до этого приводившаяся в [4].

Левая часть этого «генеалогического дерева» представляет собой эволюцию протоколов глобальных сетей передачи данных (WAN) от общих формулировок протокола OSI до АТМ. По большей части эта группа протоколов, ориентированная на установление виртуальных соединений.

Средняя часть генеалогического дерева представляет собой вещательную группу протоколов сетей передачи данных: от ALOHA и ARPA до TCP/IP и Ethernet. Для этой группы не предусматривается организация виртуального соединения для передачи данных, а используются методы вещательной рассылки на основе принципа использования датаграмм (см. пример 2.7).

Правая часть генеалогического дерева показывает группу протоколов кольцевой топологии, которая начиналась протоколом Token Ring и закончилась FDDI, хотя в настоящее время многие принципы этих протоколов используются в более современной технологии RPR.

Рис.1.10. Генеалогическое древо современных протоколов передачи данных

Все перечисленные протоколы, за исключением самых древних, до сих пор встречаются на сетях связи в мире и в России, причем в самых разных сочетаниях и модификациях. Всего же в мире существует несколько сотен различных протоколов, но все они в той или иной степени связаны с тремя перечисленными группами и соответствующей эволюционной историей.

Отменяя эволюцию решений во времени, технология NGN сохраняет их преемственность. Генеалогические деревья, которые отражают заимствование принципов и технических решений более свежими технологиями, сохраняются в концепции сетей нового поколения.

В традиционных технологиях имело место последовательное замещение одной технологии другой по мере материального и морального устаревания технологии. Прямая зависимость состояния развития технологии от времени и этапности позволяет следить за ее развитием и прогнозировать дальнейших ход научно-технического прогресса.

Для технологий NGN такая модель оказывается неприемлемой, поскольку наличие точки бифуркации и процесс перманентного совершенствования технологии в этой точке делает все технологии равными. Развитие научного прогресса оказывается нелинейным и скорее напоминает лавину. С лавиноподобным поведением современной технологии мы еще встретимся ниже.

Каждая технология порождает целый комплекс различных технических решений, так что оказывается невозможным выделить определенную последовательность смены технологий. Вместо этого в определенном направлении технического прогресса возникают альтернативные решения, которые могут и дальше совершенствоваться и присутствовать в едином технологическом поле. Принцип демократичности NGN допускает сосуществование любых технологий. По мере развития и внедрения технологий связное сообщество делает свой выбор в пользу того или иного технического решения. Альтернативные решения тогда рассматриваются как неперспективные, и лишаются поддержки и инвестиций. Как было показано выше, отсутствие инновационных решений означает для современной технологии NGN моральную смерть, вслед за которой начинается последовательное списание соответствующего оборудования, причем время удаления технологии с рынка после ее моральной смерти постоянно сокращается.

Оглядываясь на развитие технологии, можно считать такие несостоявшиеся направления развития прогресса тупиковыми и рассматривать их как фантомы, отвлекающие от магистрального пути развития технологии. Но это совершенно не верно. Принцип демократичности NGN говорит нам, что в заданный момент времени невозможно разделить тупиковые направления и направления актуального развития прогресса. В общем случае в каждый момент времени все пути оказываются равновероятными, как и технологии являются равноценными. Ни один эксперт в мире не может правильно определить направление научно-технического прогресса и тем самым прогнозировать будущее развитие NGN. В каждый момент технической истории происходит выбор этого направления, и мы можем говорить только о нескольких возможных путях развития. Какой путь выберет научно-технический прогресс невозможно определить. В результате даже если группа экспертов начнет строить прогнозы на будущее развития, сам ход научно-технической революции может пойти по совершенно другому пути.

Пример 1.2.3. Противостояние технологий IP и АТМ в начале 21 века

Самым масштабным примером ошибок в прогнозировании поведения технологии NGN может считаться спор между технологиями IP и АТМ. Обе технологии на рубеже 21 века были вполне адекватными по своим техническим и экономическим показателям. Все международные организации и органы стандартизации поддерживали технологию АТМ, но победила в результате технология IP. Сейчас многие эксперты говорят, что технология IP/Ethernet является более дешевой в реализации оборудования, чем технология АТМ. Но мы совершенно не знаем, какова была бы стоимость оборудования АТМ, если она получила бы такое же массовое развитие, как технология IP в современном мире. Честный анализ самой истории противостояния показывает, что в момент выбора обе технологии находились приблизительно в равных условиях. Исторически победила технология IP, но в момент противостояния никто не мог этого предполагать.

Демократичность и децентрализация процессов регулирования и разработки порождает на каждом этапе развития научно-технического прогресса целый комплекс взаимно-альтернативных решений, часть из которых продолжает развиваться, а других ожидает место в ряду тупиковых технологий.

Кто принимает решение о перспективе или тупике для технологии? Ответить на этот вопрос непросто, поскольку явно, что на выбор пути развития в каждом отдельном случае влияют не только технические и технологические, но также идеологические, экономические и политические факторы. В рассмотренном выше противостоянии АТМ и IP, технология IP победила во многом благодаря усилиям компании Cisco и примкнувшим к этой компании разработчикам. Их методы ведения бизнеса, создание международной сети образования по данному направлению (здесь уместно вспомнить многоуровневую процедуру сертификации специалистов, которая вовлекает широкие круги молодежи в активную деятельность по изучению оборудования IP) оказались лучше. Несколько удачных тактических и стратегических побед — и вот технология АТМ оказалась побеждена, и даже компании, которые исторически делали разработки в области АТМ (Alcatel, Newbridge, Nortel и пр.) публично отказались от направления развития АТМ в пользу технологии IP и Ethernet.

Таким образом, не вдаваясь в подробности анализа механизмов принятия решения в части, примем к сведению, что решение о перспективах развития принимается всем связным сообществом, которое голосует за новые принципы и технологию рублем.

1.2.5. Измерительные технологии. Усиление роли измерительной техники в эпоху НТР

Теперь от рассмотрения технологии телекоммуникаций в целом перейдем к рассмотрению движущих сил и динамики технологий измерений.

Процесс совершенствования измерительных технологий тесно связан с общей тенденцией усложнения высоких технологий в процессе их развития во второй половине ХХ века. Основными тенденциями развития являются: миниатюризация, экономичность и, как следствие, усложнение.

Этот процесс наглядно виден на примере развития современных технологий цифровой связи. Сложность систем связи объективно повышается с переходом к цифровым системам передачи с высокой пропускной способностью (SDH), новым принципам мультиплексирования (АТМ), новым концепциям систем сигнализации (ОКС 7 и протоколов ведомственных сетей ISDN), новым сетевым концепциям предоставления услуг пользователям (интеллектуальные сети). Этот процесс связан с увеличением пропускной способности систем передач, снижением стоимости интеллектуальных устройств и внедрением в современные телекоммуникации принципов распределенной обработки информации. В связи с этим возникают задачи контроля и настройки работы интеллектуальных систем, каковыми в настоящее время являются сети связи. Этот процесс идет двумя путями: первый — развитие систем внутренней диагностики интеллектуальных узлов сетей, второй — применение современной измерительной техники.

Учитывая, что развитие средств связи идет очень динамично, разработка систем самодиагностики и их отработка несколько отстают от развития самих средств связи. Таким образом, применение независимых от оборудования систем контроля в ряде случаев является единственно корректным решением. Это приводит к тому, что роль измерительной техники на сети связи повышается с развитием новых технологий.

Измерительная техника на сетях современных телекоммуникаций играет важную роль — настройка и оптимизация сетей связи, поиск неисправностей и причин конфликтов, разрешение конфликтных ситуаций. Таким образом, основной движущей силой развития измерительных технологий является усложнение современных систем связи.

Распространенное мнение о том, что цифровые системы связи лучше, надежнее и поэтому требуют в меньшей степени обслуживания на этапе эксплуатации, не верно. Цифровые технологии действительно обеспечивают лучшее качество связи, меньшие эксплуатационные затраты, лучший контроль за ресурсом сети. Верно также, что хорошо отлаженная, «ухоженная» цифровая сеть требует в меньшей степени обслуживания. Однако также верно, что «неухоженная» цифровая сеть деградирует гораздо быстрее аналоговой и требует при восстановлении гораздо больших затрат. Это — объективная плата за сложность технологии цифровой передачи. Цифровые телекоммуникации имеют так называемый «пороговый эффект деградации», когда ухудшение параметров не приводит долгое время к деградации качества связи. При достижении определенного порога стабильности параметры качества изменяют скачкообразно. Обычно в этом случае довольно сложно выделить сразу причину нарушения работы, поскольку причиной является накопленные в течении длительного времени отклонения от нормы нескольких параметров.

Пример 1.2.4. Особенности поведения аналоговых и цифровых технических систем

Хороший пример для понимания динамики поведения аналоговых и цифровых систем дают нам автомобили. Аналоговая машина «Жигули» деградирует аналоговым образом: она начинает шуметь, пыхтеть, появляется запах, она едет все медленнее и медленнее, пока не остановится. Цифровая иномарка до последнего предела будет обеспечивать качественную работу, но в какой-то момент перестанет реагировать на поворот ключа в замке. Произошел пороговый эффект деградации.

Поэтому аналоговые «Жигули» можно было эксплуатировать по наитию, с использованием гаечного ключа и молотка, тогда как цифровую иномарку нужно регулярно отдавать на техобслуживание, где измеряют потенциалы аккумулятора, проверяют работу отдельных элементов — чтобы не допустить порогового эффекта деградации. С переходом к цифровой технологии изменяется принцип эксплуатации системы и появляется специализированная измерительная техника — в нашем примере, специальные приборы для диагностики автомобиля в сервисном центре

На практике часто встречается заблуждение о том, что иностранные фирмы или интеграторы (а до сих пор большая часть оборудования на сетях России импортная), обеспечивающие пуск участков цифровых сетей, должным образом настроят сеть и в дальнейшем ее работа не потребует квалифицированной эксплуатации. Такой подход ведет к зависимости операторов сети от инофирм, что является негативным фактором. С уверенностью можно сказать, что использование современной измерительной техники дает отечественным инженерам ключ к пониманию процессов, происходящих в сети. В этом случае поиск конфликтных ситуаций и противоречий, «тонкая настройка» сети помогают добиться максимальной эффективности ее работы, а также понять принципы новой технологии. Измерительная техника имеет серьезный образовательный эффект.

Эта роль измерительной техники является новой в практике отечественной связи. До сих пор измерительная техника служила для контроля работы сети и соответствия ее узлов отечественным стандартам. В этом случае имелись четкие рекомендации по методологии измерений на сетях связи, т.е. указания на прибор, методику измерений и параметры измерений. В современной ситуации процесс стандартизации технологии значительно отстает от развития самих технологий, а с переходом к сетям нового поколения (NGN) процесс стандартизации вообще прервался. Четких рекомендаций по использованию измерительной техники и эксплуатационной методологии нет и в ближайшем будущем не предвидится. Измерительная техника, применяемая современными операторами, используется не только для проверки на соответствие стандартам (в первую очередь международным), но и для изучения процессов, протекающих в сети. Это позволяет операторам быстро осваивать новые технологии на международном уровне, что является необходимым условием дальнейшей успешной работы и высокой квалификации инженеров. Поэтому можно рассматривать измерительную технику как важный элемент технической культуры. Современная технология не допускает эксплуатацию с использованием только интуиции и простых бесплатных инструментов. Верно и обратное: отсутствие современных приборов низводит квалификацию инженеров до студенческого уровня.

Еще одна важная особенность современной измерительной техники для телекоммуникаций состоит в том, что с развитием цифровизации сетей связи происходит упомянутая выше специализация измерительной техники. Еще 15 — 20 лет назад для обслуживания аналоговых сетей связи применялась общеизмерительная техника (генераторы, осциллографы, частотомеры и т.д.) или ее модификации с учетом параметров систем связи. Развитие цифровых систем передачи и коммутации привело в тому, что измерительная техника для телекоммуникаций стала высоко специализированной. Это означает, что ее в большинстве случаев невозможно использовать в других областях человеческой деятельности. Современные измерительные приборы для телекоммуникаций, такие как анализаторы протоколов сигнализации, анализаторы цифровых систем передачи, измерительные приборы ВОЛС и т. д. составляют рынок специализированной техники, рассмотренный автором в работе [5].

Таким образом, можно выделить следующую интегральную тенденцию развития измерительной технологии:

С переходом к цифровым системам связи роль измерительной техники для телекоммуникаций возрастала. Эта тенденция привела к бурному росту рынка специализированных отраслевых измерительных приборов, номенклатура которых постоянно расширяется.

1.2.6. Особенности измерительной технологии. Динамика измерительных технологий

В целом, развитие измерительной технологии на рынке полностью соответствует описанным выше закономерностям и тесно связано с рассмотренными социально-психологическими процессами в связном сообществе. Например, современный этап развития измерительной технологии характеризуется широкими знаниями в области технологии измерений Е1, PDH, каналов ТЧ, протоколов аналоговой и цифровой сигнализации. В описанной выше классификации эти технологии находятся на этапе III. На этапе IV находится развитие технологии измерений на аналоговых системах передачи с частотным разделением, эта технология представляется старой и постепенно уходит с рынка и в настоящей книге отражена не будет. Новые измерительные технологии, такие как технология измерений на сетях Ethernet и PON находятся на этапе становления (этап II). Новейшие технологии, к которым можно отнести технологию измерений на сетях 100GE, находится в стадии выхода на рынок (этап I), что характеризуется низким уровнем знаний о технологии измерений, малым опытом и отсутствием достаточно широкого рынка измерительных приборов.

В то же время развитие измерительных технологий имеет свои особенности, которые представлены на рис.1.11. Технология измерений обычно тесно связана с соответствующей технологией телекоммуникаций и «сопровождает» ее в своем развитии. Однако имеется важная особенность этого процесса — развитие измерительной технологии происходит в виде двух «волн». Это связано с тем, что измерительная технология присутствует на рынке в виде двух составных частей: системное и эксплуатационное оборудование, что соответствует разделению задач разработки по поддержки телекоммуникационного оборудования. На этапе разработки и лабораторного тестирования новых телекоммуникационных устройств уже необходима измерительная техника, учитывающая особенности новой технологии телекоммуникаций. Оборудование для лабораторного, опытного и производственного тестирования относится к системному измерительному оборудованию. Таким образом, можно сделать следующий вывод — развитие измерительной технологии в плане системного оборудования опережает развитие самой новой технологии телекоммуникаций. В то же время, эксплуатационное оборудование, связанное с эксплуатационными измерениями для решения задач настройки и обслуживания сетей, должно учитывать опыт эксплуатации новой телекоммуникационной технологии (знания этапа II), поэтому развитие измерительной технологии в плане эксплуатационного измерительного оборудования несколько отстает от развития новой технологии телекоммуникаций. Обычно это отставание незначительно и связано с необходимостью анализа проблем эксплуатации с целью выбора «разумно-достаточной» спецификации измерений.

Можно утверждать, что системное оборудование является реализацией представлений о технологии в ее максимально-полном теоретическом описании. Эксплуатационное оборудование — это реализация практического опыта внедрения и эксплуатации оборудования в полевых условиях.

Различие задач применения двух типов измерительного оборудования определяет различие приоритетов при разработке измерительных средств (табл.1.2.1)

Таблица 1.2.1. Различие приоритетов требований к разным классам измерительных приборов

Как видно из приведенной таблицы, приоритеты в разработке и применении разных классов измерительного оборудования отличаются. Для лабораторного оборудования первым приоритетом является функциональность. Она должна быть максимальная, поскольку от этого зависит успешность разработки в лаборатории нового оборудования и технологии. Для автоматизированной работы требуется интегрируемость и интерфейсы удаленного управления. Стоимость для лабораторного оборудования не является значимой величиной, она заведомо высокая. Портативность для этого класса оборудования не требуется.

Наоборот, эксплуатационное оборудование должно быть дешевым, портативным и удобным. Функциональность тестов для этого класса оборудования не столь важна, поскольку изначально данное оборудование ориентировано на частичные измерения параметров, в идеале — наиболее значимых для эксплуатации в полевых условиях показателей.

Одна из самых частых ошибок при выборе измерительных приборов — это стремление максимальной функциональности в эксплуатационном оборудовании. В таком случае неизбежна инженерная ошибка, когда вместо эксплуатационного оборудования применяется системное.

Наличие двух «волн» связано с явлением, когда для эксплуатации опытных зон внедрения новых технологий (этапы I и II) используется системное оборудование, эта практика является довольно распространенной.

Рис.1.11. Динамика развития измерительной технологии

И действительно, в течение определенного времени для эксплуатации новой технологии связи операторы вынуждены использовать системное или близкое к системному оборудованию.

Пример 1.2.5. Измерительные приборы для SDH

В качестве примера можно указать ситуацию с измерительным оборудованием для анализа параметров SDH [2]. Используемые в середине-конце 90х полнофункциональные анализаторы систем передачи стоимостью 50—120 тыс. $ и весом 15—17 кг. вряд ли подходили на роль эксплуатационного измерительного оборудования. В 1999 г. на мировой рынок вышел первый портативный анализатор SDH VICTORIA весом в 2 кг и стоимостью в 15—20 тыс.$.

Как часть всего технологического пояса телекоммуникаций, измерительные технологии проявляют особенности той же динамики развития технологии, что и описанные выше. В период традиционного, ламинарного развития систем связи, измерительные технологии, с учетом особенностей «двух-волновой» динамики, развивались в соответствии с этапностью и закономерностями, представленными на рис.1.5 — 1.6. Точно также объем метрологических знаний, стоимость решений, надежность техники соответствовали динамике рис.1.5.

Последняя НТР, связанная с сетями нового поколения (NGN) и пакетными сетями, привнесла в измерительные технологии сложную динамику, демократизм и релятивизм как следствие самой динамики развития технологии. Фактически в условиях турбулентного развития пакетных технологий релятивизм измерительных технологий существенно способствовал системному кризису отраслевой метрологии. Самые разные методики, подходы и принципы организации измерений оказались равноправными и взаимно существующими в едином технологическом поле. Особенность эксплуатационной измерительной техники как реализации практического опыта эксплуатации расширили этот релятивизм: ведь эксплуатационный опыт может быть самым широким, и отсюда неизбежно появление различных подходов в эксплуатационным измерениям. Эта особенность, наложенная на общий релятивизм современных технологий, создала ситуацию, близкую к хаосу — и грянул кризис всей системы метрологии. Этот факт показывает всю значимость технологического слоя отраслевой метрологии. В данном случае именно он стал главным источником научного кризиса.

1.2.7. Значение технологического слоя современной метрологии

Подведем итоги рассмотрению технологического слоя отраслевой метрологии:

Значимость технологического слоя отраслевой метрологии несомненна, поскольку технологический слой привносит в метрологию динамику. Вне анализа динамики и фактора времени невозможно построение отраслевой метрологии как современной технической дисциплины

Анализ динамики развития технологии показывает неравномерность развития технического прогресса в целом, а также присутствие серьезных нелинейных процессов, бифуркаций, преломлений динамики по мере развития НТР

Сам факт научно-технической революции, и в особенности, последней НТР, связанной с пакетными сетями и NGN, означает серьезные изменения в динамике развития технологии

Следствием рассмотренной сложной динамики является демократизм и релятивизм, что в случае с измерительными технологиями превращается в методический хаос, когда самые разные подходы должны присутствовать на рынке как совершенно равноправные.

Вместе с тем существует интегральный тренд в развитии измерительных технологий: по мере хода научно-технического прогресса роль измерительных средств существенно усиливается.

Технологический слой отраслевой метрологии может рассматриваться как несомненно значимый, что продиктовано технологическим характером современной НТР и скоростью изменений в динамики поведения технологий.

Таким образом, та часть отраслевой метрологии, которая фактически отсутствовала в метрологии советского и раннеперестроечного периода, имеет в современной ситуации стратегическую и основополагающую ценность. Для выхода из современного кризиса отраслевой метрологии необходимо учитывать все особенности измерительных технологии и положить технологию в качестве основы для современной метрологии.

При импорте мы не смогли распознать 1 неведомых объектов (скорее всего изображений). Пожалуйста, проверьте Вашу книгу, все ли изображения (или другие объекты) на месте. В противном случае попробуйте сохранить объекты как изображения и затем вставить их с помощью инструмента «Вставить изображение» в верхней панели инструментов

1.3. Общие вопросы реформирования отраслевой метрологии. 1.3.1. Возможные стратегии реформирования отраслевой метрологии

В разделе 1.1 была рассмотрена концентрическая модель построения отраслевой метрологии систем связи. Эта модель предусматривает разделение всей системы на уровни научного ядра, технологического слоя, законодательной метрологии и социальной системы. Было показано, что диспропорция в отраслевой метрологии, связанная с неразвитостью технологического слоя в советский период, привела отраслевую метрологию к глубокому кризису. Системный кризис был во многом обусловлен НТР в отрасли телекоммуникаций, так называемой «третьей революцией», отличительной чертой которой является ориентация на пакетные технологии передачи. Обстановка быстрого технологического изменения вошла в противоречие со статической структурой отраслевой метрологии — и это определило кризис. Преодоление кризиса требует реформирования отраслевой метрологии, это диктуется современными задачами научно-технического развития отрасли в целом.

В разделе 1.2 были показаны основные законы динамики развития технологий в целом и особенности измерительных технологий. Накладывая рассмотренную специфику на современное состояние отраслевой метрологии, можно сформировать ключевой вопрос реформирования отраслевой метрологии:

Достаточно ли разработки технологического слоя для ключевого реформирования отраслевой метрологии и адаптации ее к специфике пакетных сетей или нужен коренной пересмотр всей научной системы?

Действительно, реформирование отраслевой метрологии может идти по двум стратегическим сценариям:

С учетом проблем отраслевой метрологии советского периода (неразвитость технологического слоя) можно реформировать метрологию, просто дополнив ее технологическим слоем. В таком случае в отраслевую метрологию будет привнесена динамика, требуемая в современных условиях бурного развития НТР. Научное ядро в таком случае не будет видоизменяться, а изменения затронут только уровни законодательной метрологии и социальной системы исполнителей. Такое реформирование отраслевой метрологии можно назвать эволюционным.

Может оказаться, что традиционный метрологический аппарат отраслевой метрологии (научное ядро) не соответствует специфике и задачам этой науки на современном этапе, что потребует коренным образом пересмотреть всю научно-техническую систему. В таком случае речь идет о революционном реформировании, смене парадигмы и создании совершенно новой научной дисциплины.

Выбор между двумя указанными стратегиями определяется самой структурой научного знания отраслевой метрологии и возможности (или невозможности) адаптировать традиционную метрологию к новым задачам.

В работе [10] философ от науки Томас Кун определил принципы изменения научного знания как скачок, связанный с изменением мировоззренческой основы научной системы — парадигмы. Этот скачок был назван им научно-технической революцией (НТР) и с тех пор в таком виде вошел в саму практику научного мировоззрения. Используя понятие парадигмы, можно переформулировать ключевой вопрос о реформировании отраслевой метрологии в более простой форме:

Есть ли необходимость изменения парадигмы отраслевой метрологии?

Вопрос этот является нетривиальным, не простым и требует отдельного исследования. С одной стороны, в обстановке научно-технической революции, охватившей современную отрасль телекоммуникаций, можно ожидать изменение парадигмы любого научного знания, связанного с телекоммуникациями. Действительно, в последнее десятилетие развитие информационных технологий и систем связи постоянно требовало изменения парадигмы. Это случалось в области передачи информации, предоставления услуг, коммутации, медийного обмена и пр. С другой стороны, НТР в современной отрасли связи имеет ярко выраженную технологическую природу, т.е. охватывает слой технологического развития. В таком случае возможно нет необходимости отказываться от научного ядра современной отраслевой метрологии, достаточно пересмотреть только технологический слой и все вышестоящие, чтобы обеспечить эволюционное развитие отраслевой метрологии.

Правильный выбор стратегии реформирования имеет ключевое значение для всей науки и практики, поэтому исследование вопроса о смене парадигмы отраслевой метрологии имеет несомненное значение. Именно ему будет посвящена настоящая глава.

1.3.2. НТР и сдвиг парадигмы. Принципы исследования

Изменение парадигмы в ходе НТР происходит скачкообразно, но имеет ряд предпосылок, которые могут быть использованы для решения обозначенного выше ключевого вопроса развития метрологии.

Предпосылками сдвига парадигмы и НТР самого радикального типа могут служить следующие факторы:

Появление явлений, объектов или процессов, которые не вписываются в традиционную систему ценностей. Эти сущности называются артефактами. В большинстве случаев это явления, которые не могут быть описаны традиционной научно-технической системой без ее радикального, на уровне парадигмы, реформирования. Артефакты не вписываются в само мировоззрение традиционной научной системы. Они опровергают традиционную парадигму самим своим существованием.

Роль артефактов в общей системе научного знания постоянно увеличивается. Сами артефакты не могут привести к изменению парадигмы, если их значимость невелика. Любая научная теория имеет на границе своего описания артефакты, которые не вписываются в научную систему мировоззрения. Как показано в [10], научное сообщество дистанцируется от таких явлений и старается их не замечать. Но если значимость артефактов нарастает — это основание для предположения о будущей НТР и сдвиге парадигмы.

Появляются научные методы исследования, не имеющие опоры в научном ядре традиционной парадигмы. Это могут быть новые инструменты, методы, принципы измерений (что особенно важно в метрологии — науке об измерениях). Традиционная парадигма не позволяет однозначно оценивать новый методический аппарат и интерпретировать полученные экспериментальные данные. Это также свидетельствует о появлении и развитии нового научного знания.

Все перечисленные предпосылки могу служить доказательством тенденции к развитию научной системы в сторону НТР. Ниже мы постараемся проанализировать ситуацию в современной отрасли, чтобы определить присутствие процессов, приводящих к возможному сдвигу парадигмы. Для этого целесообразно изучить артефакты современной отраслевой метрологии.

1.3.3. Анализ протоколов взаимодействия как первый уровень артефактов

В качестве первого уровня артефактов, появившихся в отраслевой метрологии, можно рассматривать анализаторы протоколов сигнального обмена. Характерно, что эти артефакты появились в отраслевой метрологии в начале 90х, т.е. задолго до НТР, связанной с пакетными системами связи.

Суть нового явления связана с информационным обменом в цифровых системах связи. Развитие цифровых систем передачи и коммутации привело к появлению цифровых протоколов информационного обмена. Очень часто неисправности в цифровых системах связи стали возникать не из-за нарушений в показателях физического уровня или изменений в структуре сигналов, а в результате нарушений в информационном обмене между двумя устройствами элементарного интеллекта. Соответствующие процедуры проверки правильности информационного обмена получили название анализа протокола. В работах [3, 4, 5] автор последовательно развивал теорию анализа протоколов и основные принципы анализа протоколов. Сложности информационного обмена между цифровыми устройствами связи были посвящены многочисленные и замечательные исследования Б.С.Гольдштейна [18—21], которые также способствовали развитию технологий современного анализа протоколов.

В то же время традиционная метрология рассматривала анализ протоколов как сугубо индикаторную процедуру (см. [3]), не связанную с метрологией. Скованная проблематикой контроля сигналов и научным ядром, ориентированным на теорию погрешностей и статистическую математику, метрология не могла включить протокол-анализ в сферу своей теории. В то же время значимость анализа протоколов постоянно нарастала. Этому способствовало два фактора: рост уровня интеллекта отдельный устройств цифровых систем связи и сложность поведения самих систем связи, тесно связанная с новыми концепциями коммутации и предоставления услуг.

Появление системы сигнализации ОКС7, развитие технологии широкополосного B-ISDN (ATM), интеллектуальных сетей (IN), затем — уже в период перехода к пакетным сетям — технологий SoftSwitch и IMS (см. [6]) каждый раз повышали значимость вопросов информационного обмена в цифровых системах связи. Сложность информационного обмена постоянной повышала процент неисправностей в системах связи, непосредственно связанный с нарушением логики протокол-обмена.

Пример 1.3. Метод экспертного анализа в сетях АТМ.

Специфика АТМ состояла в том, что в процессе анализа протоколов необходимо анализировать большой объем данных. Перед оператором, который собирался провести анализ протоколов в сети АТМ, лежала трасса протокола из нескольких сотен тысяч сообщений, из которых он должен был найти логическое противоречие или неисправность. Сделать это без элементов экспертного анализа практически невозможно.

Впервые элементы экспертного анализа как подход к анализу протоколов стали актуальны при организации измерений в сетях ISDN по PRI (см. [4]), однако в полной мере эффективность применения этого метода была продемонстрирована на этапе организации эксплуатационных измерений сетей ОКС7. Проблема анализа протоколов в сети ОКС 7 аналогична с сетью АТМ: необходимо найти один информационный элемент в составе сообщения на несколько тысяч сообщений.

Под экспертным анализом понимается последовательность действий оператора, направленная на уменьшения размеров трассы протокола путем отбрасывания лишней информации. За счет этого достигается высокая эффективность поиска неисправностей в структуре протокола. Экспертный анализ трассы обычно основан на гибком использовании фильтрации и статистики по сообщениям протокола и основным информационным элементам.

В рамках исследовательской программы работы [23] был разработан 9-шаговвый алгоритм разделения сигнального трафика и трафика инкапсулированных протоколов. Как было показано в [23], весь сигнальный трафик в сети АТМ можно условно разделить на сигнализацию в сети АТМ и сигнализацию, связанную с инкапсулированной информацией, передаваемой в сети АТМ. Существенно, что две части сигнализации нужны для решения разных вопросов: для анализа логических противоречий в сети АТМ необходим анализа сигнализации АТМ, а для анализа работы приложений более важен анализ инкапсулированных протоколов. Схема разработанного алгоритма представлена на рис.1.3.1.

По оценке из [23] применение алгоритма рис.1.3.1 позволяет уменьшить объемы анализируемой информации в ходе поиска логических противоречий на 3 — 4 порядка от объема исходно собранных данных.

Рис.1.3.1. Алгоритм разделения сигнальной информации и информации инкапсулированных протоколов.

Для поиска и устранения логических неисправностей в информационном обмене появился целый сегмент измерительных приборов — анализаторы протоколов межстанционной сигнализации. Этот сегмент измерительных приборов начал бурно развиваться, эволюционирую от простых анализаторов сигналов к комплексным измерительным системам. И все это проходило мимо традиционной метрологии.

Отношение традиционной науки к сегменту измерительных технологий, связанных с анализом протоколов, можно было изложить в виде нескольких тезисов:

Все процедуры, связанные с анализом протоколов, какими бы сложными они не были, могут быть сведены к индикаторному анализу в стиле одно битового результата («работает/не работает»), поэтому все анализаторы протоколов относятся к приборам индикаторного типа

Как приборы индикаторного типа анализаторы протоколов не могли быть включсены в реестр средств измерений, подлежащий сертификации и поверке

Оказалось невозможным связать методики анализа протоколов, такие как сбор и обработку статистической информации, методы вложенных фильтров и пр., с теорией метрологии специализированных сигналов. Понятия погрешности, точности, повторяемости результатов и пр. оказались неприменимыми к анализу протоколов

Алгоритмическая определенность, которая позволила формировать методики протокол-анализа любой степени сложности, оказалась недостаточной для включения анализа протоколов в отраслевую метрологию.

В целом можно констатировать, что с появлением анализа протоколов в традиционной отраслевой метрологии появилась область артефактов, и значение этой области начало постепенно возрастать.

1.3.4. Развитие анализа протоколов. Измерение показателей трафика

Развитие области артефактов протокол-анализа привело к появлению целого класса измерительных технологий, связанных не только с поиском и устранением логических неисправностей в информационном обмене, но также с показателями обслуживания голосового трафика. Через систему сигнализации ISDN и, в особенности, ОКС7 оказалось возможным контролировать статистику процессов обслуживания вызовов, в первую очередь, транзитного трафика.

Каждый вызов в системе был связан с передачей и приемом сигнальных сообщений, ассоциированных с голосовым вызовом. В зависимости от результата вызова, все звонки могли разделяться на три класса по показателям результата (см. [4]):

Нормальный класс вызовов, состоящий из 3 групп: соединения с разговором, отбой по занятости абонента и отбой по таймеру (никто не подошел к телефону, соединение завершено по таймеру).

Нормальный неспецифицированный класс — группа сигнальных сообщений, приходящих от сегментов нецифровых сетей, где нет возможности сквозной передачи причин разрушения соединения. В таком случае передаваемый акустический сигнал отбоя (короткие гудки) преобразуется в цифровой сигнал «Нормальное разрушение соединения. Неспецифицировано.».

Ненормальный класс вызовов — все нарушения сигнального обмена, указывающие на различные сбои в телекоммуникационных сетях.

Оказалось возможным устанавливать самые различные показатели качества обслуживания трафика на основании данных анализа протоколов, например:

NER (Network Efficiency Ratio) — доля нормальных вызовов в общем количестве вызовов, отражает уровень беспроблемности обслуживания транзитного трафика

ASR (Answer Ratio) — доля вызовов, окончившихся разговором, отражает уровень эффективности работы сети (действительно, доходная часть оператора зависит от этого параметра) и т. д.

Все указанные показатели стали основой для регулирования взаимоотношений операторов по обслуживанию голосового трафика. Появилось понятие соглашения о качестве обслуживания (SLA) — очень важное понятие для нашего будущего исследования. Международный союз электросвязи (ITU-T) сформировал рекомендацию E.422, которая определила показатели нормирования и регулирования межоператорских взаимодействий при обслуживании голосового трафика.

Пример 1.3.2. Показатели качества по ITU-T E.422

В качестве примера отчета по ITU-T E.422 ниже приводится отчет системы мониторинга Spider компании 7Test — одного из самых замечательных инструментов для современного анализа протоколов. Наглядно видны самые разные классы вызовов, разделенные по показателю информационного элемента CV — Cause Value — причины разрушения соединения. Из приведенного отчета видно, что доля вызовов, потерянных из-за перегрузок на сети (п.3.3, измеренный процент 5,67%), связанно с CV=42, и таких вызовов было обнаружено N=8 на 989 успешных вызовов.

В основе всех измеренных в указанном отчете показателей лежит анализ протоколов.

Рис.1.3.2. Пример отчета по показателям межоператорского взаимодействия по ITU-T E.422, полученного в системе 7Test Spider

Таким образом, область артефактов не только увеличила свою значимость в количественном отношении (доля рынка измерительных приборов, доля времени измерений в области анализа протоколов и пр.), но и дала новые показатели качества, которые стали использоваться для регулирования взаимоотношений между операторами.

Но все перечисленные изменения не затронули отраслевую метрологию, которая по-прежнему дистанцировалась от вновь появляющихся вопросов и явлений.

1.3.5. Качественные изменения, связанные с пакетными сетями Ethernet и концепцией NGN

Все указанные выше артефакты, даже с учета их высокой значимости, можно было бы рассматривать всего лишь как периферийную область отраслевой метрологии. Традиционные области, связанные с измерениями сигналов и сред их распространения, такие как измерения электрических и оптических кабелей, радиочастотные измерения, контроль показателей ошибок в цифровых каналах связи и т. д. формировали область высокой значимости отраслевой метрологии, превосходящую все вышеуказанные явления.

Ситуация радикальным образом изменилась после принятия концепции NGN и пакетных сетей связи. Один из компонентов концепции NGN (см. [6]) как доктрины развития инфокоммуникаций, является применение унифицированного транспортного протокола Ethernet для любого обмена информацией в системе связи. Эта доктрина в корне изменила приоритеты в современной метрологии.

Раньше пакетные технологии (ISDN, X.25, Frame Relay, B-ISDN, Ethernet, ОКС7 и пр.) относились к области обмена сигнальной информацией и, как было показано выше, отторгались традиционной метрологией. Теперь сам транспортный обмен информацией планируется строить на пакетной передаче. В таком случае область артефактов современной отраслевой метрологии становится главной, а традиционные области выносятся на периферию.

Первоначально отраслевая метрология вывела технологию Ethernet в область артефактов, поскольку именно там находились все технологии, связанные с передачей и приемом сигнальной информации (а в любом кадре Ethernet присутствует сигнальная информация). Но постепенно новая доктрина сетей связи NGN стала доминирующей во всех системах связи.

В таком случае возник ключевой вопрос реформирования отраслевой метрологии в сугубо прикладной постановке: удастся ли включить технологию Ethernet в орбиту традиционной науки путем реформирования науки или это невозможно без коренного пересмотра всего научного аппарата?

Ниже рассмотрим, какую специфику несет технология Ethernet для измерительных процедур.

При импорте мы не смогли распознать 3 неведомых объектов (скорее всего изображений). Пожалуйста, проверьте Вашу книгу, все ли изображения (или другие объекты) на месте. В противном случае попробуйте сохранить объекты как изображения и затем вставить их с помощью инструмента «Вставить изображение» в верхней панели инструментов
Кажется, в вашей книге есть формулы. Мы вставили их в макет, но наши заботливые роботы иногда ошибаются при этой операции. Пожалуйста, проверьте, как ваши формулы выглядят в готовом макете. Если вы заметили в формулах ошибки, попробуйте создать новую книгу в Ridero и загрузить Вашу книгу через Google Docs.

1.4. Первая методология измерений пакетных сетей IETF RFC-2544

1.4.1. Значение RFC-2544

Исследование пакетных сетей Ethernet как области применения отраслевой метрологии лучше всего начать с изучения метрологических процедур паспортизации каналов. Как будет показано ниже, даже самый первый взгляд на принципы измерений в пакетных сетях выявляется особенности, крайне важные для исследования этой книги.

Первым опытом построения методологии тестирования пакетных сетей явилась рекомендация IETF RFC-2544 «Методология Эталонного тестирования для устройств, входящих в состав сети» [13]. Существенным фактом является то, что данная методология датируется мартом 1999 г., т.е. выпущена задолго до того момента, когда технология Ethernet достигла своего распространения. Более того, эта рекомендация изначально была написана в конце 80х применительно к технологии пакетной передачи Х.25/Frame Relay. Как следует из названия, методика RFC-2544 была изначально ориентирована на описание тестов, которые могут быть интересны производителям сетевого оборудования пакетной передачи. Но уже с самых первых шагов технологии Ethenet и ее предшественницы — Frame Relay (см. [4]) — данная методология начала использоваться для паспортизации каналов пакетной передачи, схематично представленных на рис.1.4.1.

Для телекоммуникаций в целом понятие канала передачи является ключевым. В самом широком смысле канал — это направление обмена данными между двумя точками. Поскольку основной смысл телекоммуникаций — это информационный обмен между людьми и системами, то канал информационного обмена имеет универсальный смысл. В зависимости от используемых технологий каналы информационного обмена могут быть разными: частотный канал, телефонный канал, радиоканал, коммутируемый канал, канал в системах с частотным и временным разделением и т. д. Но вне зависимости от технологии канал информационного обмена всегда присутствует в системе телекоммуникаций. От качества канала зависит качество информационного обмена и вообще качественные показатели системы связи. Поэтому метрология каналов информационного обмена является краеугольным камнем отраслевой метрологии. Следует отметить особенность канала информационного обмена в пакетных сетях. В отличие от систем с коммутацией каналов, где канал присутствует явно, в системах с коммутацией пакетов каждый пакет коммутируется и передается по сети независимо (сети Ethernet, IP), либо по виртуальному каналу (Frame Relay, ATM, MPLS, VPN). В таком случае само понятие канала выступает неявно — как определенное направление информационного обмена с заданными показателями качества. На рис.1.4.1 в качестве модели такого канала выступает «труба», по которой передается статистически распределенный трафик.

1.4.2. Методология RFC-2544

RFC-2544 обсуждает и определяет множество тестов, которые могут использоваться для определения производительности сетевых устройств или сегментов сетей Ethernet/IP. Все измерения по рек. RFC-2544 относятся к уровню транспортной сети и опираются на понятие тестового канала. Тестовым каналом называется маршрут передачи пакетов от пункта передачи до пункта приема. В общем случае пакеты могут передаваться по сети по разным маршрутам, но обязательно должны собираться в пункте приема.

Для производителей оборудования Internet и Ethernet, стандарт RFC 2544 стал естественной методологией испытаний оборудования. В отличие от традиционных базовых услуг TDM и ATM, технология Ethernet не имеет строгих требований по качеству для каждого класса обслуживания. Необходимые условия тестирования для MAN традиционно ориентировались на параметры пропускной способности, задержки и уровня потери пакетов, а не на битовые ошибки и «девяток» надежности. Причина здесь в том, что традиционные для цифровых систем связи измерения параметра ошибок (BER) теряет смысл, если передаваемый трафик является пакетным. Коль скоро трафик передается в виде пакетов Ethernet или IP, в составе каждого пакета присутствует контрольная сумма. При идентификации ошибки пакет уничтожается, так что на стороне приемника поступает не загруженная тестовая последовательность, а лишь ее отдельные фрагменты (блоки). С точки зрения пакетной технологии одна или несколько битовых ошибок приводят к одному и тому же результату — пакет уничтожается на стороне приема. Следовательно, естественная методика должна опираться не на количество битовых ошибок в нагрузке, а на количество пакетов, принятых с ошибками или количество потерянных пакетов. В этом коренное отличие пакетного трафика от трафика TDM с точки зрения нормирования и измерения показателей качества.

RFC 2544 имеет высокую ценность для тестирования качества обслуживания в традиционных сетях, ее значение сопоставимо со значением методик ITU-T G.821/G.826/M.2100 для цифровых систем передачи. Поэтому эту методику целесообразно рассмотреть максимально подробно.

Рис.1.4.1. Модель простейшего канала пакетной передачи по RFC-2544

Для этого рассмотрим методологию RFC-2544 с ориентацией на простой канал пакетной передачи рис.1.4.1. Нас будет интересовать только параметры качества канального уровня, измеряемые по схеме «точка-точка» от пункта передачи трафика до пункта приема.

Как и всякая методология тестирования RFC-2544 описывает следующие метрологические параметры:

Различные схемы организации измерений

Используемые тестовые сигналы (в случае RFC-2544 — тестовые пакеты)

Измеряемые показатели качества

Алгоритм измерения показателей качества

Ниже все четыре указанных группы показателей методологии RFC-2544 будут рассмотрены детально.

Методика RFC 2544 включает в себя измерения, выполняемые в режиме имитации, т.е. с генерацией тестовой нагрузки и ее приемом. Всего в методике устанавливается семь групп параметров качества тестового потока:

Пропускная способность (Throughput — Th),

Задержка передачи данных (Latency — Lat) и ее производные параметры: девиация задержки (Latency Deviation — LD) и изменение задержки со временем (Latency over Time — LoT)

Количество ошибок в потоке (Frame Errors — FE)

Количество потерянных пакетов (Frame Loss) — FL

Параметры качества передачи/приема берстного трафика (Back-to-back frames)

Время восстановления канала при возникновении неисправности (System Recovery)

Время восстановления исходного состояния системы (Reset)

Измерения перечисленных параметров, управляемые автоматически при различных размерах пакета, обеспечивают паспортизацию качества устройства или сегмента сети. Измерения могут занять от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от производительности сети и измеряемых параметров (продолжительность каждого теста, размеров пакета, анализа результатов, и т.д.).

Так как RFC 2544 является методикой активного тестирования, связанного с трафиковой генерацией, измерения не могут быть произведены в режиме пассивного мониторинга сети. Причину необходимости трафиковой имитации легко прояснить, поскольку сами параметры качества требуют использования тестовых пакетов. Для проведения измерений параметров задержки в составе пакета должна содержаться метка времени генерации пакета. Только в этом случае можно измерить абсолютное время задержки его передачи. Для контроля количества потерянных пакетов и пакетов с ошибками необходимо знать общее количество переданных пакетов, значит, в составе пакета должна идти нумерация. Чтобы поле временной метки и поле нумерации содержалось в пакете, это должен быть специализированный тестовый пакет. Следовательно, измерение перечисленных выше параметров качества принципиально невозможно на реальном трафике, а только на тестовом трафике, откуда и вытекает необходимость трафиковой имитации.

Схемы организации измерений

Методика измерений RFC-2544 предполагает несколько методов подключения приборов:

Использование одного прибора

Использование двух приборов

Ниже мы рассмотрим несколько типовых методов организации измерений, стандартизированных методикой RFC-2544.

Один измерительный прибор и одно испытуемое устройство

Схема на рис.1.4.2 типична для тестирования сетевого устройства в процессе его сертификации, выходного и входного контроля, а также при пуско-наладочных испытаниях. В схеме организации измерений используется один измерительный прибор, который одновременно является передатчиком и приемником тестового потока данных. Прибор посылает тестовый трафик на один порт устройства и затем анализирует параметры качества на другом порте устройства.

Рис.1.4.2. Схема организации измерений с одним прибором и одним тестовым устройством

Один измерительный прибор и последовательность испытуемых устройств

Схема использования одного измерительного прибора может быть обобщена на случай использования нескольких устройств или целого сегмента сети (рис.1.4.3). В этом случае прибор измеряет параметры качества в канале, прошедшем через несколько устройств в сети. Примером использования такой схемы можно считать проведение измерений по рек. RFC-2544 по шлейфу. В этом случае в сети формируется логический шлейф, который позволяет сделать петлю от порта передатчика прибора к порту приемника. Получившийся составной маршрут к полной мере может иллюстрироваться рис.1.4.3. Обычно такая методика используется в лабораторных исследованиях, где нет территориальной разнесенности портов передатчика и приемника.

Рис.1.4.3. Схема организации измерений с одним прибором и несколькими тестовыми устройствами

Два измерительных прибора и сегмент сети

Формирование локального шлейфа в сети Ethernet представляет собой довольно сложную процедуру, требующую изменения установок по МАС-адресации и IP-адрессации потока по всем узлам, через которые проходит тестовый маршрут (ниже мы еще вернемся к особенностям формирования шлейфов в пакетной сети). В большой сети, где требуются регулярные измерения паспортизации разных виртуальных коридоров, формировать для каждого такого измерения логический шлейф представляется очень трудоемким. По этой причине в методике рек. RFC-2544 было предложено несколько схем, использующих принципы организации измерений по схеме «точка-точка». Использование таких схем уменьшает объем необходимых подготовительных работ при проведении измерений и соответствует специфике эксплуатационного тестирования.

Наиболее простая схема организации измерений представлена на рис.1.4.4. Согласно ей используется два прибора: один выступает генератором тестового потока пакетов, другой — анализатором параметров качества. Такая методика накладывает ограничения на перечень измеряемых параметров качества. Например, для измерения параметра Lat передатчик и приемник тестового потока должны иметь синхронизацию по абсолютному времени не хуже 1 мкс, что в реальной практике не всегда достижимо. Поэтому при выполнении измерений в соответствии с рис.1.4.4 абсолютные параметры задержки Lat не измеряются, а измеряются только относительные параметры LD и LoT.

Рис.1.4.4. Методика организации измерений по схеме «точка-точка»

Методика организации измерений по удаленному шлейфу

Ограничения на перечень измеряемых параметров, которые имеют место при выполнении тестов в режиме «точка-точка», представляют собой неприятное последствие схемы рис.1.4.4. Параметр абсолютной задержки Lat является принципиальными для многих интерактивных услуг, и невозможность его измерения объективно ограничивает применение методики. Чтобы найти компромисс между схемой рис.1.4.4 и решением вопроса о временной синхронизации была разработана схема организации измерений с удаленным шлейфом (рис.1.4.5). Согласно этой схеме на удаленном конце приемника тестового потока устанавливается устройство, которое осуществляет логическое шлейфообразование, преобразуя поля адресации пакетов. Затем поток тестовых пакетов передается в обратном направлении на порт приемника основного анализатора. В результате измеряется полная спецификация параметров качества рек. RFC-2544. Использование одного прибора в качестве генератора и анализатора тестового потока устраняет требование временной синхронизации, так что параметр Lat может измеряться точно. Формирование шлейфа на удаленном конце за счет использования специального устройства решает вопрос об изменении установок к сети. Действительно, при формировании виртуального коридора в сети Ethernet он обычно существует в виде дуплексного канала, так что нет необходимости прописывать по сети обратный маршрут. Единственное изменение в конфигурации касается устройства удаленного шлейфа, но оно не является частью сети и обычно конфигурируется дистанционно. Следовательно, выполнение измерений не требует изменения установок сетевых элементов и в то же время решает вопрос с измерением Lat. Единственным недостатком методики рис.1.4.5 является то, что параметры качества измеряются одновременно в прямом и обратном направлении. В случае, если в прямом и обратном направлении параметры качества не совпадают, т.е. существует анизотропия в параметрах, разделить полученный результат между прямым и обратным направлением не представляется возможным. Пожалуй, это единственный серьезный методический недостаток предлагаемой схемы. На практике его компенсируют, объединяя схемы рис.1.4.4 и 1.4.5. Как будет показано ниже ряд приборов для паспортизации потоков Ethernet имеют функции формирования локального шлейфа. Тогда такое устройство можно использовать и по схеме рис.1.4.4, и по схеме рис.1.4.5. Использование схемы рис.1.4.5 позволяет точно измерить параметр Lat и совокупные параметры качества двойного канала, а схема рис.1.4.4 позволяет учесть вклад прямого и обратного канала передачи пакетов.

Рис.1.4.5. Методика организации измерений с удаленным шлейфом

Используемые тестовые пакеты. Входные показатели методики

Во всех перечисленных методиках используется генерация специализированных пакетов, содержащих временные метки для измерения Lat, LD, LoT и нумерацию следования для измерения FE, FL. Поток таких пакетов можно рассматривать как тестовый канал. В общем случае тестовый поток «растекается» по сети Ethernet, чтобы потом собраться на стороне приемника. В случае тестирования отдельных виртуальных коридоров поток пакетов находится в определенной виртуальной «трубе», например в виртуальном канале VPN. Тестовый поток имеет ряд параметров:

Уровень загрузки виртуального коридора — GAP

Размер кадра — L

Приоритетность кадров — Pr

Установки VLAN

MAC-адресация

Параметры полей, связанные с верхними уровнями (HTTP, SMTP, IP и пр.)

Рассмотрим перечисленные параметры тестового потока с учетом специфики измерений в системах пакетной передачи

Уровень загрузки виртуального коридора GAP

Параметр GAP определяет уровень загрузки виртуального коридора. GAP представляет собой защитный интервал между пакетами. В данном контексте это параметр, определяющий уровень загрузки виртуального коридора тестовым трафиком. Например, для измерений можно загрузить весь виртуальный коридор (100%), но можно использовать и часть ресурса (10—15%). С параметром GAP уровень загрузки ресурса связан обратным соотношением: чем больше GAP, тем меньше загружен ресурс. По этой причине ниже мы будем использовать как абсолютные единицы GAP (мксек), так и относительные (%). С точки зрения методики эти выражения GAP равнозначны.

Размер кадра L

Размер кадра представляет собой важный параметр тестового потока. Размер кадра определяет соотношение между преамбулой (заголовком) тестового кадра и его содержимым. Кадры малого размера почти полностью состоят из заголовка, кадры большого размера — из полезной нагрузки. Тестовый поток, состоящий из кадров малого размера часто оказывается удобен для анализа работы системы коммутации пакетов. В случае большого трафика коротких кадров центральный процессор коммутатора должен обрабатывать большое количество сигнальной информации в заголовках, а полезная нагрузка при этом будет минимальна. Поскольку многие системы коммутации проектируются в расчете на средние длины кадров, тестирование с использованием трафика коротких кадров позволяет проверить производительность центрального процессора коммутатора. В практике существует и трафик коротких кадров (приложения VoIP, трафик SMS и пр.), и трафик длинных кадров (передача видеоинформации). Обычно разные типы трафика сосуществуют в одном сегменте сети и даже в одном виртуальном коридоре. В таком случае трафик называют смешанным.

Согласно классической методике RFC-2544 рекомендуется проводить измерения для нескольких значений размеров кадра L: 64, 128, 256, 512, 1024, 1280 и 1518 байтов. Каждое измерения проводится отдельно для каждого указанного размера кадра или параллельно с использованием методики смешанного трафика. Для систем, использующих пакеты расширенного размера (Jumbo frame) размера 4096 или 9000 байтов, измерения проводятся по дополнительным методикам, представляющим собой модификации методики RFC-2544.

Приоритетность кадров Pr

Приоритетность тестового потока Pr определяется параметрами приоритетов отдельных кадров. Обычно приоритетность связана с тремя классификационными иерархиями: ToS (Type of Services), DiffServ и VLAN. Тип иерархии устанавливается для всей схемы формирования трафика. Приоритетность внутри VLAN представляет собой отдельную схему установления приоритетов в том случае, если передаваемый тестовый трафик поддерживает VLAN. ToS и DiffServ являются альтернативными схемами установки приоритетов, принятыми в системах адресации IPv4 и IPv6. Все приоритеты отдельных кадров используются в системе коммутации. Трафик более высокого приоритета имеет преимущества в системе коммутации и обслуживается сетевыми элементами в первую очередь. Приоритетность трафика всегда связана с типом услуг, для которых трафик передается. Примерами трафика высокого приоритета являются трафик VoIP или передачи видеоинформации.

Установки VLAN

Установки параметров VLAN должны соответствовать требованиям, установленным в сети пакетной передачи. Обычно параметры VLAN устанавливаются в полях специального заголовка в кадрах IP. Если в системе связи принята система разделения трафика по VLAN, то тестовый трафик должен соответствовать требованиям, принятым в сети.

MAC-адресация

Любой поток кадров в системе Ethernet должен проходить от порта передатчика с определенным МАС-адресом к порту приемника с определенным МАС-адресом. Наличие адресации канального уровня является важной особенностью технологии Ethernet, соответственно, МАС-адреса передатчика и приемника являются важными параметрами любого тестового потока. В одном виртуальном коридоре могут существовать несколько тестовых потоков кадров, отличающихся параметрами МАС-адресов передатчиков и приемников (рис.1.4.6 сверху). В процессе проведения измерений параметры МАС-адресации приемника и передатчика могут быть как фиксированными, так и переменными. В качестве примера на рис.1.4.6 снизу показан пример переменного значения МАС-адреса приемника. В результате тестовый поток распространяется на стороне приемника «веером». Такой режим называется режимом сканирования по МАС-адресам приемника. Существует возможность установок аналогичного режима по МАС-адресам передатчика.

Рис 1.4.6. Некоторые варианты схем измерений виртуального коридора в случае различных установок параметров МАС-адресации

Параметры полей, связанные с верхними уровнями (HTTP, SMTP, IP и пр.)

Помимо параметров канального уровня (поля VLAN и МАС-адресация) тестовый поток может содержать необходимые поля верхних уровней, к которым относятся:

IP-адресация (адресация сетевого уровня)

Параметры специализированных полей транспортного уровня (например, параметры MPLS)

Параметры поддерживаемой сигнализации (HTTP, TCP, UDP, SMTP и пр.)

Для современных интеллектуальных систем пакетной передачи данные поля могут иметь значение, поскольку существуют факты переписывания приоритетов трафика или фактического применения приоритетов трафика. В таком случае интеллектуальное транзитное устройство может проанализировать наполнение пакетов передаваемого трафика и поменять приоритетность его обслуживания на основании правил обработки контента пакетов.

Измеряемые параметры канала

Выше мы рассмотрели принципы активного тестирования каналов Ethernet, схемы организации измерений и входные параметры тестового трафика. Рассмотрим теперь детально показатели качества, предлагаемые в рек. RFC-2544 и методы их измерения. Выше было указано, что в методике устанавливается семь групп параметров качества тестового потока:

Пропускная способность (Throughput — Th),

Задержка передачи данных (Latency — Lat) и ее производные параметры: девиация задержки (Latency Deviation — LD) и изменение задержки со временем (Latency over Time — LoT)

Количество ошибок в потоке (Frame Errors — FE)

Количество потерянных пакетов (Frame Loss) — FL

Параметры качества передачи/приема берстного трафика (Back-to-back frames)

Время восстановления канала при возникновении неисправности (System Recovery)

Время восстановления исходного состояния системы (Reset)

Ниже мы рассмотрим отдельно каждый из перечисленных параметров.

Пропускная способность (Throughput)

Тест производительности определяет максимальную пропускную способность, которую обеспечивает устройство или сегмент сети без потери кадров. Обычно тесты на пропускную способность измеряются в зависимости от параметров GAP и для разных значений L.

Испытание начинается обычно с 10%-ой загрузки канала, передачей определенного количества кадров определенной длины. Если был потерян хоть один кадр, испытание повторяется на более низкой скорости загрузки кадров, причем уменьшение скорости производится по принципу деления интервала пополам, что соответствует бинарному алгоритму поиска (5%, 2,5% и т.д.). Этот процесс продолжается, пока для данного значения GAP не будет определена максимальная полоса Th с заданным уровнем точности.

RFC-2544 определяет стандартный метод измерения Th, основанный на последовательном уменьшении производительности с шагом 10% до тех пор, пока не будут исключены ошибки кадров. Но в большинстве своем анализаторы использует бинарный алгоритм поиска для определения производительности и по линии вверх, т.е. при условии, что на 10% не было потерь пакетов, следующий шаг тестирования составляет 55% и т. д. по бинарному алгоритму в сторону повышения GAP. Такой алгоритм обеспечивает лучшую сходимость, следовательно меньшее время на одно измерение.

В результате проведения измерений для различных значений GAP и L получаются зависимости и. Пример второй зависимости для максимального GAP представлен на рис.1.4.7.

Рис. 1.4.7. Пример зависимости для GAP=100%

Время задержки (Lat — Latency)

Стандартный тест времени задержки сигнала выполняется при фиксированном уровне нагрузки канала GAP в течение нескольких минут в зависимости от внутренней методики, реализованной в приборе. В процессе теста измеряют время задержки отдельных кадров с временными метками и фиксируют минимальную задержку в течение одной минуты. Время задержки вычисляется как среднее из двадцати и более таких испытаний. Строгое соответствие стандарту требует 280 минут — более чем 4 часа — чтобы завершить тест для всех размеров кадра. Однако на практике используются различные варианты оптимизации теста задержки, так что общее время измерения значительно сокращается и составляет не более 15—30 мин.

Существует также возможность соединить методически измерения пропускной способности и задержки, если при тесте пропускной способности использовать тестовые пакеты с временными метками. Тогда во время теста пропускной способности измеряется и усредняется время задержки тестовых пакетов. Общее время задержки измеряется при максимальной пропускной способности (без потери кадров), которая была достигнута во время теста Th. Результаты теста времени задержки заносятся в таблицу, как функция от размера кадра и пропускной способности или (рис.5.41).

Рис.1.4.8. Пример таблицы отчетности по параметрам задержки при Th=100%

Уровень потери кадров (Frame Loss Rate)

Результатом измерения уровня потери кадров является зависимость количества потерянных кадров от загрузки канала GAP. Обычно измерение начинается со 100%-ой загрузки канала, посылкой установленного числа кадров и регистрации процента потерянных при этом кадров. Загрузка канала уменьшается на заданное количество, 10% или меньше, и испытание повторяется. Если два следующих друг за другом результата проходят без потерь, то тесты с более низкой загрузкой канала не производятся и им присваивается нулевое значение потерянных кадров. Этот тест повторяется для каждого размера кадра L. Таким образом, результатом измерений будет ряд зависимостей, представленных на рис.1.4.9 в виде графика.

Рис.1.4.9. Пример зависимостей

Тест берстности Back-to-back

Как уже упоминалось выше, берстный трафик представляет собой пример максимально неравномерного трафика. Берстный трафик формируется кадрами, которые передаются дословно «спина к спине» (Вack-to-back), так что начало нового кадра отстает от конца предыдущего на минимально допустимый технологией GAP. В результате трафик можно представить по схеме «максимальная интенсивность — пауза — максимальная интенсивность» (рис.1.4.10).

Берстный трафик представляет собой определенную структуру тестового трафика на входе. На выходе теста измеряются те же самые параметры пропускной способности канала и задержки. Основной целью теста Back-to-back является проверка способности оборудования/сегмента обрабатывать неравномерный трафик. Реальный трафик, конечно, находится где-то между равномерным и берстным. Поскольку обработка берстного трафика для оборудования/сегментов обычно сложнее, чем обработка равномерного трафика, параметр Throughput, измеренный в условиях теста Back-to-back часто трактуют как «максимальную пропускную способность» («maximum throughput») или способность обработки берстного трафика «burstability». И тем важнее оказывается проверка функциональности сетевых элементов в условиях работы с берстным трафиком.

Рис.1.4.10. Равномерный, реальный и берстный трафик

Установка параметров теста Back-to-back определяет количество кадров и повторений с большим или меньшим числом кадров N в берсте. В процессе измерения параметр N увеличивается до Nmax. Обычно тест повторяется для каждого размера кадра L. Результаты обычно выводятся в виде таблиц зависимости.

Системная скорость восстановления (System Recovery)

Системная скорость восстановления — это время, которое требуется устройству/сегменту для остановки потери кадров, когда скорость передачи кадров уменьшается от стрессового (более 100%) к нормальному состоянию. В процессе измерения устройство подвергается нагрузке в течение не менее одной минуты со слишком большим уровнем трафика, обычно 110% от максимальной пропускной способности, определенной в тесте Throughput, то есть заведомо ожидаемой потерей кадров. Потом, трафик уменьшается до 50% от максимальной пропускной способности. Время между падением скорости передачи кадров и последним потерянным кадром усредняется для нескольких тестов выполненных для каждого размера кадра L и называется System Recovery.

System Recovery — это скорость восстановление системы после возникновения в ней перегрузки. Данные этого теста могут оказаться очень полезными при дальнейшей эксплуатации оборудования, сегмента или всей сети в целом.

Также как и предыдущие тесты, измерение проводится для различных значений L. Результатом измерения является зависимость и могут быть оформлены в виде таблицы или графика.

Reset

Тест на сброс измеряет время, которое требуется устройству/сегменту, чтобы начать передачу кадров после аппаратного или программного сброса или прерывания подачи питания. В отличие от других тестов RFC 2544,тест проводится только для кадров минимальной длины L=64кбайт. Задержка между последним переданным кадром перед сбросом и первым кадром после сброса показывает время сброса. Испытание должно быть выполнено для каждого типа сброса.

При импорте мы не смогли распознать 11 неведомых объектов (скорее всего изображений). Пожалуйста, проверьте Вашу книгу, все ли изображения (или другие объекты) на месте. В противном случае попробуйте сохранить объекты как изображения и затем вставить их с помощью инструмента «Вставить изображение» в верхней панели инструментов
Кажется, в вашей книге есть формулы. Мы вставили их в макет, но наши заботливые роботы иногда ошибаются при этой операции. Пожалуйста, проверьте, как ваши формулы выглядят в готовом макете. Если вы заметили в формулах ошибки, попробуйте создать новую книгу в Ridero и загрузить Вашу книгу через Google Docs.

1.5. Анализ RFC-2544. Проявление релятивизма. 1.5.1. Открытая интерпретация RFC-2544. Парадокс многопараметричности

Даже самый первый взгляд на общую методологию измерений каналов согласно RFC-2544 показывает неоднозначность этой методологии. Для исследования построим схему методологии, представленную на рис.1.5.1.

Для тестирования в соответствии с методикой RFC-2544 используются тестовые потоки. Входными параметрами тестового потока для анализа виртуальных коридоров являются параметры GAP (уровень загрузки канала), L (размер длины пакета), МАС-адреса источника (MAC-Source), приемника (MAC Dest), IР-адреса источника и приемника, Pr (приоритетность потока), Prot (Протокол контента, который также может влиять на приоритетность в маршрутизации трафика). Набор перечисленных параметров формирует профиль тестового трафика определенного измерения. В результате измерений мы получаем параметры качества виртуального коридора (канала информационного обмена) IP/Ethernet: Th, Lat, LD, LoT, FE, FL. Можно назвать совокупность этих параметров перечнем измеренных параметров. Допустимые нормы качества (QoS) на эти параметры определяются SLA, который определяет профиль качества, т.е. допустимые значения перечисленных параметров. В результате мы имеем совокупность профиля трафика (входной параметр), перечня измеренных параметров, профиля качества (параметры качества для сравнения) и схем организации измерений (RFC-2544). Совокупность этих 4 элементов формирует все необходимое для паспортизации качества канала в пакетной сети.

Рис.1.5.1. Схема методики RFC-2544

Рассмотрим детально полученную схему с точки зрения теории измерений и практики проведения конкретных измерений.

Первое, что сразу бросается в глаза — это многопараметричность описания, не соответствующая прикладному характеру задачи паспортизации канала. Любая система связи предполагает большое количество каналов: сотни, тысячи, возможно, миллионы. Соответственно, задача паспортизации каналов является сугубо прикладной и в техническом отношении массовой задачей измерений. Согласно методике RFC-2544 эта задача превращается с серьезное научное исследование. Профиль трафика предусматривает 8 входных показателей, от каждого из которых зависит результат измерения. Это означает, что любое измерение (например, измерение задержки Lat) должно выполняться в 9-мерном фазовом пространстве. Даже если предположить, что на результаты измерений не влияет адресация MAC и IP (минус 4 входных параметра), измерения предусматривают 5-мерное фазовое пространство и необходимость сканирования показателя Lat от показателей GAP, L, Pr, Prot. Полная же паспортизация канала требует минимум 10-мерного фазового пространства (5 показателей профиля трафика и 5 показателей профиля качества), что эквивалентно нескольким тысячам или миллионам элементарных тестов.

Влияние профиля трафика на получаемые результаты в самом широком спектре показателей было обнаружено в ходе первых практических измерений в пакетных сетях.

Пример.1.5.1 Измерение пропускной способности канала радиосети с пакетной передачей

На сети одного из коммерческих операторов было предложено использовать технологию Radio Ethernet, предусматривающую формирование по радиоканалу мультисервисной сети с общей пропускной способностью в 70 Мбит/с. Перед внедрением оператор решил проверить функциональность оборудования. Используя трафиковый имитатор SMB-600 в режиме имитации трафика Ethernet длинными пакетами мультимедиа, были получены приемлемые данные о функционировании сети — до 70 Мбит/с без потерь пакетов и с указанными в документации параметрами задержки. Предполагая перспективное внедрение на сети оператора услуги VoIP, которая приводит к появлению трафика в виде коротких пакетов, оператор изменил характер имитируемой нагрузки. Была проведена имитация трафика короткими пакетами. За счет ограничений в производительности центрального процессора маршрутизатора, система Radio Ethernet показала уменьшение ресурса до 5 Мбит/с. Нетрудно догадаться, что оператор мог получить очень серьезную проблему, развернув сеть на данном оборудовании. В этом случае сеть эффективно работала бы до того момента, пока оператор не запланировал внедрение услуги VoIP. Если сеть на момент внедрения услуги имела бы загрузку даже на 30%, внедрение самой услуги привело бы к коллапсу: в зависимости от соотношения трафика VoIP и обычного трафика данных ресурс мог уменьшиться в 2—10 раз, и сеть внезапно оказалась бы в состоянии перегрузки, хотя ничто не предсказывало такой эффект.

Таким образом, в зависимости от условий организации измерений результат может измениться на порядок, и это характерное отличие пакетных сетей от предшествующих им сетей TDM, где относительные изменения параметров от условий были сравнительно невелики. Для сравнения с вышеописанным случаем вспомним предельные нормы отклонения частоты (соответственно, скорости) в потоке Е1. Согласно международным и отечественным стандартам предельным отклонением является 50 ppm, т.е. 5*10Е (-5) или 0,005%.

Вернемся теперь к параметричности описания. Рассмотрим, каким способом можно описать измеряемую зависимость между профилем трафика и профилем измеряемых параметров. Для любого измерения можно составить следующее символьное уравнение, отражающее суть проведения измерения

,что отражает зависимость профиля измерений от профиля трафика при условиях теста, определяемых методикой.

Описание этой зависимости зависит от входящих в нее параметров, например, зависимость

представляет собой поверхность в трехмерном пространстве, значит, для полного описания системы нам потребуется 5-мерное фазовое пространство.

Теперь рассмотрим с точки зрения проблемы описания методику, представленную на рис.1.5.1. Полное описание измерения можно представить соотношением

,что потребует для полного описания зависимости 10-мерного фазового пространства. Даже если по каждому параметру зависимость будет представлена 10 точками функции, это потребует 1010 или 10 миллиардов элементарных измерений!

Здесь и содержится парадокс многопараметричности современных систем NGN

Количество параметров измерений современных пакетных сетей по методике RFC-2544 настолько велико, что проведение полномасштабного исследования или паспортизации таких систем в полной мере не представляется возможным. Любая методика паспортизации или измерений сетей Ethernet является компромиссом и требует ограничения измеряемых параметров

Даже если искусственно ограничить параметры профиля данных, зафиксировав показатели Pr и Prot, а также установить всего одну схему организации измерений по RFC-2544, то в таком случае полученный результат паспортизации всего одного канала будет представлять собой совокупность 6 поверхностей в 3-мерном пространстве.