Метод оценки готовности распределенной подсистемы хранения туманного уровня к обслуживанию операций в телекоммуникационной сети

Актуальность. В телекоммуникационных системах распределенные подсистемы хранения непосредственно влияют на доступность и качество обслуживания сервисов, что особенно важно в условиях развития высокодоступных сетей и систем связи 5G и последующих поколений, где выполнение операций зависит не только от состояния сетевой подсистемы, но и от узлов хранения и их параметров. Среди таких операций запись требует отдельного анализа, поскольку в распределенных средах, в частности на туманном уровне, запись связана с передачей данных на несколько узлов хранения и получением подтверждений о фиксации результата, что повышает требования к доступности элементов инфраструктуры.

Цель исследования: разработка метода оценки готовности распределенной подсистемы хранения туманного уровня к обслуживанию операций записи в телекоммуникационной сети с учетом параметров репликации, режима подтверждения записи и состояния инфраструктурных элементов.

В ходе исследования были использованы методы теории надежности и готовности, вероятностный анализ и сравнительное исследование конфигураций распределенной подсистемы хранения.

Решение: получены расчетные соотношения для определения коэффициента готовности подсистемы к обслуживанию операций записи с учетом уровня избыточности, порога подтверждения записи и состояния элементов цепочки обслуживания операции. Предложена классификация трафика и данных, ориентированная на выбор параметров репликации и подтверждения записи.

Новизна работы определяется переходом от оценки готовности узлов и кластера в целом к оценке готовности выполнения операций записи в распределенной подсистеме хранения туманного уровня.

Теоретическая значимость заключается в развитии методического аппарата оценки готовности распределенных подсистем хранения в телекоммуникационных системах.

Практическая значимость состоит в возможности использования предложенного метода при выборе параметров репликации и режима подтверждения записи для подсистем хранения туманного уровня.

1. ETSI GS MEC 003 V4.2.1 (2020-12). Multi-access Edge Computing (MEC). Framework and Reference Architecture.

2. Iorga M., Feldman L., Barton R., Martin M.J., Goren N.S., Mahmoodi C. Fog Computing Conceptual Model // NIST Special Publication 500-325. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2018. DOI:10.6028/NIST.SP.500-325

3. Rec. ITU-T Y.1540. Internet protocol data communication service – IP packet transfer and availability performance parameters. 2019.

4. Rec. ITU-T E.800. Definitions of terms related to quality of service, network performance including dependability. 1994.

5. Guevara J.C., Torres R.S., da Fonseca N.L.S. On the classification of fog computing applications: A machine learning perspective // Journal of Network and Computer Applications. 2020. Vol. 159. P. 102596. DOI:10.1016/j.jnca.2020.102596. EDN:ENTNEP

6. Makris A., Kontopoulos I., Psomakelis E., Xyalis S.N., Theodoropoulos T., Tserpes K. Performance Analysis of Storage Systems in Edge Computing Infrastructures // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Iss. 17. P. 8923. DOI:10.3390/app12178923. EDN:EGJOAP

7. Karamimirazizi F., Jameii S.M., Rahmani A.M. Data Replication Methods in Cloud, Fog, and Edge Computing: A Systematic Literature Review // Wireless Personal Communications. 2024. Vol. 135. PP. 531–561. DOI:10.1007/s11277-024-11082-7. EDN:FEIRZF

8. Torabi E., Ghobaei-Areni M., Shahidinejad A. Data replica placement approaches in Fog computing: a review // Cluster Computing. 2022. Vol. 25. PP. 3561–3589. DOI:10.1007/s10586-022-03575-6. EDN:BSVYJH

9. Li C., Zhang Y., Wang X. Flexible replica placement for enhancing the availability in Edge computing environment // Computer Communications. 2019. Vol. 146. PP. 1–14. DOI:10.1016/j.comcom.2019.07.013

10. Волков А.Н., Кучерявый А.Е. Туманные вычисления в сетях IMT-2030 для услуг телеприсутствия // Сборник научных трудов XIV Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ-2024, Москва, Российская Федерация, 17–20 июня 2024 г.). Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2024. С. 2295–2297. EDN:JXYICQ

11. 3GPP TS 23.501 / ETSI TS 123 501. System architecture for the 5G System (5GS). 2024.

12. 3GPP TS 23.503 / ETSI TS 123 503. Policy and charging control framework for the 5G System (5GS). 2024.

13. ETSI White Paper No. 20. Developing Software for Multi-Access Edge Computing. 2019.

14. Pereira P., Melo C., Araujo J., Dantas J., Santos V., Maciel P. Availability model for edge-fog-cloud continuum: an evaluation of an end-to-end infrastructure of intelligent traffic management service // The Journal of Supercomputing. 2022. Vol. 78. PP. 4421–4448. DOI:10.1007/s11227-021-04033-7. EDN:ZNBKSO

15. ГОСТ Р 27.010-2019 (МЭК 61703:2016). Надежность в технике. Математические выражения для показателей безотказности, готовности, ремонтопригодности. М.: Стандартинформ, 2019.

16. Rec. ITU-T G.827. Availability performance parameters and objectives for end-to-end international constant bit-rate digital paths. 2003.

17. Rec. ITU-T E.862. Dependability planning of telecommunication networks. 1992.

18. Зарубин А.А., Савельева А.А., Швидкий А.А. Моделирование нагрузки на распределенную систему хранения данных // Вестник связи. 2018. № 7. С. 13–16. EDN:XVQVZR

19. Ksentini A., Jebalia M., Tabbane S. IoT/cloud-enabled smart services: A review on QoS requirements in fog environment and a proposed approach based on priority classification technique // International Journal of Communication Systems. 2021. Vol. 34. Iss. 2. P. e4269. DOI:10.1002/dac.4269

20. Rec. ITU-R M.2160-0. Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond. 2023.

21. Liu R., Zhang L., Li R. Y. -N., Di Renzo M. The ITU Vision and Framework for 6G: Scenarios, Capabilities, and Enablers // IEEE Vehicular Technology Magazine. 2025. Vol. 20. Iss. 2. PP. 114–122. DOI:10.1109/MVT.2025.3532887

22. Кирсанова А.А., Радченко Г.И., Черных А.Н. Обзор технологий организации туманных вычислений // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2020. Т. 9. № 3. С. 35–63. DOI:10.14529/cmse200303. EDN:OVFWXD

23. Волков А.Н., Мутханна А.С.А., Кучерявый А.Е. Сети связи пятого поколения: на пути к сетям 2030 // Информационные технологии и телекоммуникации. 2020. Т. 8. № 2. С. 32–43. DOI:10.31854/2307-1303-2020-8-2-32-43. EDN:ZWNTDB

24. Кучерявый А.Е., Киричек Р.В., Маколкина М.А., Парамонов А.И., Дунайцев Р.А., Пирмагомедов Р.Я., Бородин А.С., Владыко А.Г., Мутханна А.С.А., Выборнова А.И., Владимиров С.С., Гришин И.В. Новые перспективы научных исследований в области сетей связи на 2021-2024 годы // Информационные технологии и телекоммуникации. 2020. Т. 8. № 3. С. 1–19. DOI:10.31854/2307-1303-2020-8-3-1-19. EDN:XDGHAO