FR2954872A1 - METHOD FOR ANALYZING THE FAILURES NECESSARY TO MAKE IMPOSSIBLE COMMUNICATION BETWEEN ELEMENTS OF A TELECOMMUNICATIONS NETWORK - Google Patents
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Abstract
L'idée de la présente invention concerne un procédé qui va permettre de déterminer le nombre de défaillances nécessaires pour empêcher la communication de paires distantes choisies, les combinaisons des éléments correspondantes et la fréquence d'apparition de chaque élément dans ces combinaisons. A partir de cette information, il sera possible de proposer une nouvelle architecture de réseau fiable au cours de son fonctionnement.The idea of the present invention relates to a method which will make it possible to determine the number of failures necessary to prevent the communication of selected remote pairs, the combinations of the corresponding elements and the frequency of appearance of each element in these combinations. From this information, it will be possible to propose a new reliable network architecture during its operation.
Description
PROCEDE POUR ANALYSER LES DEFAILLANCES NECESSAIRES POUR RENDRE UNE COMMUNICATION IMPOSSIBLE ENTRE ELEMENTS D'UN RESEAU DE TELECOMMUNICATIONS L'invention concerne un procédé pour déterminer les défaillances éventuelles de noeuds et/ou des liens reliant les noeuds entre eux dans un réseau de télécommunications. II permet, par exemple, de déterminer le nombre d'éléments hors services conduisant à la perte de connexité entre des noeuds donnés, les combinaisons d'éléments hors service responsables de la perte de connexité, les éléments le plus souvent responsables de la perte de connexité. La percolation est un phénomène de seuil lié à la transmission d'une « information» par le biais d'un réseau de sites et de liens qui peuvent, selon leur état, transmettre ou non l'information aux sites voisins. L'étude de la percolation dans le domaine des réseaux de télécommunications permet donc de définir à partir de quel moment celui-ci devient assez sûr au niveau de son fonctionnement pour contrecarrer des pannes ou des sabotages de toutes sortes (agissant sur les noeuds et/ou les liaisons). En effet si celui-ci est conçu pour être proche du seuil de percolation, la moindre panne ou détérioration conduit à l'interruption des communications. II y donc perte de connexité du graphe reliant les noeuds entre eux, alors que si l'on est loin au dessous du seuil, il faut un nombre important de pannes ou de détérioration des noeuds et des liens pour stopper son fonctionnement. Etre proche du seuil de percolation permet de disposer d'un réseau moins cher mais rend le réseau par contre plus vulnérable en cas de défaillances. De façon générale dans des problèmes de ce type, le pourcentage de noeuds et/ou de liaisons coupés augmentant, on atteint un certain seuil où, quel que soit le nombre de relais, il devient impossible de communiquer entre deux stations éloignées. La valeur pc associée au pourcentage critique de liaisons actives nécessaires pour que deux points quelconques ou deux noeuds du réseau soient reliés, est appelée « seuil de percolation ». Interpréter ce problème de communication comme un phénomène de percolation consiste à évaluer la probabilité d'existence d'un ensemble de liens, autorisant la communication directe ou indirecte entre deux stations. The invention relates to a method for determining the possible failures of nodes and / or links connecting the nodes to each other in a telecommunication network. BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a method for determining the possible failures of nodes and / or links connecting the nodes to each other in a telecommunications network. It allows, for example, to determine the number of out-of-service elements leading to the loss of connectivity between given nodes, the combinations of out-of-service elements responsible for the loss of connectivity, the elements most often responsible for the loss of connectivity. Percolation is a threshold phenomenon linked to the transmission of "information" through a network of sites and links that may, depending on their state, transmit or not the information to neighboring sites. The study of percolation in the field of telecommunications networks thus makes it possible to define when it becomes safe enough in terms of its operation to counteract failures or sabotage of all kinds (acting on the nodes and / or links). Indeed if it is designed to be close to the percolation threshold, the slightest failure or deterioration leads to the interruption of communications. There is therefore a loss of connectivity of the graph connecting the nodes to each other, whereas if one is far below the threshold, a large number of failures or deterioration of the nodes and links is required to stop its operation. Being close to the percolation threshold makes it possible to have a cheaper network but makes the network more vulnerable in case of failures. In general, in such problems, the percentage of nodes and / or cut links increasing, it reaches a certain threshold where, regardless of the number of relays, it becomes impossible to communicate between two remote stations. The pc value associated with the critical percentage of active links required for any two points or two nodes of the network to be connected, is called the "percolation threshold". Interpreting this communication problem as a percolation phenomenon consists in evaluating the probability of existence of a set of links, allowing direct or indirect communication between two stations.
La publication « networks and availability and connexity » de Philippe Loisèle et Jacques Chommeloux évoque une analyse de connexité dans l'ensemble du réseau. The publication "networks and availability and connectivity" by Philippe Loisèle and Jacques Chommeloux evokes an analysis of connectivity across the network.
L'idée de la présente invention concerne un procédé qui va io permettre de déterminer le nombre de défaillances nécessaires pour empêcher la communication de paires distantes choisies, les combinaisons des éléments correspondantes et la fréquence d'apparition de chaque élément dans ces combinaisons. A partir de cette information, il sera possible de proposer une nouvelle architecture de réseau fiable au cours de son is fonctionnement. The idea of the present invention relates to a method which will make it possible to determine the number of failures necessary to prevent the communication of selected remote pairs, the combinations of the corresponding elements and the frequency of occurrence of each element in these combinations. From this information, it will be possible to propose a new reliable network architecture during its operation.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un exemple de réalisation annexé des figures qui représentent : 20 • La figure 1, un exemple de réseau comprenant des noeuds reliés entre eux par des liens, • La figure 2, un exemple d'interface mise à la disposition d'un utilisateur pour lire le résultat du procédé selon l'invention et éventuellement prendre une décision. 25 La figure 1 schématise un réseau de communications formés par plusieurs noeuds Ni reliés entre eux au moyen de liens li qui peuvent être des liens physiques ou toute autre moyen existant. Other features and advantages of the present invention will appear better on reading the description of an appended exemplary embodiment of the figures which represent: FIG. 1, an example of a network comprising nodes connected to one another by links, FIG. 2, an example of an interface made available to a user for reading the result of the method according to the invention and possibly making a decision. FIG. 1 schematizes a communications network formed by several nodes Ni connected to one another by means of links li which can be physical links or any other existing means.
Les noeuds sont définis par : 30 - un identifiant unique, représenté par un nombre entre 0 et 999 pour les noeuds. The nodes are defined by: a unique identifier, represented by a number between 0 and 999 for the nodes.
un indicateur de bon fonctionnement, qui permet de définir si l'élément est en état de bon fonctionnement ou si au contraire celui-ci est en panne. une valeur de disponibilité au sens général, c'est à dire une valeur entre 0 et 1 qui peut représenter une disponibilité intrinsèque, une disponibilité opérationnelle, une probabilité de bon fonctionnement sur un temps donné, etc. un type (abonné ou transit). Certaines méthodes ne traitent que sur les noeuds abonnés (le calcul analytique par exemple). le réseau étant constitué d'un couche logique et d'une couche physique, il io y a donc un indicateur définissant l'appartenance à telle ou telle couche. Les liaisons entre noeuds sont définies par exemple par: un identifiant unique dont le nombre minimale est, par exemple, 1000. une disponibilité. un poids qui représente en réalité le coût technique d'une liaison. 15 un indicateur qui définit le type de la liaison (liaison physique ou logique). an indicator of good functioning, which makes it possible to define whether the element is in a state of good functioning or if on the contrary it is out of order. an availability value in the general sense, ie a value between 0 and 1 which can represent intrinsic availability, operational availability, probability of functioning over a given time, etc. a type (subscriber or transit). Some methods only deal with subscriber nodes (the analytic calculation, for example). since the network consists of a logical layer and a physical layer, there is therefore an indicator defining the membership of this or that layer. The links between nodes are defined for example by: a unique identifier whose minimum number is, for example, 1000. an availability. a weight that actually represents the technical cost of a link. An indicator that defines the type of the link (physical or logical link).
Pour effectuer le calcul de percolation sur des réseaux de télécommunications, le système selon l'invention comportera, par exemple, un processeur 1, une interface graphique 2 permettant l'entrée d'informations 20 ou de commandes, ainsi que l'affichage des résultats, un moyen de mémorisation ou de stockage des résultats, par exemple une mémoire, 3. La première étape après avoir pris connaissance de l'architecture initiale du réseau est de générer des défaillances dans le réseau et d'analyser son comportement face à ces défaillances. On regarde pour 25 chaque combinaison de défaillances (on place donc les éléments de la combinaison en état de panne) si les paires sélectionnées par l'utilisateur peuvent communiquer. To perform percolation calculation on telecommunication networks, the system according to the invention will comprise, for example, a processor 1, a graphic interface 2 allowing the input of information 20 or commands, as well as the display of the results. , a means for storing or storing the results, for example a memory, 3. The first step after having taken knowledge of the initial architecture of the network is to generate faults in the network and to analyze its behavior in the face of these failures . We look for each combination of failures (so we place the elements of the combination in a state of failure) if the pairs selected by the user can communicate.
Les combinaisons sont fonction d'un nombre de défaillances. On génère donc des combinaisons de « n » éléments défaillants parmi tous les éléments du réseau. Le procédé va commencer en générant une seule défaillance, on regarde ensuite pour toutes les applications possibles aux éléments s'il existe un élément engendrant la perte de connexité pour les paires sélectionnées. On augmente au fur et à mesure le nombre de défaillances et on génère les combinaisons en fonction de ce nombre. Dès qu'une combinaison de défaillances engendre la perte de connexité, on regarde si io pour ce nombre de défaillances il y a d'autres combinaisons d'éléments qui engendrent la perte de connexité. Les combinaisons des éléments ayant engendré une perte de connexité entre les paires sélectionnées sont stockées dans la mémoire 3. On regarde ensuite pour chaque élément le nombre de fois qu'il 15 apparaît dans les combinaisons d'éléments hors service et on construit un tableau de couples (élément, fréquence d'apparition dans les combinaisons d'éléments hors service). Ce tableau comprenant les couples (éléments identifiés (nceuds et/ou liens), nombre de défaillances) permet d'isoler les éléments les plus sensibles, c'est-à-dire ceux qui ont le plus de chance 20 d'engendrer une défaillance dans le fonctionnement du réseau. L'étude des réseaux consiste en partie à trouver les forces et les faiblesses de celui-ci. Dans ce but il est possible d'effectuer des statistiques permettant d'analyser les éléments du réseau qui provoquent le plus souvent la perte de connexité. 25 Définition de la k-connexité : Un graphe k-connexe est un graphe connexe qui reste connexe après suppression de n'importe quel sous-ensemble de k-1 sommets est dit k-connexe (ou bi-connexe quand k = 2). Le théorème de Menger indique que pour être résistant à la défaillance de k-1 noeuds, un réseau doit posséder k routes noeuds internes disjointes entre toute paire de 30 sommets. Combinations are a function of a number of failures. Thus, combinations of "n" elements failing are generated among all the elements of the network. The process will start by generating a single failure, then look for all possible applications to the elements if there is an element generating loss of connectivity for the selected pairs. The number of failures is progressively increased and the combinations are generated as a function of this number. As soon as a combination of failures gives rise to the loss of connectivity, one looks at whether for this number of failures there are other combinations of elements which give rise to the loss of connectivity. The combinations of the elements having caused a loss of connectivity between the selected pairs are stored in the memory 3. Then, for each element, the number of times it appears in the combinations of out-of-service elements is examined and an array of pairs (element, frequency of occurrence in out of service element combinations). This table comprising the couples (identified elements (ncodes and / or links), number of failures) makes it possible to isolate the most sensitive elements, that is to say those which have the best chance of causing a failure. in the operation of the network. The study of networks is partly to find the strengths and weaknesses of it. For this purpose it is possible to perform statistics to analyze the elements of the network that most often cause the loss of connectivity. 25 Definition of k-connexity: A k-connected graph is a connected graph that remains connected after deletion of any subset of k-1 vertices is called k-connected (or bi-connected when k = 2) . The Menger theorem indicates that to be resistant to the failure of k-1 nodes, a network must have k internal disjointed routes between any pair of 30 vertices.
Théorème 1 :, (Menger) Un graphe est k-connexe si et seulement si pour toute paire de sommets u, v, il existe k chemins noeuds interne disjoints reliant u à v. Description des étapes mises en oeuvre dans le procédé selon l'invention calcul de percolation sans tenir compte des éléments en liaison avec les éléments de départ. Fonctions utiles : o DeterminerEnsembleATraiterSans() permet de sélectionner dans le graphe tous les éléments nécessaires au calcul. Ici les éléments de io départ ainsi que les éléments en liaisons avec les éléments de départ ne seront pas pris en compte. o CombinaisonPercolation() permet de générer des combinaisons d'éléments à partir des éléments fournis par la fonction DeterminerEnsembleATraiterSansO. La fonction 15 CombinaisonPercolation() prend en entrée un nombre de défaillances, ce nombre permettant de définir le nombre d'éléments constituant une combinaison. o CalculPercolation() permet la recherche d'un chemin entre les paires sélectionnées par l'utilisateur. Cette fonction fait appel à la fonction 20 DFS_IsRouteExisteO. o La fonction DFS_IsRouteExiste() parcourt le graphe en profondeur pour vérifier l'existence d'un chemin entre 2 noeuds du graphe. Etapes Soit un graphe g = G(N, L) correspondant à un réseau donné initialement où 25 N est le nombre de noeuds et L le nombre de liaisons. Theorem 1:, (Menger) A graph is k-connected if and only if for every pair of vertices u, v there exist k disjoint internal node paths connecting u to v. Description of the steps used in the method according to the invention calculation of percolation without taking into account the elements in connection with the starting elements. Useful functions: o DetermineSetNotResetNo () allows to select in the graph all the elements necessary for the calculation. Here the starting elements as well as the elements in connection with the starting elements will not be taken into account. o CombinationPercolarity () allows you to generate combinations of elements from the elements provided by the DetermineSetOrrorOnSet function. Function 15 CombinationPercolation () takes as input a number of failures, this number being used to define the number of elements constituting a combination. o CalculPercolation () allows the search of a path between the pairs selected by the user. This function uses the DFS_IsRouteExistO function. o The DFS_IsRouteExist () function traverses the graph in depth to check the existence of a path between 2 nodes of the graph. Steps Consider a graph g = G (N, L) corresponding to a given network initially where N is the number of nodes and L is the number of links.
Entrée : Un Graphe g = G(N, L, p, q), tableau de paires. Sortie : seuil de percolation seuil. 1. On détermine les éléments à traiter à l'aide de la fonction DeterminerEnsembleATraiterSans(). Input: A Graph g = G (N, L, p, q), array of pairs. Output: threshold of percolation threshold. 1. The elements to be processed are determined using the DetermineSetRequiredNo () function.
//Initialisation des variables booléen TestVerification Réel seuilsù O Entier nbDéfaillances '1ù 1 // Initialization of boolean variables TestVerification Real thresholds 0 O integer nbFailures' 1ù 1
2. tant que ( TestVérification4-- faux) 2. as long as (TestCheck4-- false)
a. On génère les combinaisons de nbDéfaillances éléments défaillants grâce à CombinaisonPercolation(), les éléments défaillants étant marqués à etatSimule 1--- 0 at. The combinations of nbFaulting element deficiencies are generated by CombinationPercolarity (), the faulty elements being marked at stateSimple 1 --- 0
b. Pour chaque combinaison générée au fur et à mesure, chercher l'existence de routes pour toute les paires sélectionnées par l'utilisateur, avec la fonction CalculPercolation(), qui utilise DFS_IsRouteExiste() sur chaque paire pour déterminer l'existence d'une route. b. For each combination generated as you go, search for the existence of routes for all the pairs selected by the user, with the CalculPercolation () function, which uses DFS_IsRouteExist () on each pair to determine the existence of a route. .
Si ( il n'existe aucune route valide) alors TestVérification' true Fin si //Cela correspond donc à la première combinaison générant la perte de connexité pour toutes les paires sélectionnées. If (there is no valid route) then TestCheck 'true End if // This corresponds to the first combination generating loss of connectivity for all selected pairs.
nbDéfaillances aù nbDéfaillances + 1 Fin tant que . Compilation des statistiques de percolation obtenues et affichage. • Seuil de percolation • Eléments générant la perte de connexité ^ Fréquence des éléments générant la perte de connexité La figure 2 schématise un exemple d'interface qui permet à un utilisateur de paramétrer la mise en oeuvre du procédé, par exemple en sélectionnant des paires de noeuds utilisés pour les étapes précitées. D'autre part, l'utilisateur aura aussi le choix de l'élément à mettre en défaillance noeuds et/ou liens. Les étapes mises en oeuvre dans les différentes variantes de réalisation exposées précédemment sont par exemple implémentées en utilisant le langage C++ ou tout autre langage de programmation qui permet ro une manipulation des différents objets ; noeuds, liaisons, réseau. L'interface Homme machine peut être une interface avec fenêtres de saisie sous Windows, des boutons d'action, des menus déroulant, une utilisation de dispositifs de pointage. nbFeatures au nbFeatures + 1 End as long as. Compilation of the obtained percolation statistics and display. • Percolation threshold • Elements generating the loss of connectivity ^ Frequency of the elements generating the loss of connectivity Figure 2 shows an example of an interface that allows a user to parameterize the implementation of the process, for example by selecting pairs of nodes used for the above steps. On the other hand, the user will also have the choice of the element to put in default nodes and / or links. The steps implemented in the various embodiments described above are for example implemented using the C ++ language or any other programming language that allows for a manipulation of the different objects; nodes, links, network. The Human Machine Interface can be an interface with Windows input windows, action buttons, drop-down menus, and pointing devices.
15 Le procédé et le système selon l'invention offrent notamment les avantages suivants : • Un établissement rapide des faiblesses au point de vue connexité d'un réseau de télécommunications, face à des dégradations multiples avec la possibilité d'évoluer vers un autre' réseau plus robuste. 20 • Une mise en évidence des points d'articulation (noeuds critiques) et les isthmes (liaisons critiques). The method and system according to the invention notably offer the following advantages: • A rapid establishment of the weaknesses in terms of the connectivity of a telecommunications network, in the face of multiple impairments with the possibility of moving towards another network more robust. • Highlighting articulation points (critical nodes) and isthmals (critical links).
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