Принцип сотовой связи в построении сложных ИТ-систем

Начнём с простейшего

Сотовая связь, сеть подвижной связи — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид шестиугольных ячеек (сот).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

(Из Википедии)

*********

На мой скромный взгляд, сам принцип распределённого (как в географическом смысле, так и в функциональном) размещения оборудования - это самый удачный (с точки зрения надёжности и гибкости конфигурирования) способ построения любой сложной системы (телеком, интернет и т.д.). Постараюсь как можно более подробно и доходчиво обосновать своё мнение на примере сравнения распределённых и централизованных систем.

Итак, начнём с плюсов и минусов централизованных систем. Централизованные системы отличаются тем, что выражают принцип концентрации функциональности и управления: если коммутатор, то только сверхмощный; если база данных, то только объёмная и высокопроизводительная; если сервер приложений, то только самый быстрый и производительный; если управление, то только центральное. Проще говоря, абсолютная централизация всей системы. Естественно, резервирование должно быть. Например, если некий основной элемент (или ряд элементов) имеет максимальную нагрузку в 50 у.е., а используется в час наибольшей нагрузки (ЧНН) на 50% (т.е. на 25 у.е.), то и резервный элемент (или ряд элементов) должен обладать аналогичными характеристиками в плане максимальной нагрузки, чтобы при выходе из строя основного элемента (или ряда элементов) резерв смог на 100% обработать всю нагрузку.

Плюсы централизации

1. Экономия на обслуживании (АТР, ЗИП, технический персонал и т.д.). Чем меньше количество элементов в системе, тем меньше требуется трудозатрат и ресурсов на поддержание системы в рабочем состоянии в целом.

2. Возможность централизованного управления и конфигурирования. Чем меньше элементов, на которых (в случае чего) возникает необходимость произвести работы, тем быстрее произойдет реконфигурация. Также есть явная выгода (с точки зрения бизнеса) в плане уменьшения количества инженерных кадров и, соответственно, уменьшения затрат на рабочую силу.

3. Снижение затрат на мониторинг системы. Чем меньше элементов, тем легче отслеживать все сбои, проблемы и статистические параметры.

***

Теперь о минусах, которые, кстати говоря, отчасти вытекают из плюсов

1. Чем больший объём нагрузки обслуживает каждый элемент системы, тем большее влияние будут оказывать внештатные ситуации на качество сервиса.

2. Чем меньше в системе элементов, тем большее потенциальное влияние возможно при проведении каких-либо технических работ.

3. Высокое потенциальное влияние любых работ на элементах системы существенно снижает гибкость в плане внедрения каких-либо новых услуг/сервисов. А, как говорится, кто не умеет быстро реагировать на изменения внешних условий, всегда проиграет тому, кто умеет.

4. Низкая степень масштабируемости и расширяемости. Например, высокопроизводительный (т.е. весьма дорогой) элемент А (имеющий резерв А0) загружен на 90%, но прогнозируется превышение планки в 100% (означает потерю части трафика). Тут либо закупать более дорогие элементы А1 (1 - для эксплуатации, 2 - для резерва), который заменит А, либо приобретать элементы (эксплуатация + резерв), аналогичные А, и делить нагрузку. Затратно, не правда ли?

5. Невозможность построения полноценной тестовой среды, т.к. это потребует создания параллельной системы и генерацию огромного объёма тестовой нагрузки. Если для тестов вполне возможно задействовать резервный элемент (А0), то генерация нагрузки под супер-системы представляет весьма нетривиальную задачу.

***

Если смотреть без иллюзий, то самыми ценным преимуществом является концепт централизации по направлениям: конфигурирование, управление и мониторинг. Запомним этот момент и приступим к детерминации плюсов и минусов классической распределённой схемы построения систем.

Плюсы распределённой системы

1. Нагрузка распределяется исходя из функциональной или географической привязки, поэтому аварии или работы на отдельном элементе (или ряде элементов) никогда не приведут к влиянию на всю систему. Оно (влияние) ограничится исключительно конкретными сегментами, завязанными на конкретные элементы системы.

2. Повышается гибкость системы в плане реконфигурации и внедрения каких-либо пилотных проектов, т.к. степень рисков уменьшается (см. п.1).

3. Высокая степень масштабируемости и расширяемости, т.к. добавление нового однотипного сегмента (или замена существующего на более производительный) в систему значительно проще осуществляется, чем апгрейд централизованной системы.

4. Возможность полноценного тестирования. Само собой, создание тестового сегмента, близкого по параметрам к промышленному (как в плане элементной базы, так и по части генерации тестовой нагрузки), экономически более достижимо, если используется дешёвое оборудование.

***

Минусы распределённой системы

1. Увеличение количества элементов системы неизбежно ведёт к увеличению расходов на обслуживание (АТР, ЗИП, технический персонал и т.д.). Хотя, если смотреть с позиции создания новых рабочих мест, то это несомненный плюс (исключительно личное мнение).

2. Если говорить про классические распределённые системы, то возрастает сложность в конфигурировании и управлении, т.к. каждый элемент имеет свою условную точку администрирования.

3. П.2 касается и мониторинга параметров со статистикой.

Лирическое отступление

Причём же здесь сотовая связь? Не заметили ли вы, уважаемые читатели, что размещение множества базовых станций по некоторой территории идеально соответствует модели распределённых систем? На мой взгляд, соответствует идеально. И не зря сотовая связь распространяется именно по такому принципу, т.к. связь императив должна быть максимально надёжной.

*********

Очевидно, не смотря на некоторые минусы, связанные с управлением и мониторингом, распределённые системы выигрывают в надёжности и гибкости у систем централизованных. Минусы же вполне можно сгладить, если следовать гибридной модели, где физический/функциональный уровень есть распределённый базис, а уровень управления - надстройка, осуществляющая удалённый мониторинг, конфигурирование и управление.

P.S. Что же касается возможных возражений относительно увеличения штата технического персонала, то никогда экономия на людях ни к чему хорошему не приводила...

Автор: Владимир "Тарасенко"