Введение к работе
Актуальность темы. Возрастающие потребности общества в передаче большого объёма различных видов информации, а также повсеместная интеграция систем связи и вычислительной техники обуславливают интенсивное развитие цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО). С ростом интеллекта современной сети связи реализуются новые, недоступные ранее возможности, как по обслуживанию абонентов, так и по управлению сетью. Активно развиваются мобильные сети связи (МСС) и интеллектуальные сети связи (ИСС), в которых интенсивность обмена управляющей информацией значительно выше, чем в традиционных сетях. При этом увеличивается общая нагрузка на сеть связи в целом и в особенности нагрузка на сеть сигнализации. В этих условиях существенно возрастают требования к повышению надежности и эффективности использования ресурсов сетей связи. Возможность соответствия возрастающим требованиям существенно зависит от наличия системы управления сетью, её способности адаптироваться к различным условиям, складывающимся на сети связи: перегрузки на отдельных участках сети, повреждение элементов сети.
Одним из наиболее перспективных направлений повышения эффективности сетей связи является разработка методов динамического управления потоками информации. Проведённые исследования в области сетевого управления демонстрируют явные преимущества адаптивной маршрутизации по сравнению со статическим планом распределения потоков информации. К настоящему времени вопросам адаптивной маршрутизации посвящено достаточно большое число работ, как в нашей стране, так и за рубежом. Разработкой и внедрением методов адаптивной маршрутизации заняты исследовательские центры таких крупнейших телекоммуникационных компаний как американская AT&T, канадская Northern Telecom, германская Siemens, японская NT&T и др. Однако в этих работах исследования проводились применительно к определённому типу сетей без учёта особенности построения современных телекоммуникационных сетей, а именно, наличия информационной сети (ИС), передающей пользовательскую информацию и выделенной сети управления (УС) на базе системы сигнализации по общему каналу №7 (ОКС-7). При этом не учитывалось взаимовлияние между информационной сетью и сетью управления в процессе маршрутизации вызовов.
Для нашей страны задача построения эффективной системы управления сетью связи является особенно актуальной в условиях внедрения цифровой техники коммутации и создания национальной сети сигнализации ОКС-7. Поэтому на этапе проектирования сети необходимо предусмотреть способы, позволяющие повысить уровень качества обслуживания абонентов.
Цель диссертационной работы. Диссертационная работа посвящена вопросам исследования взаимовлияния информационной сети и сети управления в ЦСИО, а именно влиянию задержек в установлении соединения по сети ОКС на качество обслуживания в информационной сети, и разработке метода учёта этого влияния в процессе маршрутизации вызовов. Практической задачей исследований является разработка метода совместной оптимизации плана распределения потоков вызовов в информационной сети и потоков управляющих сообщений в сети управления.
Поставленные цели достигаются решением следующих задач:
-
Разработка аналитической модели взаимодействия информационной и управляющей составляющих ЦСИО и анализ вероятностно-временных характеристик (ВВХ) модели.
-
Разработка метода адаптивного управления потоками информации в информационной сети и сети управления на ЦСИО с учетом их взаимного влияния.
-
Разработка имитационной модели сети связи с использованием адаптивной маршрутизации и анализ эффективности предложенного метода.
Состояние проблемы. В настоящее время развивается тенденция отказа от иерархического принципа построения сетей связи и статического распределения потоков вызовов. Многие ведущие операторы связи активно внедряют адаптивную маршрутизацию на международных, междугородных и местных сетях. Разрабатываются методы адаптивной маршрутизации для широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО)
Методы исследования. Для проведения исследований использовались методы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории автоматической коммутации, теории сетей электросвязи, математической статистики, а также методы имитационного моделирования.
Научная новизна исследований, проведённых в диссертационной работе, состоит в следующем:
1. Разработана аналитическая модель влияния задержек в установлении соединения на качество обслуживания в информационной сети. Исследована степень влияния управляющей сети на качество обслуживания пользовательских заявок при наличии адаптивной маршрутизации в сети. Показано, что с увеличением среднего времени передачи управляющих сообщений по сети управления снижается
качество обслуживания в информационной сети, несмотря на отсутствие в ней перегрузок.
-
Предложен комплексный критерий оценки качества обслуживания вызовов по маршрутам в информационной сети, который определяется вероятностью установления соединения за время не более заданного. Использование данного критерия при выборе маршрута установления соединения позволяет оптимизировать план распределения потоков вызовов в условиях изменения ситуации в сети управления.
-
Разработан и исследован статистический метод адаптивного распределения потоков вызовов в информационной сети с учётом задержек передачи управляющий информации по выделенной сети сигнализации. В основе метода лежит многопороговая система управления элементами обобщенной стохастической матрицы маршрутизации на узле коммутации. Проведённое сравнительное исследование предложенного метода со статическим распределением потоков вызовов и игровым методом без учёта времени передачи управляющей информации показало, что учёт состояния сети управления при выборе обходных путей установления соединения в информационной сети позволяет повысить качество обслуживания вызовов, а именно, снизить величину потерь на 7 - 25% и сократить среднее время установления соединения на 8 — 32%.
-
Исследовано влияние параметров системы управления на сходимость метода. Получены аналитические выражения, позволяющие оценить скорость сходимости предложенного метода в условиях изменяющейся ситуации в сети.
-
Показана принципиальная возможность использования метода адаптивной маршрутизации на основе многопороговой системы управления элементами обобщенной стохастической матрицы на узлах коммутации сети ОКС-7 при распределении потоков сообщений с установлением сигнального соединения. Причём в отличие от известных методов адаптивной маршрутизации, используемых в сетях пакетной коммутации, не требуется передача дополнительной служебной информации.
Практическая ценность работы и использование её результатов.
Разработаны рекомендации по внедрению методов адаптивной маршрутизации на цифровых сетях с выделенной сетью управления.
Разработана программа имитационного моделирования ЦСИО с адаптивной маршрутизацией, отличающаяся от известных возможностью совместного исследования информационной сети и сети управления. На основе данной программы в диссертационной работе получены практические
результаты, позволяющие оценить функционирование ЦСИО с учётом адаптивной маршрутизации. Предложенная программа может быть использована при проектировании системы управления потоками информации на ЦСИО.
Результаты диссертационной работы использованы в ИППИ РАН при проведении госбюджетных и хоздоговорных работ, а также в учебном процессе МТУСИ. Результаты работы могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных организациях при разработке новых и развитии существующих цифровых сетей связи общего и специального назначения.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Оптимальное распределение потоков вызовов в информационной сети в условиях изменяющейся ситуации в сети управления возможно только с учётом времени передачи управляющей информации.
-
Статистический метод адаптивной маршрутизации вызовов на основе комплексного критерия качества обслуживания позволяет оптимизировать план распределения потоков вызовов в условиях перегрузок в сети управления.
-
Использование комплексного критерия оценки качества обслуживания по маршрутам в информационной сети позволяет быстрее адаптироваться к изменяющейся ситуации в сети управления и
повысить качество обслуживания вызовов.
4. Предложенный подход к оценке времени передачи управляющей
информации может быть использован для выбора маршрутов передачи
управляющих сообщений в сети ОКС-7 при установлении сигнальных
соединений.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-практическом семинаре "Проблемы разработки, внедрения и эксплуатации цифровых систем коммутации" (Сергиев Посад. 1996), международном семинаре "Информационные сети, системы и технологии" (Ярославль, 1997), ІЛІІ научной сессии Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова (Москва, 1998), международной конференции "Современные математические методы исследования телекоммуникационных сетей" (Минск, 1999), Немецко-российском семинаре по цифровым сетям интегрального обслуживания (Дортмунд, 1999), научном семинаре "Информационные сети и системы" (Москва, 1999).
Личный вклад автора в получение научных результатов. Все основные научные результаты, изложенные в диссертационной работе,;получены автором лично.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано самостоятельно и в соавторстве 7 печатных работ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 115 страниц машинописного текста, 15 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 95. наименований.
