Содержание к диссертации
Введение
1. Передача голоса по сетям коммутации пакетов 15
1.1. Анализ принципов построения сетей NGN 15
1.1.1. Анализ архитектуры сетей связи следующего поколения 15
1.1.2. Изменение структуры сетей связи при внедрении сетей следующего поколения 17
1.1.3. Анализ физической структуры сетей связи следующего поколения 20
1.2. Особенности передачи речи в сетях NGN 23
1.2.1. Передача речи по сетям коммутации пакетов 23
1.2.2. Методы кодирования речи 26
1.2.3. Анализ функционирования механизма VAD 28
1.3. Качество речи, передаваемой по сетям NGN 34
1.3.1. Показатели качества сетей коммутации пакетов 34
1.3.2. Влияние показателей качества сетей коммутации пакетов на наложенный голосовой трафик 38
1.3.3. Меры по обеспечению качества передачи голоса через сети коммутации пакетов 41
1.4. Постановка задачи 45
1.4.1. Задача динамического контроля доступа вызовов в голосовых пакетных сетях 45
1.4.2. Алгоритм контроля доступа вызовов для кодеков с фиксированной интенсивностью передачи информации 49
1.4.3. Алгоритм контроля доступа вызовов для кодеков с переменной интенсивностью передачи информации 51
1.5. Выводы по главе 1 55
2. Математическая модель сегмента сети пакетной телефонии 57
2.1. Основные понятия и определения 57
2.1.1. Рассматриваемые процессы, основные обозначения 57
2.1.2. Индекс дисперсии для интервалов (ИДИ) 60
2.2. Моделирование процесса поступлений пакетов 63
2.2.1. Свойства отдельного источника пакетов 63
2.2.2. Наложение независимых голосовых источников 66
2.3. Аппроксимация MMRP при помощи ММРР 70
2.3.1. ИДИ отдельного источника 70
2.3.2. ИДИ суперпозиции голосовых источников 72
2.4. Обслуживание поступающего процесса заявок статистическим мультиплексором 75
2.4.1. Построение мультиплексора 75
2.4.2. Вычисление вероятности потерь для системы MMPP/D/1/K 76
2.5. Формирование критерия принятия вызовов на обслуживание 78
2.5.1. Оценка качества передачи речи согласно Е-модели 78
2.5.2. Взаимосвязь оценки MOS и R-фактора 80
2.6. Выводы по главе 2 83
3. Анализ статистических характеристик трафика сегмента сети пакетной телефонии 84
3.1. Сбор и предварительная обработка экспериментальных данных 84
3.1.1. Структурная схема исследуемого сегмента сети пакетной телефонии 84
3.1.2. Процедура формирования временных рядов 87
3.2. Анализ результатов измерений 90
3.2.1. Общий анализ полученных последовательностей 90
3.2.2. Анализ статистики на уровне телефонных вызовов 100
3.2.3. Анализ статистики на уровне ON/OFF периодов 107
3.3. Выводы по главе 3 112
4. Адаптивный алгоритм контроля доступа вызовов в сети пакетной телефонии 114
4.1. Принцип работы адаптивного алгоритма контроля доступа вызовов в сети пакетной телефонии 114
4.1.1. Уменьшение состояний исходного ММРР процесса 114
4.1.2. Оптимизация логики работы предлагаемого алгоритма 118
4.1.3. Формализация предложенного алгоритма 126
4.2. Моделирование сети пакетной телефонии, использующей адаптивный алгоритм контроля доступа вызовов 129
4.2.1. Общие замечания и положения 129
4.2.2. Моделирование временных процессов 131
4.3. Анализ результатов моделирования сети пакетной телефонии, использующей адаптивный алгоритм контроля доступа вызовов 134
4.3.1. Применение алгоритма в фиксированной сети связи 134
4.3.2. Применение алгоритма в мобильной сети связи 141
4.3.3. Результаты исследования производительности предложенного алгоритма 147
4.4. Выводы по главе 4 150
Заключение 152
Литература
- Изменение структуры сетей связи при внедрении сетей следующего поколения
- Индекс дисперсии для интервалов (ИДИ)
- Структурная схема исследуемого сегмента сети пакетной телефонии
- Оптимизация логики работы предлагаемого алгоритма
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие сетей связи следующего поколения (NGN), основывающихся на технологии коммутации пакетов, уже достигло того уровня, когда можно говорить об их широком использовании операторами связи, уделяющих большое внимание высокому качеству предоставления услуг. Вместе с тем, методики расчета подобных сетей до сих пор остаются недостаточно развитыми, и в большинстве случаев при их проектировании закладывается потребность в гораздо большей пропускной способности, чем оказывается необходимо на самом деле. Зачастую, при таких расчетах используются методы традиционной теории телетрафика, основывающейся на работах А.К. Эрланга, Т. Энгсета, Г. О Делла, К. Пальма, А.Я. Хинчина и др., предназначавшейся для расчета систем, использующих технологию коммутации каналов.
Использование технологии коммутации пакетов и ряда других сопутствующих технологий (например, технологии подавления пауз - VAD) приводит к принципиально иной структуре трафика, требующей разработки новых методов расчета и новых алгоритмов для таких сетей. Среди работ зарубежных ученых, посвященных данной тематике, можно выделить работы А. Андерсона (A. Anderson), А. Байоччи (A. Baiocchi), В. Виллингера (W. Willinger), К. Линдеманна (С. Lindemann), Д. Лукантони (D. Lucantoni), Д. Тоусли (D. Towsley) и др. Среди исследователей отечественной школы особый интерес представляют работы Г.П. Башарина, В.М. Вишневского, А.Н. Дудина, С.Н. Степанова, О.И. Шелухина и др. Основным направлением работ по данной тематике является разработка методик оценки производительности сетей связи следующего поколения, в то время как вопросу управления параметрами поступающих в сеть потоков трафика уделяется не столь большое внимание.
Применительно к передаче речи через пакетные сети, это означает, что принятые при проектировании сети NGN параметры кодирования речевой информации считаются неизменными в процессе ее эксплуатации, а расчет нагрузки, создаваемый пакетным голосовым трафиком производится исходя из этих фиксированных данных. Такая фиксация параметров кодирования вызовов, используемая на этапе проектирования сети, не позволяет оператору динамически адаптироваться к возникающим в сети перегрузкам, в результате чего или неэффективно используется доступная пропускная способность каналов связи, или снижается качество обслуживания абонентов.
Таким образом, разработка адаптивного алгоритма контроля доступа вызовов, позволяющего повысить эффективность использования ресурсов сети NGN, является актуальной.
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является разработка адаптивного двухступенчатого алгоритма контроля доступа вызовов, решающего описанную проблему. Разработанный алгоритм позволяет программному коммутатору принимать решения о наличии в сети NGN необходимых ресурсов для обслуживания вновь поступившего вызова. В случае отсутствия таковых, алгоритм позволяет модифицировать параметры уже установленных соединений для освобождения части сетевых ресурсов. Для разработки адаптивного алгоритма в работе были решены следующие основные задачи:
1. разработка математической модели сегмента сети пакетной телефонии
2. определение критерия принятия нового вызова на обслуживание при рассчитанных по математической модели характеристиках работы пакетной сети;
3. подготовка и проведение эксперимента по измерению (снятию) трафика сети пакетной телефонии, а также выполнение статистического анализа полученных реализаций трафика для оценки ряда параметров, используемых в математической модели;
4. разработка основных принципов функционирования нового адаптивного алгоритма контроля доступа вызовов в сети пакетной телефонии;
5. формализация предложенного алгоритма контроля доступа вызовов в сети пакетной телефонии, разработка блок-схемы алгоритма;
6. разработка принципов реализации предложенного алгоритма в существующих системах, программная реализация алгоритма;
7. проведение статистического эксперимента (имитационное моделирование на ПК) и оценка эффективности предложенного алгоритма.
Методы исследования. Для решения перечисленных задач в работе использовались методы теории вероятностей, теории марковских процессов, теории телетрафика, методы статистической обработки данных и имитационного моделирования.
Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные и практические результаты:
1. Разработана методика использования субъективной оценки качества связи, воспринимаемой абонентом (R-фактора), в качестве математически рассчитываемого критерия принятия вызова на обслуживание.
2. Проведено измерение и исследование голосового трафика на пакетном ядре GSM сети, использующей кодеки с переменной интенсивностью передачи информации. Насколько известно автору, подобное исследование трафика в коммерческой GSM сети было проведено впервые в РФ. Оценена эффективность внедрения механизма VAD на пакетных голосовых сетях, используемых GSM операторами, а также обнаружены специфические особенности распределения длительностей ON и OFF в них.
3. Сформулированы рекомендации по очередности изменения параметров кодирования вызовов в случае необходимости сокращения занимаемой ими пропускной способности на основании проведенного исследования влияния параметров кодирования голосовых соединений на занимаемую пропускную способность и качество передачи речи.
4. Разработан новый адаптивный алгоритм контроля доступа вызовов в сетях связи следующего поколения. Разработана программная реализация этого алгоритма на языке Java.
5. Разработана имитационная модель сегмента сети связи следующего поколения. При помощи этой модели проведено исследование работы предложенного алгоритма в фиксированной и мобильной сетях связи; оценено улучшение количественных и качественных показателей работы сети при его внедрении.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Результаты статистического анализа трафика пакетной мобильной сети, использующей кодеки с переменной и фиксированной интенсивностью передачи информации.
2. Применение технологии VAD в мобильных сетях менее эффективно, чем в фиксированных. Согласно проведенным исследованиям, в мобильной сети ON периоды занимали 77% времени разговора, что отличается от известных результатов, для фиксированных сетей, опубликованных в литературе, указывающих на цифру около 40%.
3. Предложенный алгоритм позволяет избежать перегрузок на сети, динамически принимая решение об отказе в установлении соединения при отсутствии достаточного количества ресурсов в сети.
4. Предложенный алгоритм контроля доступа вызовов позволяет до 7-ми раз увеличить пропускную способность фиксированной сети пакетной телефонии, выраженную в Эрлангах. В мобильной сети пропускная способность возрастает до 2-ух раз.
5. Предложенный алгоритм позволяет значительно увеличить качество связи в моменты недогрузки сети. В фиксированных сетях увеличение значения R-фактора составляет 15 пунктов, а в мобильных сетях - 12 пунктов.
6. Результаты анализа быстродействия созданной программной реализации предложенного алгоритма, показывающие, что разработанный алгоритм может применяться в режиме реального времени в системах с каналами, эквивалентными по пропускной способности сотням потоков Е1.
Личный вклад. Все эксперименты по снятию сетевого трафика и имитационному моделированию предложенного алгоритма подготовлены и проведены автором самостоятельно. Также самостоятельно разработана программная реализация предложенного алгоритма и получены все остальные результаты диссертационной работы.
Практическая ценность работы и её реализация. Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы при проектировании мобильных и фиксированных сетей связи следующего поколения. Разработанный алгоритм контроля доступа вызовов может использоваться в сетях связи следующего поколения для повышения их пропускной способности по вызовам, а также улучшения качества передачи речи в моменты недогрузки.
Предложенный в работе алгоритм внедрен в эксплуатацию на сети пакетной телефонии ООО «АГ Телеком». Полученные в работе результаты используются в ЗАО «АМТ Груп» при проектировании сетей связи следующего поколения, а также внедрены в учебный процесс на кафедре ИСиС МТУСИ в качестве одного из компонентов в рамках процесса обучения студентов по специальности 200900 «Сети связи и системы коммутации». Использование результатов работы засвидетельствовано в соответствующих актах.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной сессии РНТОРЭС им. А.С. Попова, посвященной Дню Радио (60 сессия); научных конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ (2005 - 2006 годы); на конференциях «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации (2004 - 2006 годы); на кафедре ИСиС МТУСИ.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 9 печатных работ (из них 4 - статьи в ведущих научных журналах).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 86 наименований.
Краткое содержание работы. Во введении обосновывается актуальность решаемой в диссертации научно-технической проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, описывается научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе, посвященной принципам построения сетей связи следующего поколения, рассматривается логическая и физическая структура этих сетей, особенности передачи речи через такие сети, типы используемых кодеков, а также технология VAD, использование которой значительно усложняет профиль пакетного голосового трафика. Кроме того, в первой главе производится анализ характеристик качества передачи речевой информации через сети коммутации пакетов, и рассматриваются основные методы его обеспечения. Если в сети не используется технология VAD, то одним из таких методов является применение достаточно простых и эффективных алгоритмов контроля доступа вызовов. В то же время, подобные алгоритмы обладают рядом недостатков, как общего, так и частного характера, делающих их применение невозможным в случае включения технологии VAD на сети. В связи с этим предлагается реализовать новый динамический алгоритм контроля доступа вызовов, избавленный от описанных недостатков, и формулируются основные задачи, которые необходимо решить для этой цели.
Вторая глава посвящена описанию математической модели сегмента сети связи следующего поколения, которую предполагается использовать в разрабатываемом алгоритме. Рассматривается MMRP процесс, позволяющий точно описать суперпозицию нескольких голосовых соединений, а также его аппроксимация - ММРР процесс. Излагается алгоритм точного расчета модели MMPP/D/1/K, позволяющей получить среднюю задержку и вероятность потерь пакетов в системе. Описывается предлагаемый для разрабатываемого алгоритма критерий принятия вызова на обслуживание -R-фактор, отражающий субъективное восприятие качества связи абонентом, и получаемый на основании результатов расчетов модели MMPP/D/1/K.
В третьей главе приводятся результаты эксперимента по сбору и исследованию голосового трафика пакетной мобильной сети, использующей технологию VAD. Насколько нам известно, подобное исследование трафика в реальной коммерческой пакетной сети было проведено впервые в РФ, поэтому приведенные в данной главе результаты имеют особую ценность. В третьей главе, наряду с общим анализом полученных последовательностей, приводятся результаты анализа эффективности статистического мультиплексирования для голосовых соединений, использующих технологию VAD а также исследуется распределение длительностей ON и OFF периодов. Часть результатов, полученных в данной главе, используется в разрабатываемом алгоритме контроля доступа вызовов для учета специфики сети связи.
В четвертой главе описываются дополнительные упрощения, вносимые в математическую модель, для обеспечения возможности выполнения разрабатываемого алгоритма в режиме реального времени. После этого, в окончательном виде формулируется разработанный алгоритм контроля доступа вызовов и приводится его блок-схема. В главе также приводятся результаты имитационного моделирования работы данного алгоритма в сетях мобильной и фиксированной связи, показывающие, что пропускная способность по вызовам в фиксированных сетях в рассмотренных случаях увеличивается более чем в 7 раз, а в мобильных сетях более чем в 2 раза. В других случаях, использование алгоритма позволяет улучшить качество обслуживания, измеряемое согласно рекомендации G.107 МСЭ-Т, с уровня «некоторые пользователи не удовлетворены» до уровня «очень удовлетворены» в сетях фиксированной связи и с «многие пользователи не удовлетворены» до «некоторые пользователи не удовлетворены» в сетях мобильной связи.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
Изменение структуры сетей связи при внедрении сетей следующего поколения
Актуальность перехода российскими операторами мобильной связи к применению многофункциональных опорных сетей на идеологии NGN определяется рядом факторов: - использованием современных и перспективных технологий (оборудования) передачи данных в сети СПС 2.5G; - соотношением голосового трафика и трафика передачи данных, циркулирующего в сети СПС 2.5G; - диверсификацией деятельности оператора сотовой связи 2.5G, т.е. предоставлением не только услуг сотовой подвижной связи, но и других услуг связи — традиционной телефонии, широкополосного доступа в Интернет с использованием альтернативных радиотехнологий (Wi-Fi, WiMAX, др.), ІР-телефонии, видеоконференцсвязи и др.; - необходимостью оптимизации затрат на развертывание распределенной корпоративной ЛВС оператора сети СПС за счет применение единой транспортной сети; - технологическими требованиями со стороны применяемых решений 3G (UMTS, IMT, ....) по использованию определенных сетевых интерфейсов для взаимосвязи структурных элементов сети СПС (например, IP, ATM).
Отметим, что критичным для оператора сети СПС является выбор момента перехода к многофункциональной опорной сети, поскольку модернизация существующей транспортной сети или строительство новой мультисервисной транспортной сети должны осуществляться с учетом перспективного прогноза изменения долевого соотношения различных видов трафика в сети и возможной диверсификации операторской деятельности.
В соответствии с требованиями последних стандартов ETSI/3GPP сеть UMTS должна включать в себя только PS-сегмент (с коммутацией пакетов). Для построения PS-сегмента нормативными документами предлагается двухуровневая архитектура, базирующаяся на технологии IP [47]. Нижний уровень состоит из совокупности внутренних сетей, принадлежащих отдельным операторам сотовой связи и объединяющих узлы (фрагменты сети) одного оператора. При этом основой для построения PS-сегмента базовой сети могут служить PS-сегменты сетей стандарта GSM фазы 2+ с учетом требований по включению дополнительных интерфейсов, предусмотренных стандартами UMTS.
Сетевые аспекты внедрения систем 3G/UMTS в РФ были исследованы в НИР "Разработка сетевых аспектов развития сетей связи 3-го поколения в России" (шифр "CeTb-3G") [79]. Эта НИР проводилась в 2001-2003 г.г. российской Ассоциацией 3G совместно с ведущими отраслевыми НИИ (ЛОНИИС, НИИР, ЦНИИС, ГИПРОСВЯЗЬ, ГСПИ РТВ). Одним из основных результатов этой НИР являлась разработка принципов поэтапного создания транспортной инфраструктуры для пакетной передачи данных для сетей 3G.
В качестве основных факторов, определяющих требования к структуре транспортной сети UMTS и характеристикам транспортных услуг в части обеспечения требуемого качества обслуживания, рассматриваются значительная географическая протяжённость и неравномерность развития инфраструктуры сетей связи, входящих в Единую Сеть Связи РФ. С целью оптимизации финансовых и временных затрат на развертывание сетей 3G/UMTS и наиболее полного охвата услугами населения предлагается использовать ресурсы мультисервисных транспортных сетей разных операторов, отвечающих указанным выше требованиям.
Необходимость модернизации ТфОП является одним из основных движущих факторов внедрения решений NGN на сетях фиксированной связи РФ. Основные причины модернизации ТфОП: изменение спроса на услуги связи, возрастание спроса на дополнительные услуги; - необходимость гибкой адаптации и персонализации услуг под индивидуальные потребности абонента; - выравнивание объемов телефонного трафика и трафика данных (Интернет, корпоративные сети); - моральный и физический износ существующего оборудования.
Место и технология внедрения решений NGN в фиксированных сетях
ТфОП российских операторов регламентируются отраслевым нормативным документом - РТМ "Принципы построения мультисервисных местных сетей электросвязи"[82].
Предполагается, что модернизация ТфОП в направлении NGN будет происходить путем эволюционной согласованной замены различных элементов ТфОП (аналоговых и цифровых на базе TDM-решений) на решения NGN в составе транспортной сети NGN, SoftSwitch, мультимедиа-шлюзов, мультисервисных абонентских платформ доступа, платформ приложений на базе IMS и др.
Индекс дисперсии для интервалов (ИДИ)
Отдельным источником пакетов в данной работе является телефонное соединение, установленное из рассматриваемого узла сети и передающее пакеты на магистральный уровень СПД. Рассмотрим две модели отдельного источника пакетов. Первая предусматривает фиксированное время между генерацией источником пакетов и может рассматриваться как точное описание источника, в то время как вторую модель с экспоненциально распределёнными временами между генерацией пакетов следует рассматривать как аппроксимацию точного описания. Хотя вторая модель широко применяется при расчетах ATM сетей (см., например, работы [3, 4, 42]), после определенной адаптации она может быть использована для описания сетей пакетной телефонии. Такая адаптация будет проведена в текущей главе.
Рассмотрим первую модель, т.е. случай детерминированных времен между поступлениями пакетов Телефонный разговор описывается при помощи потока пакетов с фиксированными временами между поступлениями Т во время периодов речевой активности (ON-периоды). Считается, что во время пауз поступлений пакетов нет (OFF-период). Предполагается, что все пакеты имеют одинаковую длину.
Число пакетов во время речевой активности обозначается стохастической переменной Nb, которая предполагается геометрически распределённой с положительными целыми значениями со средним значением п. Это означает, что во время речевой активности всегда генерируется хотя бы один пакет. На рис. 2.2 показано поведение отдельного источника с детерминированными временами между поступлениями.
Предполагается, что ON и OFF-периоды экспоненциально 1 1 распределены со средним значением — и этот случаи хорошо описан и а Р обсуждался в [26]. Телефонный разговор можно рассматривать как процесс рождения и гибели с двумя состояниями с интенсивностью рождения р и интенсивностью гибели а. Одно состояние соответствует периодам молчания, а другое - периодам голосовой активности. Во время периодов 1 голосовой активности пакеты генерируются со скоростью — пакетов в секунду. На рис. 2.3 показан граф модели процесса рождения и гибели с двумя состояниями, характеризующий генерацию пакетов одним телефонным разговором. как времена между поступлениями распределены экспоненциально, то генерацию пакетов за время ON-периода можно рассматривать как пуассоновский процесс с интенсивностью —. На рис. 2.4 показано поведение отдельного источника с экспоненциально распределёнными временами между поступлениями.
Экспоненциально распределённые времена между поступлениями пакетов Для описания процесса генерирования пакетов мы можем воспользоваться процессом рождения и гибели с двумя состояниями, где одно состояние отражает периоды пауз, а другое состояние отражает периоды речевой активности, где пакеты генерируются в соответствии с пуассоновским процессом с интенсивностью —. Граф модели процесса рождения и гибели показан на рис. 2.5.
Структурная схема исследуемого сегмента сети пакетной телефонии
Эксперимент по снятию трафика проводился на оборудовании сети пакетной телефонии одного из региональных операторов мобильной связи. Для проверки концепции построения мультисервиснои транспортной сети этим оператором была организована пилотную зона пакетной телефонии, состоящая из трех узлов, находящихся в разных субъектах РФ. Соединение узлов было произведено посредством существующих каналов связи El, а также IP VPN.
В состав пилотной зоны входили: маршрутизаторы Cisco 2610/2611 ХМ, выполняющие функции маршрутизации голосовых IP-потоков, идущих от шлюзов; голосовые шлюзы Cisco 5350 и AudioCodes Mediant 2000, выполняющие функции компрессии голосовых потоков получаемых от MSC и преобразующие их в IP/RTP-поток; шлюз сигнализации и пункт транзитной сигнализации ОКС№7 Cisco ITP, использующийся для обработки и передачи сигнализации стека ОКС№7 Программный коммутатор PGW2200 компании Cisco и программный коммутатор NetCentrex CCS, выполняющие функции управления голосовыми шлюзами по протоколу MGCP.
Для сбора трафика использовался сервер под управлением операционной системы Linux с установленной на нем утилитой tcpdump, которая обеспечивает точность определения времени получения пакета 10 сек. Компьютер был подключен к сети таким образом, чтобы фиксировать весь трафик, проходящий между региональными узлами. Всего было записано две последовательности трафика: с включенным и выключенным алгоритмом VAD.
Процедура записи первой последовательности трафика (алгоритм VAD выключен) началась 18 мая 2005 года (четверг) в 15.00 и закончилась 18 мая в 18.00 по московскому времени. Общая длительность записи составила 3 часа. В результате была получена реализация трафика «180505_novad.cap», включающая в себя 10760428 IP пакетов, общим объемом 804374461 байт, сгенерированных 3797-ю вызовами.
Процедура записи второй последовательности трафика (алгоритм VAD включен) началась 19 мая 2005 года (пятница) в 15.00 и закончилась 19 мая в 18.00 по московскому времени. Общая длительность записи составила 3 часа. В результате была получена реализация трафика «190505_vad.cap», включающая в себя 11466978 IP пакетов, общим объемом 829177306 байт, сгенерированных 3863-мя вызовами.
Все зафиксированные пакеты записывались в файл формата tcpdump. Разделение общего собранного трафика на категории (входящий и исходящий, голосовой, сигнальный, трафик данных и пр.) производилось в ходе его дальнейшей обработки на основе адресной информации.
После декодирования исходного файла в текстовый формат, данные наблюдений были представлены следующими десятью колонками в ASCII кодировке: порядковый номер - порядковый номер пакета в записи; размер - длина пакета, выраженная в байтах; абс. время - величина промежутка времени от начала эксперимента до передачи рассматриваемого пакета; отн. время - величина промежутка времени от передачи предыдущего пакета до передачи рассматриваемого пакета; отправитель - IP адрес отправителя пакета; получатель - IP адрес получателя пакета; порт отправителя - IP порт отправителя пакета; порт получателя - IP порт получателя пакета; протокол - тип протокола сессионного уровня (для передачи голоса через сети коммутации пакетов используется протокол RTP); Session ID - идентификатор сессии, позволяющий сопоставить каждый пакет с установленным соединением.
Оптимизация логики работы предлагаемого алгоритма
Следует заметить, в случае 0.5 Н 1 говорят о персистентном (поддерживающемся) поведении процесса либо о том, что процесс обладает длительной памятью. Другими словами, если в течение некоторого времени в прошлом наблюдались положительные приращения процесса, то есть происходило увеличение, то и впредь в среднем будет происходить увеличение.
Иначе говоря, вероятность того, что процесс на і+l шаге отклоняется от среднего в том же направлении, что и на і шаге настолько велика, насколько параметр Н близок к 1. Т.е. персистентные стохастические процессы обнаруживают четко выраженные тенденции изменения при относительно малом "шуме".
В случае 0 Н 0.5 говорят о антиперсистентности процесса. Здесь высокие значения процесса следуют за низкими, и наоборот. Другими словами, вероятность того, что і+l шаге процесс отклоняется от среднего в противоположном направлении (по отношению к отклонению на і шаге) настолько велика, насколько параметр Н близок к 0. При Н=0.5 отклонения процесса от среднего являются действительно случайными и не зависят от предыдущих значений, что соответствует случаю Броуновского движения.
В завершении общего анализа полученных последовательностей рассмотрим распределение длин пакетов, приведенное на рис. 3.11 для случая с выключенным механизмом VAD, и на рис. 3.12 для случая с включенным механизмом VAD.
Приведенные распределения, а также анализ исходных файлов позволяют сделать следующие основные выводы.
Наиболее часто встречающимися пакетами в полученных последовательностях являются голосовые пакеты RTP размером 74 байта. Такие пакеты доминируют над остальными, составляя 99.18% и 97.4% (для последовательностей 180505_novad.cap и 190505_vad.cap соответственно) от общего числа сохраненных пакетов.
Такие данные говорят о высокой репрезентативности проведенных измерений, в результате которых был сохранен и проанализирован только трафик пакетной телефонии без примесей потоков данных, создаваемых другими устройствами мультисервисной сети.
Следующие два наиболее часто встречающихся типа пакетов - это служебные пакеты RTCP размером 174 байт, использующиеся голосовыми шлюзами для передачи между собой информации о качестве передаваемого голосового трафика, а также «пустые» RTP пакеты размером 60 байт, передаваемые в момент наступления OFF периода и содержащие в себе спектральные характеристики фонового шума.
Доля RTCP пакетов для обеих последовательностей должна быть одинаковой т.к. их генерация не зависит от того, включен или выключен механизм VAD. Это подтверждается экспериментальными данными, согласно которым доля этих пакетов составляет 0.42% и 0.39% (для последовательностей 180505_novad.cap и 190505_vad.cap соответственно).
Что касается «пустых» пакетов RTP, то, согласно теории, они должны присутствовать только в последовательности 190505_vad.cap. В то же время, результаты эксперимента показывают, что доля пакетов длиной 60 байт составляет 0.18% и 1.68% для последовательностей 180505_novad.cap и 190505_vad.cap соответственно.
Наблюдаемое присутствие 60-байтных пакетов в случае выключенного механизма VAD объясняется, наличием сигнальных сообщений служебного протокола второго уровня STP (Spanning Tree Protocol) [34], имеющих именно такую длину, а не передачей «пустых» пакетов RTP, что в данном случае противоречило бы международным стандартам.
