Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ особенностей построения современных сетей сотовой подвижной связи (мобильных сетей) 11
1.1 Анализ развития сотовой связи 12
1.2 Характеристики развития систем сотовой подвижной связи в России 18
1.3 Исследование перспектив развития СПС 20
1.3.1. СПС третьего поколения 22
1.4. Особенности российского рынка СПС 30
1.5. Исследование принципов построение и функционирования сотовых СПС 31
1.5.1. Характеристики цифровых сотовых сетей подвижной связи 32
1.5.2. Особенности построения цифровых СПС с макросотовой структурой 35
1.5.3. Общая архитектура и алгоритмы функционирования систем сотовой связи 41
1.5.4. Процедура установления и разъединения базового соединения в СПС при взаимодействии по сети ОКС-7 48
1.6. Выводы по главе 1 50
Глава 2. Разработка архитектуры сети СПС с распределенной системой баз данных 51
2.1. Анализ методов адаптивной маршрутизации в сетях сотовой связи...51
2.1.1. Анализ принципов динамического управления потоками информации 51
2.1.2. Классификация методов маршрутизации в информационных сетях 54
2.1.3. Особенности детерминированных методов адаптивной маршрутизации 56
2.1.4. Особенности статистических методов адаптивной маршрутизации 60
2.1.5. Комбинированные методы адаптивной маршрутизации 62
2.2. Централизованные системы сотовой подвижной связи 64
2.2.1. Обобщенный процесс регистрации и поиска абонента в сети СПС с
централизованной системой баз данных 69
2.2.1.1. Первичная регистрация 69
2.2.1.2. Регистрация пользователя при перемещении посети 70
2.2.1.3. Установление связи 73
2.2.2. Исследование методов регистрации МТ на сети с
централизованной иерархией баз данных 76
2.2.2.1. Кэширование местоположения абонента 77
2.2.2.2. Репродукция параметров пользователя 79
2.2.2.3. Пересылка указателя 80
2.2.2.4. Локальное закрепление 82
2.3. Распределенные системы СПС 84
2.3.1. СПС основанная на стандартной схеме 86
2.3.2. Схема разбиения 87
2.3.3. Игровой метод поиска МТ 89
2.3.4. Распределенный метод регистрации 90
2.3.4.1. Закрепление идентификационного номера за абонентом (Первичная регистрация) 92
2.3.4.2. Регистрация пользователя при его перемещении по сети 94
2.3.4.3. Установление связи 97
2.4. Принципы построения и функционирования сети сигнализации ОКС-7 99
2.5. Выводы по главе 2 110
3. Анализ среднего времени пребывания заявки в системе обслуживания 112
3.1. Анализ влияния задержек передачи управляющей информации по сети управления на потери в информационной сети 112
3.2. Анализ эффективности учёта времени установления соединения в сети 118
3.3. Оценочное сравнение среднего времени пребывания заявки в системе обслуживания централизованного и распределенного принципов построения баз данных сети СПС 121
3.4. Выводы по главе 3 127
4. Исследование эффективности метода адаптивного управления распределением потоков управляющей информации на сети с распределенной иерархией баз данных 128
4.1. Разработка метода оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска мобильного абонента сотовой сети 129
4.2. Разработка обобщенного параметра надежности и принципа выбора маршрута 133
4.3. Разработка методики динамического управления потоками сигнальной информации на сетях СПС с распределенной схемой построения БД 135
4.3.1. Построение таблиц маршрутизации при адаптированном управлении распределением потоков информации на основе игрового метода управления 135
4.4. Разработка имитационной модели сети СПС с адаптивной маршрутизацией 143
4.5. Анализ эффективности метода адаптивного управления распределением потоков сигнальной информации на сети сотовой подвижной связи с учётом времени установления соединения 150
4.6. Выводы по главе 4 152
Заключение 153
Список основных сокращений 154
Список литературы 155
- Особенности построения цифровых СПС с макросотовой структурой
- Особенности детерминированных методов адаптивной маршрутизации
- Анализ влияния задержек передачи управляющей информации по сети управления на потери в информационной сети
- Построение таблиц маршрутизации при адаптированном управлении распределением потоков информации на основе игрового метода управления
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В сфере телекоммуникаций мобильная телефонная связь играет все возрастающую роль. Открываются новые коммерческие возможности, растет конкуренция. Проложить путь в это многообещающее будущее можно только за счет обеспечения плавного перехода от существующих систем к системам третьего поколения.
В следующем десятилетии в мире ожидается колоссальный прирост численности абонентов сетей мобильной связи. Азия станет наиболее важным регионом мобильного сообщества. На нее придется крупнейшая доля рынка подвижной связи.
По расчетам UMTS Form, только стандартом GSM к 2001 году пользовались более 500 миллионов абонентов [1, 2]. ED Прочие страны Северная Америка НАТР Евросоюз
Абоненты мобильной связи во всем мире (Источник: UMTS Forum)
При существующих методах управления сигнальной информацией, такое стремительное увеличение числа пользователей системой мобильной связи ведет к возникновению большого числа трудностей.
Одной из важнейших проблем является большая вероятность перегрузок и сбоев в работе сети, которые в свою очередь могут привести к большим финансовым потерям.
Учитывая все вышеизложенное можно утверждать, что тема исследований, связанная с разработкой методики обмена управляющей информацией в условиях современного роста числа абонентов, а так же сложности и объемов информации, актуальна.
Цель и задачи диссертационного исследования. Основной целью диссертационной работы является разработка и исследование метода обмена управляющей информацией на мобильных сетях.
Для реализации основной цели исследований в работе поставлены следующие задачи: провести анализ различных по структуре сетей сотовой мобильной связи; провести анализ используемых методов передачи управляющей информации на сетях с различными видами архитектуры; проанализировать влияние задержки при передаче управляющей информации на потери; разработать метод передачи управляющей информации с целью уменьшения времени установления соединения на сети мобильной связи; оценить и проанализировать характеристики сетей с различными видами архитектуры.
Объект исследования. Объектом исследования является сеть сотовой мобильной связи с разными иерархиями баз данных: централизованной и распределенной.
Теоретическая, методологическая основа и информационная база исследования. Исследование базируется на теоретических и методологических положениях.
Для проведения исследований использовались методы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории автоматической коммутации, теории сетей электросвязи, математической статистики, а также методы имитационного моделирования.
Для расчета оценочных характеристик использовались компьютерные программы, информационные технологии и специализированные прикладные программные продукты.
Источником исходной статистической информации являлись данные, публикуемые Государственным комитетом по статистике РФ, Министерством связи и информатизации, а также материалы периодической печати и источники Internet.
Научная новизна исследований, проведенных в диссертационной работе, состоит в следующем:
Проведен аналитический обзор различных по структуре сетей сотовой мобильной связи;
Проведен анализ используемых методов передачи сигнальной информации на сетях с различными видами архитектуры, который показал, что использование централизованной базы данных может привести к перегрузкам на сети сигнализации в зоне HLR;
Проанализировано влияние задержки при передаче управляющей информации на потери вызовов в сети связи;
Разработана схема построения сети сотовой мобильной связи с распределенной иерархией баз данных;
Разработан метод передачи управляющей информации на сети мобильной связи с распределенной базой данных при регистрации и поиске мобильного абонента;
Разработан метод динамического управления потоками сигнальной информации на сетях СПС с распределенной схемой построения БД.
Разработан алгоритм применения игрового метода управления маршрутами при передаче сигнальной информации;
Проведено оценочное сравнение характеристик сетей с централизованной и распределенной базами данных;
Проведен анализ эффективности учёта времени установления соединения в сети сотовой мобильной связи; * Разработан метод оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска мобильного абонента сотовой сети. Практическая ценность работы и использование ее результатов.
Разработаны рекомендации по внедрению метода передачи управляющей информации на сети мобильной связи.
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 сетей СПС общего и специального назначения.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научном семинаре «Информационные сети и системы» в Российском научно-техническом обществе радиотехники, электроники и связи им.А.С.Попова (Москва), на III Международной конференции «Новые информационные технологии в образовании» (Минск), на Международной конференции посвященной новейшим компьютерным системам (Szczecin, Польша), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического * состава(МТУСИ, Москва), на VI-й Международной конференции «Информационные сети и системы» (Санкт-Петербург).
Основные положения, выносимые на защиту.
Аналитический обзор различных по структуре сетей сотовой связи и анализ методов передачи сигнальной информации;
Анализ влияния задержки при передаче управляющей информации на потери вызовов в сети связи;
Схема построения сети сотовой мобильной связи с распределенной иерархией баз данных;
Метод передачи управляющей информации на сети мобильной связи с распределенной иерархией баз данных при регистрации и поиске МА;
Метод динамического управления потоками сигнальной информации на сетях СПС с распределенной БД;
Оценочное сравнение времени установления соединения и параметра задержки на сетях с централизованной и распределенной БД;
Алгоритм применения игрового метода управления маршрутами при передаче сигнальной информации;
Метод оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска мобильного абонента сотовой сети. Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано самостоятельно и в соавторстве 9 печатных работ.
Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в настоящей диссертационной работе, получены автором лично.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 160 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 7 таблиц. Список литературы включает 105 наименований.
Во введении кратко излагаются: состояние проблемы, поставленные задачи и характеристика предметной области. Определяются актуальность темы диссертационной работы, формулируются цели и задачи исследования, объект, предмет и методы исследования, оцениваются научная новизна, научная и практическая значимость полученных результатов, формулируются основные положения работы, выносимые на защиту, указывается степень апробации результатов работы.
Первая глава посвящена основным положения построения современных сетей сотовой подвижной связи, вопросам истории развития мобильной связи в мире, а также особенностям Российского рынка связи. Исследованы перспективы развития СПС.
Во второй главе проведен анализ методов распределения потоков сигнальной информации по сети СПС, Исследован централизованный принцип построения базы данных и разработан метод построения архитектуры сети сотовой связи с распределенной базой данных, который позволяет существенно снизить нагрузку на сеть сигнализации.
В третьей главе проведен анализ среднего времени пребывания заявки в системе обслуживания. Проведен сравнительный анализ среднего времени обслуживания заявки при централизованном и распределенном принципах построения баз данных.
Четвертая глава посвящена разработке метода динамического управления потоками сигнальной информации и разработке алгоритма применения игрового метода управления маршрутами при передаче сигнальной информации. Также в этой главе приведен метод оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска МА в сравнении с централизованной.
Особенности построения цифровых СПС с макросотовой структурой
С 1994 года ETSI в рамках Технического комитета по подвижной связи (GSM) осуществляет разработку проекта, получившего название CAMEL (Customized Applications for Mobil Enhanced Logic), предусматривающего поэтапную спецификацию протокола CAP (CAMEL Application Part) и сетевых возможностей, позволяющих осуществлять интеграцию СПС и ИСС (интеллектуальной сети связи) на уровне сетевых платформ (технических средств). Предполагается, что аппаратно-программные средства основных европейских поставщиков оборудования подвижной связи уже с 1998 года будут поддерживать функциональные возможности CAMEL (GSM 2+). Более 200 операторов GSM , присоединившихся к Меморандуму о взаимопонимании (MoU-GSM), поддержали необходимость внедрения новых функциональных возможностей, обеспечивающих предоставление "блуждающим" абонентам услуг ИСС.
Интересна новая система СПС NEAX61 PHS, получившая распространение, в частности, в Японии и позволившая увеличить коэффициент использования частот благодаря микросотовой концепции и малой зоне действия базовой станции (радиус соты 100 ... 500 м). Данная система очень хорошо приспособлена для построения сетей с высокой плотностью абонентов и очень крупных сетей.
Система PHS проста в обращении и более гибкая по сравнению с традиционными сотовыми системами - абонентский терминал может быть использован в качестве беспроводного телефона дома, мобильного телефона в общественных местах или радио терминала в беспроводных УАТС. Следует отметить, что система PHS не является прямым конкурентом традиционных сотовых систем, а дополняет их предоставляя операторам новые возможности для расширения рынка. (Однако надо иметь в виду, что Администрацией связи России решение о внедрении этой системы на ВСС России пока не принималось.)
Мобильная связь развивается в мире стремительными темпами, непрерывно расширяя объем и качество предоставляемых услуг, делая их массовыми, общедоступными и приспособленными к индивидуальным потребностям пользователей. Реализация новых возможностей обеспечивается как за счет совершенствования существующих сетей, так и реализации новых технических решений, связанных с созданием глобальной сетевой инфраструктуры.
Одним из наиболее грандиозных проектов конца XX века является концепция IMT-2000. В ее основе лежит идея создания нового поколения семейства систем беспроводного доступа, сотовой и спутниковой связи [45, 50].
На современном этапе развития техники изготовление двухрежимных терминалов значительно упростилось и увеличение их стоимости, по сравнению с однорежимными, незначительно. Это факт стал переломным моментом в развитии мобильной связи. Появление многорежимных терминалов практически сняло вопрос о едином стандарте, который несколько лет назад стоял достаточно остро.
Прогнозы показывают, что определяющей тенденцией будущего явится слияние мобильной связи с другими технологиями. Начавшийся процесс конвергенции услуг фиксированной и мобильной связи продолжится, охватывая все новые области, включая определение местоположения и мобильную коммерцию.
Однако наибольших успехов следует ожидать в области электронной коммерции. Будет значительно расширен вид банковских услуг, получаемых непосредственно с мобильного телефона. В их число войдут платные информационно-справочные услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов, парковок), и в перспективе, - совершение всех видов банковских операций с мобильных сотовых телефонов, что фактически превратит их в «карманные банкоматы». Развитие телекоммуникационных систем в последние годы происходит лавинообразно. И этим мы во многом обязаны понятию «мультимедиа», которое стремительно ворвалось в нашу жизнь. Говоря о системах 3-го поколения, услуги принято делить на две группы: не мультимедийные (узкополосная речь, низкоскоростная передача данных, трафик сетей с коммутацией каналов) и мультимедийные (асимметричные и интерактивные услуги широкополосной связи, передача видео и мобильный доступ к Internet).
Быстро растущая потребность в мультимедийных услугах для мобильных абонентов приводит к необходимости искать значительно более широкие полосы частот, чем те, которые используются в системах 2-го поколения [71-72,79,82-87]. Несмотря на то, что все наиболее «привлекательные» участки спектра лежат ниже 1 ГГц, «частотная планка» постепенно поднимается вверх. В рамках IMT-2000 верхняя граница частотного диапазона уже увеличена до 2,2 ГГц и это не предел. В ближайшие годы планируется поднять ее еще выше - до 2,5 ГГц.
Следует отметить, что перспективы создания систем 3-го поколения сегодня представляются более благоприятными, чем это было десять лет назад перед появлением цифровых систем 2-го поколения. Внедрение систем 2-го поколения проходило на мировом рынке за непродолжительное время и развивалось исключительно путем «вытеснения» старых технологий, с которыми не предполагалось обеспечение преемственности.
С внедрением систем 3-го поколения начнется продолжительный период совместного существования ГМТ-2000 и систем 2-го поколения. Благодаря различиям в ассортименте и стоимости предоставляемых услуг новые технологии будут не конкурировать, а гармонически дополнять друг друга.
Несмотря на резкий прорыв высокоскоростных технологий еще рано говорить о предоставлении услуг массовому пользователю. Основная причина в слишком высокой стоимости абонентского оборудования, по крайней мере, на начальном этапе развертывания систем мобильной связи 3-го поколения.
Сегодня мобильная связь является одной из наиболее динамично развивающихся телекоммуникационных отраслей. Согласно данным Форума UMTS число мобильных абонентов в 2000 г. составляло 426 млн. (табл. 1.1.) Из 200 млн. европейских абонентов услугами систем 3-го поколения (3G) в 2005 г. воспользуются 16%, т.е. 32 млн., а объем мультимедийного трафика превысит 60%. Данные выводы справедливы при условии, что увеличение тарифов будет происходить существенно медленнее, чем рост трафика.
В последующие годы аналитики предсказывают еще более бурный рост пользователей услуг мобильной связи. Ожидается, что к 2005 г. мобильная связь превзойдет по числу пользователей традиционные проводные телефонные сети (табл.1.2.), а к 2015 г. абонентами мобильной связи могут стать 3 млрд. человек.
Мобильные сети 3-го поколения также обеспечат естественное расширение спектра немультимедийных услуг, предоставляемых в настоящее время с помощью сетей GSM, TDMA, cdmaOne и PDC. Перспективы создания 3G более благоприятные, чем это было десять лет назад перед появлением систем 2G. Внедрение систем 2G проходило на мировом рынке за непродолжительное время и развивалось исключительно путем «вытеснения» старых технологий, с которыми не предполагалась взаимосвязь и преемственность.
Особенности детерминированных методов адаптивной маршрутизации
Несмотря на разнообразие стандартов сотовой связи, алгоритмы их функционирования, независимо от имеющихся особенностей, в основном сходны. Для абонента практически нет никакой разницы, в каком стандарте осуществляется связь. Если ему нужно позвонить, то он просто нажимает клавишу на своем радиотелефоне (это может быть любой сотовый радиотелефон), что соответствует снятию трубки обычного телефона. Когда же радиотелефон находится в режиме ожидания (состояние «трубка положена» обычного телефона) , его приемное устройство постоянно сканирует (просматривает) либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам передается сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового радиотелефона вызываемого абонента.
Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведет к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путем автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной технической литературе — handover, или handqff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приемником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передается в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдает команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Это происходит так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключении.
Иногда возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имеющихся на всех близко расположенных базовых станциях. Это происходит тогда, когда все каналы станций заняты обслуживанием абонентов и нет ни одного свободного и поступает очередная заявка на обслуживание от подвижного абонента. В этом случае как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты. При этом происходит поочередное переключение каналов в пределах одной и той же базовой станции для обеспечения связью всех абонентов.
Одна из важных услуг сети сотовой связи — предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или даже страну, причем сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто не успел застать его дома. В сотовой радиосвязи такая возможность называется роуминг (от англ. roam — скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т. п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Иными словами, применительно к сотовым системам для обеспечения роуминга необходимо выполнение трех условий: Наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой был приобретен радиотелефон Наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов Наличие каналов связи между системами, обеспечивающих передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов При перемещении абонента в другую сеть ее центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент. При организации роуминга недостаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно еще решить проблему взаиморасчетов между операторами этих сетей. Различают три вида роуминга: Автоматический (именно с этой формой за рубежом обычно и связывают понятие роуминга), т. е. предоставление абоненту возможности выйти на связь «в любое время в любом месте»; У Полуавтоматический, когда абоненту для пользования данной услугой в каком-либо регионе необходимо предварительно поставить об этом в известность своего оператора Ручной, по сути, простой обмен одного радиотелефона на другой, под ключенный к сотовой системе другого оператора Существующий объем услуг роуминга во многом определяется активностью деятельности конкретных компаний, так как возникающие при этом технические проблемы у всех приблизительно одинаковы (хотя здесь и можно отметить стандарт GSM, в который возможность роуминга была заложена изначально). Перспективы развития этой сферы услуг зависят уже от распространенности стандартов. Например, для создания единой сети стандарта GSM в России, предлагающей услуги роуминга в национальном масштабе, требуется организация связи с каждым региональным оператором. Кроме того, для передачи служебных сообщений необходим, как минимум, выделенный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 Кбит/с. Пока, в силу недостаточного спроса на услуги подвижной связи вне столиц и больших городов, для местных операторов нерентабельно держать такой канал для небольшого количества приезжих.
Анализ влияния задержек передачи управляющей информации по сети управления на потери в информационной сети
ОКС-7 является мощной платформой для реализации новых, недоступных ранее, возможностей, как по обслуживанию абонентов, так и по управлению сетью. Однако ввод в действие новых услуг требует привлечения больших ресурсов в УС, чем при обычном установлении телефонного соединения. С ростом интеллекта современной сети сотовой подвижной связи, существенно повышается нагрузка на сеть управления, что может привести к значительному увеличению времени обслуживания вызовов.
С точки зрения динамической маршрутизации между ИС и УС существует взаимное влияние. Суть его в следующем: маршрут передачи управляющей информации в УС зависит от выбранного пути передачи пользовательского трафика в ИС, при этом качество обслуживания вызовов по маршруту в ИС зависит от времени установления соединения по доступным маршрутам в УС. Следовательно, распределение информационных потоков в ИС методами динамической маршрутизации не может считаться оптимальным, если не учитывается влияние УС на ИС. Выбор путей в ИС с учётом ситуации в УС позволит достичь существенного экономического эффекта.
Для оценки влияния времени обслуживания вызовов в УС на потери в ИС, рассмотрена модель фрагмента сети связи элементами которой являются - пучок информационных каналов в направлении от MSC (ИС)і к MSC (HC)j в ИС и соответствующий данному направлению канал в УС между VLR. (УС)і и VLR (УС)]. Рассмотрим вариант совместного обслуживания поступающих заявок в ИС(МЗС) и yC(VLR), Для характеристики качества обслуживания вводится параметр Тз, относительно которого выполняется оценка времени установления соединения в УС. Также устанавливается допустимое время установления соединения - Тд, превышение которого означает потерю вызова в сети. Отказ в установлении соединения фиксируется по причине занятости всех каналов в ИС, либо вследствие превышения допустимого времени установления соединения Тд. Общие потери (Ро) могут быть определены как вероятность наступления превышения ТД
Ввиду того, что ИС является сетью с коммутацией каналов, а УС на базе ОКС-7 сетью с коммутацией пакетов, для моделирования сетевых элементов используются различные системы массового обслуживания (СМО). Пучок информационных каналов моделируется с помощью многоканальной СМО с отказами типа MIj/MI /n/O. Канал управления в УС моделируется простейшей одноканальной СМО с ожиданием МІх/МІц/1/со.
Необходимо отметить, что в реальных сетях канал управления имеет гораздо более сложное распределение времени обслуживания которое определяется различными типами поступающих потоков управляющих сообщений, алгоритмами обслуживания, приоритетностью, числом мест ожидания и т. д. В этом случае для описания работы канала УС, очевидно, необходимо использовать более точную модель типа GAyGfVl/m. Этот вопрос требует отдельных более глубоких дополнительных исследований. Однако и использование простейшей модели позволяет сделать основные выводы, которые в общем случае являются справедливыми для моделей любого уровня сложности.
Предполагается, что поступающие потоки заявок в ИС и УС являются Пуассоновскими, а время обслуживания в системах распределено по показательному закону. В соответствии с последним выражением с ростом среднего времени пребывания в системе (применительно к УС это означает рост среднего времени установления соединения) возрастает вероятность потери вызова по причине превышения Тд. Степень влияния времени установления соединения на потери в ИС определяется соотношением между временем занятия канала ИС непосредственно соединением и временем установления соединения. Результаты оценки влияния задержек в установлении соединения на потери отражены в работах. В современных телекоммуникационных сетях развивается тенденция к увеличению доли относительно коротких соединений при общем увеличении объёма потока вызовов, что позволяет сделать вывод о возрастающей значимости учета времени установления соединения, в условиях применения в сети методов динамической маршрутизации. Встает задача выбора оптимального маршрута в ИС с точки зрения минимизации времени установления соединения. Маршрутизация вызовов с учётом времени установления соединения позволяет сократить время непроизводительного занятия ресурсов сети и повысить качество обслуживания вызовов. Рассмотрим пример, демонстрирующий эффективность учёта времени установления соединения в сети и обоснованность вышеуказанного утверждения. Имеется двухполюсная сеть (Рис. 3.2.). Заданы вероятности потерь на ветвях сети: Р 1=0,01; Р2=0,02; Р3=0,02, Р4=0,025. Между узлами nl и п2 имеется два транзитных маршрута: маршрут №1 проходит транзитом через узел п2, маршрут №2 проходит транзитом через узел пЗ. Вероятность превышения ТД по маршруту № 1 - Рд( 1 )=0,01, а по маршруту №2 - Рд(2)=0,04. Существуют два плана распределения потоков: план №1 - первой выбирается ветвь pi, занимается свободный канал и соединение устанавливается транзитом через узел п2. Если свободные каналы в ветви pi отсутствуют, выбирается ветвь [32 и соединение устанавливается транзитом через узел пЗ; план №2 - первой выбирается ветвь р2, занимается свободный канал и соединение устанавливается транзитом через узел пЗ. Если свободные каналы в ветви Р2 отсутствуют, выбирается ветвь pi и соединение устанавливается транзитом через узел п2.
Построение таблиц маршрутизации при адаптированном управлении распределением потоков информации на основе игрового метода управления
Во многих прикладных задачах (в особенности в задачах связанных с нахождением различных показателей надежности технических систем со сложной структурой) возникает необходимость определения связности двухполюсных графов (сетей), поскольку именно такой вид имеют схемы расчета надежности: у них есть два полюса — входной и выходной. Физически это можно интерпретировать как определение возможности прохождения некоторого сигнала от входа некоторой системы, характеризующейся сетевой структурой, к выходу.
При анализе надежности различных технических систем прежде всего вводится критерий отказа. На практике критерием отказа является нарушение способности системы выполнять свое назначение или несоответствие значений выходных параметров некоторым определенным требованиям. При создании математической модели структуры технической системы критерий отказа обычно определяется через состояние элементов, составляющих данную систему. Состояние системы определяется совокупностью состояний элементов: критерий отказа позволяет все множество состояний элементов системы разделить на два подмножества — одно из них характеризуется состоянием работоспособности системы, а другое — состоянием отказа системы.
Введем обобщенный параметр надежности связи, характеризующий состояние сети и включающий 2 основные составляющие: - вероятность отказа; - надежность. Вероятность отказа установления соединения фиксируется по причине не надежности системы или по причине отказа: Данное выражение показывает, что в УС существует соответствие между средним временем обслуживания и вероятностью превышения Тд (рост tyc означает увеличение Рд). Применительно к игровому методу динамического управления потоками [63] это означает, что выбор исходящего направления можно осуществлять на основе информации о вероятности установления соединения в данном направлении (по критерию минимизации Ротк).
С другой стороны при увеличении Рд, вследствие перегрузки в управляющей системе, необходимо произвести перераспределение потоков информации в информационной системе. При этом требуется достаточно большой объём статистики для настройки стохастических автоматов по критерию минимальной вероятности общих потерь с достаточной точностью, что в свою очередь приводит к нежелательному увеличению инерционности системы управления. Как правило, изменения в сети происходят не мгновенно, поэтому, контролируя время установления соединения и надежность элементов сети можно прогнозировать развитие ситуации в УС, что позволит сократить время сходимости метода маршрутизации.
В обоих случаях необходим дополнительный критерий для объективного принятия решения о распределении информационных потоков на сети. В качестве дополнительного критерия распределения потоков информации предложено использовать вероятность отказа в установлении соединения.
Одним из эффективных способов улучшения условий связи на сетях СПС является динамическое распределение потоков сигнальной информации. Динамическое распределение потоков информации, обеспечивая адаптацию плана распределения путей передачи информации, позволяет наиболее эффективно использовать имеющиеся ресурсы и тем самым минимизировать потери и задержку при передаче вызовов. Эффективность функционирования системы динамического управления распределением потоков в значительной степени зависит от используемого метода.
Для формирования плана распределения потоков информации на сети при всех методах описанных в главе 2.1. требуется передача большого количества служебной информации, что приводит к дополнительной загрузке каналов. Предложенный в [43] игровой метод динамического управления потоками сигнальной информации, при котором выбор направлений передачи информации осуществляется на основе результатов обслуживания вызовов в предыдущие моменты времени. Тем самым метод исключает необходимость обмена дополнительной служебной информацией по сети сигнализации.
Рассмотрим метод адаптивного управления потоками сигнальной информации на основе игрового метода. Метод является статистическим, таким образом, выбор маршрута в ИС при установлении соединения осуществляется на основе результатов обслуживания вызовов в предыдущие моменты времени, что исключает необходимость обмена дополнительной служебной информацией между узлами коммутации. По способу управления метод является распределённым. Коррекция плана распределения потоков может выполняться как на разовой, так и на групповой основе для группы вызовов Сі (где Сі - число вызовов в группе і-го направления). Предложена двухуровневая система управления потоками сигнальной информации. На первом уровне осуществляется управление по критерию вероятности отказа в установлении соединения. На втором уровне - по критерию вероятности превышения заданного значения задержки в установлении соединения (7 . Устройства динамического управления представляются в виде коллектива стохастических автоматов П с переменной структурой [97], функционирующих в случайной среде, коей является сеть СПС с изменяющимися во времени параметрами (потоками, тяготением, емкостями ветвей, и т.д.). Критерием оценки качества обслуживания абонентов является вероятность попадания значения задержки в интервал (0;Ту).
