Введение к работе
Актуальность работы Для современного уровня развития телекоммуникационных сетей характерны наличие сложившейся инфраструктуры волоконно-оптических транспортных сетей, быстрое внедрение современных технологий коммутации пакетов Internet Protocol (IP), Multiprotocol Label Switching (MPLS) и Gigabit Ethernet (GE) для мультиплексирования, транспортировки, добавления и вывода трафика различных приложений, широкие возможности по контролю и управлению потоками трафика в цифровых системах коммутации каналов (ЦСК)
В июне 2003 года в Российской Федерации был принят закон «О связи», определивший направления развития связи в нашей стране Из многочисленных положений закона «О связи» выделим переход от термина «телефонная сеть связи общего пользования» к термину «сеть связи общего пользования» (ССОП) Эта замена имеет принципиальное значение, поскольку отражает тенденцию перехода к сетям связи, объединяющим в себе свойства сетей с коммутацией каналов (КК) и коммутацией пакетов (КП) В частности, перспективная концепция Next Generation Network (NGN) предполагает, что телефония будет надстраиваться над инфраструктурой сетей передачи данных, и отражает идею перехода к единой универсальной архитектуре сети будущего Следуя теории конвергенции, базирующейся на принципе совместного использования ресурсов различных сетей связи, можно ожидать, что создание полностью пакетной сети будет представлять собой эволюционный и длительный процесс При реализации NGN возникают новые проблемы, имеющие в отрасли телекоммуникаций важное наукоёмкое содержание
Новые технологии телекоммуникаций развиваются опережающими темпами по сравнению с темпами развития телекоммуникационных сетей Внедрение новых услуг телефонной связи, развитие справочно-информационных служб, влияние дополнительного трафика сетей мобильной связи и сети Internet может приводить к повышению вероятности потерь по вызовам на отдельных участках и на всей сети в целом Например, число абонентов сетей мобильной связи практически сравнялось с числом жителей Российской Федерации Только в Москве насчитывается порядка 5,0 млн пользователей сети Internet В Российской Федерации в 2005 году было 650 точек присутствия по технологии WiFi (Wireless Fidelity), а в 2006 году - более 7000 точек, то есть прирост идет в десятки раз Существующие сети связи общего пользования не рассчитаны на обслуживание дополнительного трафика, его появление повышает вероятность потерь по вызовам на отдельных участках и на всей сети в целом Одним из путей улучшения указанной ситуации является обслуживание избыточного трафика с привлечением ресурсов сети коммутации пакетов
Вопросы обслуживания трафика в пакетных сетях исследовались в работах Г П Захарова, В Г Лазарева, М А Шнепса-Шнеппе, В И Неймана, А П Пшеничникова, С Н Степанова, А Е Кучерявого и других Однако эволюционному процессу развития сети с одновременным нахождением в эксплуатации цифровых систем коммутации (ЦСК) различных лет поставки и современного оборудования с коммутацией пакетов и методам расчета пропускной способности для таких сетей должного внимания пока не уделялось
Объекты существующих сетей связи общего пользования связаны между собой направлениями межстанционной связи, каждое из которых содержит пучки линий исходящей и входящей связи Направление межстанционной связи выбирается системой управления ЦСК в соответствии с адресной информацией Поступивший вызов будет потерян (получит отказ в обслуживании) при занятости всех доступных ему линий в направлении межстанционной связи Одной из целей диверсификации ЦСК является создание и использование шлюзов доступа в сеть коммутации пакетов, получающих в системе маршрутизации ЦСК статус альтернативного направления связи
На телефонных сетях международной и междугородной связи имеется опыт организации обходных направлений, ресурс которых используется при перегрузке или техническом отказе направлений прямой связи Проблемой большинства местных телефонных сетей регионов России является отсутствие обходных направлений, они уязвимы в случае возникновения перегрузок Предлагается организовывать на местных телефонных сетях альтернативные направления с коммутацией пакетов
Для создания альтернативного направления межстанционной связи перспективны технологии коммутации пакетов IP/MPLS или GE Общая полоса пропускания альтернативного направления будет задействована для обслуживания телефонного трафика, оказавшегося избыточным для пучков прямой межстанционной связи Альтернативное направление межстанционной связи будет выполнять функции отдельной фазы обслуживания, которая заменяет собой фазу обслуживания с использованием ресурса линий прямой межстанционной связи, не являясь при этом дополнительной фазой, что важно для сохранения на низком уровне задержек в передаче речи Возможно образование транспортной структуры, повторяющей взаимное подключение систем коммутации для передачи речевого трафика - между двумя ЦСК будут существовать традиционное направление телефонной связи и альтернативное направление связи с коммутацией пакетов Для крупных операторов телефонной связи актуальна реализация альтернативного направления связи с коммутацией пакетов кольцевой структуры, объединяющей совокупность цифровых систем коммутации каналов
При проектировании сетей связи с коммутацией каналов используют методы теории телетрафика Для расчета числа каналов в обходных направлениях связи междугородных и международных сетей используется метод теории телетрафика RDA, название которого образовано системой используемых показателей величина R обозначает среднее значение избыточной нагрузки, D - ее рассеяние (разность дисперсии и среднего значения), А - интенсивность нагрузки Математическая модель обслуживания вызовов в альтернативном направлении связи с коммутацией пакетов должна учитывать возможности метода RDA и особенности технологий коммутации пакетов
Перед операторами связи стоит актуальная проблема эффективного использования ресурса каналов связи В сетях с коммутацией каналов понятие «пропускная способность» характеризует интенсивность нагрузки, которую может обслужить участок сети или система с заданной вероятностью потерь по вызовам в рассматриваемом промежутке времени В сетях с коммутацией пакетов понятие «пропускная способность» характеризуется шириной полосы пропускания, то есть объёмом трафика, который может быть пропущен каналом связи за единицу времени Пропускная способность позволяет проводить сравнение вариантов сопряжения сетевых структур и построения сетей, а также определять необходимый ресурс производительности В диссертационной работе разработаны модели функционирования альтернативного направления обслуживания вызовов и методы расчета пропускной способности Предлагаемый подход совпадает с распространенной концепцией развития сетей связи - добавлять к системам коммутации каналов шлюзы доступа к сетям коммутации пакетов, сохраняя неизменной архитектуру существующих сетей связи
Актуальность исследования подтверждается быстрым развитием технологий передачи речи с коммутацией пакетов и технических средств интеграции сетей связи, возможностью возникновения перегрузок в отдельных направлениях связи из-за внедрения новых услуг, развития справочно-информационных служб, роста объема трафика сетей Internet и сетей мобильной связи
Целью диссертации является исследование и разработка метода расчета пропускной способности альтернативного направления связи в качестве общего ресурса для обслуживания избыточного трафика телефонии от исходящих пучков линий межстанционной связи Для достижения поставленной цели решены следующие задачи
определены возможности привлечения ресурсов сети с коммутацией пакетов для реализации альтернативных направлений связи на основании сравнительного анализа технологий коммутации пакетов и исследования алгоритмов управления сетевыми ресурсами,
разработана математическая модель функционирования альтернативного направления межстанционной связи, создаваемого в качестве дополнительного сетевого ресурса и объединяющего цифровые системы коммутации каналов,
обоснована возможность использования метода RDA и проведены аналитические расчеты зависимости пропускной способности альтернативного направления межстанционной связи с коммутацией пакетов от интенсивности поступающей нагрузки (в диапазоне 60, , 1200 Эрланг) и числа пучков линий, которым доступно альтернативное направление (в диапазоне от 1, ,28 пучков),
проведено имитационное моделирование функционирования альтернативного направления межстанционной связи и получены статистические оценки достоверности результатов аналитического расчета вероятности потерь по вызовам,
разработан метод расчета необходимой пропускной способности альтернативного направления межстанционной связи, учитывающий результаты аналитического и экспериментального исследований влияния альтернативного направления межстанционной связи на качество обслуживания вызовов
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории телетрафика, теории вероятностей и математической статистики
Научная новизна и результаты, выносимые на защиту, состоят в следующем
разработана математическая модель функционирования альтернативного направления связи с коммутацией пакетов, объединяющего цифровые системы коммутации каналов,
предложено использование метода RDA для расчета пропускной способности альтернативного направления связи, и получены соотношения для аналитического расчета необходимого числа линий в альтернативном направлении в зависимости от числа пучков прямой связи, их емкости и интенсивности поступающей нагрузки,
проведено имитационное моделирование функционирования альтернативного направления связи и получены статистические оценки, подтвердившие результаты аналитического расчета вероятности потерь по вызовам,
разработан метод расчета пропускной способности альтернативного направления связи с коммутацией пакетов, реализуемого с использованием кольцевых транспортных структур, позволяющий производить сравнение вариантов и обоснованный выбор технического решения по результатам оценки эффективность его организации,
предложены рекомендации по выбору способа повышения пропускной способности пучков межстанционной связи, испытывающих перегрузки
Личный вклад Теоретические и практические исследования, расчеты и моделирование, выводы и рекомендации иа их основе получены автором лично
Практическая ценность Разработанная методика экспертной оценки позволяет производить обоснованный выбор способа повышения пропускной способности пучков межстанционной связи, испытывающих перегрузки
Результаты аналитических и экспериментальных исследований, оформленные в виде рекомендаций, позволяют сравнивать варианты организации альтернативного направления связи с учетом особенностей используемой технологии коммутации пакетов, структуры телефонной сети и технических возможностей шлюзов доступа к сети коммутации пакетов
Реализация результатов работы Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, использованы в учебном процессе кафедры систем управления городских телефонных сетей МТУСИ, в проектных работах ОАО «Ги-просвязь», предложенный метод расчёта пропускной способности альтернативного направления использован при проектировании сегмента цифровой сети опытной зоны ОАО МГТС для определения направления перехода к сетям с коммутацией пакетов, что подтверждено соответствующими актами
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждались на конференции Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А С Попова в 2005 году (Москва), на Международных форумах информатизации в 2005 и 2006 годах (Москва), на научной конференции профессорско-преподавательского, научного и инженерно - технического состава МТУСИ в 2006 году, на первой научно - технической отраслевой конференции «Технологии информационного общества» в 2007 году, на заседаниях кафедры систем управления городских телефонных сетей МТУСИ
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 16 опубликованных работах
Объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений Она включает 101 страницу машинописного текста, 36 рисунков, 25 таблиц, 2 приложения Список литературы включает 108 наименований
