Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ эффективности методов предоставления инфокоммуникационных услуг в сетях последующих поколений
1.1. Анализ способов предоставления перспективных инфокоммуникационных услуг с гарантированным качеством в традиционных сетях связи
1.2. Исследование архитектурных и функциональных особенностей инфокоммуникационных услуг в сетях последующих поколений
1.3. Оценка эффективности существующих методов разработки и внедрения инфокоммуникационных услуг
1.4. Сравнение технологий для разработки и предоставления инфокоммуникационных услуг на базе открытых интерфейсов
ГЛАВА 2. Анализ методов измерения и оценки характеристик функционирования сетей последующих поколений
2.1. Анализ документов международных организаций по стандартизации систем управления качеством обслуживания
2.2. Классификация инфокоммуникационных услуг в зависимости от их требований к сетевым ресурсам
2.3. Анализ существующих методов оценки характеристик функционирования сетей последующих поколений на уровне средних
2.4. Систематизация методов измерения основных характеристик функционирования сетей последующих поколений для оценки их распределений
ГЛАВА 3. Разработка и исследование аналитических моделей предоставления услуг на базе открытых интерфейсов в сетях последующих поколений
3.1. Разработка процедуры построения математических моделей предоставления услуг на базе открытых интерфейсов в сетях последующих поколений
3.2. Исследование модели предоставления услуг критичных к задержкам передачи данных в реальном времени
3.3. Исследование модели предоставления услуг, некритичных к задержкам передачи данных
3.4. Анализ показателей качества обслуживания запросов на предоставление услуг на базе открытых интерфейсов
Выводы
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на базе открытых интерфейсов
4.1. Разработка сетевого фрагмента предоставления инфокоммуникационных услуг на базе открытых интерфейсов 113
4.2. Исследование влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на разработанном сетевом фрагменте 120
4.3. Анализ адекватности экспериментальных результатов, полученных на сетевом фрагменте 137
4.4. Определение граничных значений характеристик функционирования сетей последующих поколений для обеспечения гарантированного качества услуг 144
Заключение
Список источников
Приложение.
- Исследование архитектурных и функциональных особенностей инфокоммуникационных услуг в сетях последующих поколений
- Классификация инфокоммуникационных услуг в зависимости от их требований к сетевым ресурсам
- Исследование модели предоставления услуг критичных к задержкам передачи данных в реальном времени
- Исследование влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на разработанном сетевом фрагменте
Введение к работе
Актуальность работы
Основные тенденции развития отрасли телекоммуникаций, к которым относятся расширение спектра оказываемых услуг, переход к сетям последующих поколений, а также рост числа пользователей в таких сетях и значительное увеличение объемов информационного обмена, предъявляют постоянно возрастающие требования к производительности сетевого и серверного оборудования, пропускной способности каналов связи и качеству обслуживания. Обеспечение гарантированного качества услуг в сети последующих поколении является комплексной проблемой. Одним из этапов в решении этой проблемы является задача исследования влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг.
Исследованию вопросов построения сетей последующих поколений, расчета и развития мультисервисных сетей связи посвящены работы Башарина Г. П., Вишневского В. М., Гольдштейна Б. С, Гордиенко В. Н., Деарта В. Ю., Докучаева В. А., Ершова В. А., Крылова В. В., Кузнецова В. А., Кучерявого А. Е., Мардера Н. С, Назарова А. Н., Пшеничникова А. П., Рослякова А. В., Самуйлова К. Е., Семенова В. А., Соколова Н. А., Степанова С. Н., Сычева К. И., Шувалова В. П., Яновского Г. Г. и других.
Постепенный переход от телекоммуникационных услуг в существующих традиционных сетях с коммутацией каналов к инфокоммуникашгонным услугам в сетях последующих поколений с коммутацией пакетов ведет к необходимости учета особенностей передачи информации при предоставлении услуг. Анализ методов внедрения новых услуг показал, что разработку и предоставление инфокоммуникационных услуг целесообразно осуществлять на базе технологий открытых интерфейсов, позволяющих обеспечить независимость от платформ предоставления услуг, сетей передачи и механизмов управления трафиком. Такой подход к реализации инфокоммуникационных услуг представлен, например, в работах Шнепс-Шнеппе М. A., Andreetto А., Licciardi С, Falcarin Р.
Проблемы предоставления услуг с гарантированным качеством в сетях последующих поколений и способы их решения освещены в работах российских и зарубежных авторов Ефимушкина В. А., Кучерявого Е. А., Нетеса В. А., Самуйлова К. Е., Степанова С. Н., Iversen V., Jiang W., Kim S., Moeller S., Raake A., Ross K., Schulzrinne H., Vegesna S., Xiao X. и других. При этом следует отметить, что работы, посвященные исследованию влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на базе открытых интерфейсов, встречаются редко.
Кроме того, существующие исследования не учитывают влияния всех основных характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг. Предоставление инфокоммуникационных услуг без гарантий качества существенно снижает их привлекательность для абонентов, что в свою очередь, ведет к уменьшению прибыли оператора связи.
Таким образом, исследование влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на базе открытых интерфейсов является актуальной задачей. Ее решение позволяет находить граничные значения и нормировать указанные характеристики, рассчитывать уровень качества на этапе проектирования сети последующих поколений, а также поможет предоставлять инфокоммуни-
кационные услуга с гарантированным качеством, используя все преимущества сетей последующих поколений.
Объектом исследования является процесс предоставления услуг на базе открытых интерфейсов в сетях последующих поколений.
Предметом исследования являются характеристики функционирования сетей последующих поколений, которые оказывают существенное влияние на качество услуг на базе открытых интерфейсов.
Цель диссертации состоит в исследовании влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на базе открытых интерфейсов и нахождении граничных значений, при которых снижение качества услуг является ощутимым.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
проведен анализ эффективности применения технологий разработки и предоставления инфокоммуникационных услуг в сетях последующих поколений, на основании которого был осуществлен выбор объекта исследования;
определен перечень характеристик функционирования сетей последующих поколений, оказывающих существенное влияние на качество услуг, а также систематизированы существующие методы оценки и измерения указанных характеристик;
разработана процедура построения аналитических моделей предоставления инфокоммуникационных услуг на базе открытых интерфейсов в сети последующих поколений для исследования влияния характеристик элементов указанных сетей на качество услуг;
разработан сетевой фрагмент для экспериментального исследования влияния на качество услуг основных характеристик функционирования сети последующих поколений: задержки пакетов, вариации задержки пакетов, потерь пакетов и скорости передачи;
получены результаты экспериментов по оценке влияния указанных характеристик функционирования сети последующих поколений на качество услуг на базе открытых интерфейсов;
определены граничные значения характеристик функционирования сети последующих поколений, при которых снижение качества услуг является ощутимым. Методы исследования
В диссертации используются методы теории сетей связи, теории вероятностей, теории сетей массового обслуживания, теории телетрафика, линейной алгебры и модельный эксперимент.
Достоверность результатов обеспечивается корректностью теоретических моделей, а также адекватностью методов, используемых для получения экспериментальных результатов, и их сравнением с теоретическими оценками качества услуг.
Научная новизна результатов
1. Предложено использовать модель Кларка, известную для системы, в которой происходят потери пакетов, для случая задержки пакетов и вариации задержки пакетов. Такое использование модели Кларка позволило применять в экспериментальных исследованиях математический аппарат для расчета времени пребывания системы в нестабильном состоянии, при котором наблюдается снижение качества услуг вследствие влияния задержки и вариации задержки.
-
Разработана процедура построения аналитических моделей инфокоммуннка-ционных услуг на базе открытых интерфейсов, позволяющая получить расчетные выражения и, при известных значениях параметров функционирования элементов модели сети последующих поколений, численные решения для уравнений, описывающих важнейшие показатели качества обслуживания, к которым относятся доля обслуженных запросов и среднее время ожидания запроса в очереди платформы предоставления услуг.
-
Предложено нормировать значение вариации задержки пакетов для случая равномерного распределения задержки пакетов, как худшего случая распределения. Получены экспериментальные результаты, подтверждающие, что распределение задержки может не соответствовать нормальному закону и зависит, в частности, от размера пакета.
Личный вклад
Все результаты, составляющие содержание данной работы, получены автором лично.
Практическая значимость
-
Разработан фрагмент сети последующих поколений, позволяющий моделировать влияние широкого набора значений характеристик ее функционирования на качество услуг на базе открытых интерфейсов. Использование разработанного фрагмента позволило оценивать качество услуг объективными методами, а также значительно ускорить процесс оценки качества по сравнению с методами, основанными на субъективной оценке аудитории слушателей.
-
В результате эксперимента определены граничные значения основных характеристик функционирования сетей последующих поколений. При нахождении указанных характеристик в пределах граничных значений не происходит заметного снижения качества услуг на базе открытых интерфейсов.
Результаты исследований использованы в проводившихся ФГУП ЦНИИС НИР, в рамках проекта Европейского института стандартов электросвязи (ETSI) «Speech and multimedia Transmission Quality (STQ); Perceptual Impact of End-to-End Delay and End-to-End Delay Variation on Fax-over-IP (FoIP) and Modem-over-IP (MoIP)», а также в учебном процессе на базовой кафедре МТУСИ "Перспективные телекоммуникационные технологии и услуги", что подтверждается соответствующими актами.
Апробация работы
Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на следующих конференциях и семинарах:
вторая, третья, четвертая и пятая отраслевые научные конференции "Технологии информационного общества" (Москва, 2008-2011);
64-я и 65-я Научные сессии Российского НТОРЭС им. А.С. Попова, посвященные Дню радио (Москва, 2009, 2010);
семинар МСЭ "Анализ, прогнозирование и механизмы регулирования развития рынков электросвязи" (Киев, 2009);
научный семинар секции "Моделирование сетей связи, информационных систем и процессов" МНТОРЭС им. А.С. Попова (Москва, 2010);
12-я международная конференция и выставка "Цифровая обработка сигналов и ее применение" (Москва, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 4 в рецензируемых периодических изданиях, входящих в перечень ВАК.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Показано, что модель Кларка, известная для системы, в которой происходят потери пакетов, может быть применена для моделирования систем с задержкой пакетов и вариацией задержки пакетов.
-
Аналитическая модель услуг на базе открытых интерфейсов, построенная на основе теории открытых сетей массового обслуживания (сетей Джексона), позволяет рассчитывать показатели качества обслуживания, связанные с передачей и обработкой запроса на предоставление услуги на базе открытых интерфейсов.
-
Разработанный сетевой фрагмент сети последующих поколений позволяет моделировать влияние широкого набора характеристик ее функционирования на качество услуг на базе открытых интерфейсов и оценивать качество объективными методами с достаточной точностью.
-
Гарантированное качество услуги в сети оператора связи обеспечивается при нахождении характеристик функционирования сетей последующих поколений в пределах предложенных граничных значений.
-
Значение вариации задержки пакетов целесообразно нормировать для случая равномерного распределения задержки пакетов, как худшего случая распределения.
Структура и объем диссертации
Исследование архитектурных и функциональных особенностей инфокоммуникационных услуг в сетях последующих поколений
В Федеральном Законе "О связи" понятие «услуга связи» и "универсальные услуги связи" определены следующим образом [1]:
"Услуга связи - деятельность по приему, обработке, хранению, передаче, доставке сообщений электросвязи или почтовых отправлений. Универсальные услуги связи - услуги связи, оказание которых любому пользователю услугами связи на всей территории Российской Федерации в заданный срок, с установленным качеством и по доступной цене является обязательным для операторов универсального обслуживания". Получение услуг связи с заданным уровнем качеством также регулируется указанным законом и другими нормативными документами: "Защита прав пользователей услугами связи при оказании услуг электросвязи и почтовой связи, гарантии получения этих услуг связи надлежащего качества ... определяется настоящим Федеральным законом, гражданским законодательством, законодательством Российской Федерации о защите прав потребителей и издаваемыми в соответствии с ними иными нормативными правовыми актами Российской Федерации". Поэтому гарантированному качеству при предоставлении услуг связи в Российской Федерации придается большое значение на государственном уровне. Понятия базовой и дополнительной услуг в традиционных сетях связи В документе РД 45.126-99 [2] приводятся следующие определения понятий "базовой" и "дополнительной" услуг связи: "Базовая услуга телефонной связи - услуга, заключающаяся в прозрачной передаче информации между оконечными устройствами коммутируемой телефонной сети в реальном масштабе времени. Дополнительная сетевая услуга телефонной связи — это услуга, заключающаяся в дополнении или видоизменении базовой услуги телефонной связи. Дополнительная сетевая услуга телефонной связи не может быть предоставлена отдельно от базовой услуги". В данной работе предложим уточненные определения понятий "базовой" и " дополнительной" услуг, а также "услуги с добавленной стоимостью" с точки зрения технологических методов их предоставления, не противоречащие действующему закону "О связи", а также совпадающие с большинством устоявшихся представлений в отрасли связи. Базовая услуга связи - это услуга, которая присуща основному (базовому) оборудованию сети связи, создаваемой с целью предоставления данной услуги. В телефонной сети связи базовой является услуга речевого телефонного вызова: установления соединения и двусторонней передачи речи. Данная услуга не требует наличия каких-либо дополнительных программно-аппаратных средств в оборудовании телефонных станций, кроме основного, и не зависит от технологии реализации аппаратных средств этих станций. Дополнительная услуга связи - это услуга, которая требует для своего предоставления дополнительных аппаратных и/или программных средств, которые устанавливаются на основном оборудовании связи. Как правило, дополнительные услуги телефонной связи могут быть предоставлены только на цифровых АТС, которые позволяют произвести установку специальных программно-аппаратных средств для реализации таких услуг. На аналоговых (механических), а также на квазиэлектронных АТС, предоставление дополнительных услуг сопряжено со значительными технологическими и организационными трудностями. Под "добавленной стоимостью" следует понимать то, что услуги этой группы реализуются при помощи специального сетевого оборудования, устанавливаемого отдельно от основного оборудования (например, интеллектуальных платформ или серверов приложений). Плата за предоставление услуги с добавленной стоимостью начисляется сверх базовой услуги. Дополнительные услуги также могут тарифицироваться сверх базовой услуги, однако данная категория услуг не привносит в сеть "добавленную стоимость". Кроме того, дополнительные услуги могут предоставляться только в пределах сетевого узла (АТС), а не всей сети. Таким образом, "добавленная стоимость" повышает ценность всей сети, а не отдельных сетевых узлов. Отметим еще одно существенное различие между дополнительными услугами и услугами с добавленной стоимостью. Дополнительные услуги часто предоставляются при помощи специального оборудования и программ того лее производителя, что и базовое сетевое оборудование, поскольку аппаратно они реализованы именно на базовом сетевом оборудовании. Услуги с добавленной стоимостью реализуются при помощи интеллектуальных платформ или серверов приложений, которые часто разрабатываются и выпускаются другим производителем, нежели базовое сетевое оборудование. Для совместимости этого оборудования разработаны соответствующие стандартные интерфейсы и протоколы, например, прикладной протокол интеллектуальной сети (INAP, Intelligent Network Application Part) или протокол инициирования сеансов связи (SIP, Session Initiation Protocol). Определения терминов, относящихся к качеству услуг В рекомендации МСЭ-Т Е.800 содержаться следующие определения терминов, относящихся к качеству обслуживания [з]: "Качество - совокупность характеристик объекта, которые имеют отношение к его возможности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности. Характеристики качества должны поддаваться экспериментальной оценке и/или измерению. Когда характеристики определены, они становятся параметрами и выражаются метриками (называемыми также "показателями"). Качество обслуживания (QoS, Quality of service) - совокупность характеристик услуги электросвязи, которые имеют отношение к ее возможности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности пользователя услуги. Качество обслуживания ощущаемое и/или воспринимаемое абонентом/пользователем (QoSE. Quality of service experienced) - заявление об уровне качества, которое, по мнению абонентов/пользователей, они ощущали. Уровень качества обслуживания, ощущаемого и/или воспринимаемого абонентом/пользователем, может быть выражен с помощью субъективной оценки. Характеристика - свойство, помогающее проводить различие между отдельными элементами заданной совокупности. Параметр - количественная характеристика обслуживания с конкретными сферой применения и границами. Объективные (количественные) параметры - параметры, которые поддаются измерению с использованием приборов или наблюдений". Ограничения технологии создания и предоставления услуг средствами интеллектуальной сети связи В конце 1980-х и начале 1990-х гг. надежды традиционных операторов связи по увеличению доходов возлагались на концепцию интеллектуальной сети связи (ИСС). Однако активное применение ИСС операторами связи выявило ряд существенных недостатков и ограничений этой концепции. Прежде всего, это подход, ориентированный на стандартизацию наборов услуг (CS, Capabilty Set), освещенный в рекомендациях МСЭ-Т серии Q.12XX. В то время как набор CS-1 включает в себя 25 услуг и уже стандартизованы наборы CS-2 (79 услуг), CS-3 (111 услуг) и CS-4 (124 услуги), на практике востребованы всего лишь несколько услуг [4]:
Классификация инфокоммуникационных услуг в зависимости от их требований к сетевым ресурсам
Для обеспечения гарантированного качества услуг в СПП предусмотрены специализированные системы. Рассмотрим системы, описанные в документах международных организаций для определения уровня, на котором они работают, и параметров, которыми они управляют.
Анализ направления работ международных организаций в части стандартизации систем управления качеством обслуживания
Проблема обеспечения гарантированного качества услуг в СПП и разработка соответствующих механизмов является актуальной, о чем свидетельствуют многочисленные дискуссии, которые ведутся на страницах книг и журналов, на конференциях, рабочих группах и семинарах различного уровня. Вопросами обеспечения качества услуг связи в настоящее время занимается порядка 12 крупных международных организаций [33].
Рабочие группы в IEEE и IETF разрабатывают решения для конкретных проблем на втором и третьем уровнях модели ВОС соответственно. Организации МСЭ-Т и ETSI занимаются разработкой сетевой архитектуры и процедурами управления для обеспечения качества услуг [34].
В настоящее время в СПП уже используются различные системно-сетевые решения, участвующие в процессе предоставления услуг: оборудование гибкого коммутатора (Softswitch), система мультимедийных услуг на базе IP, транспортная сеть, сети доступа. Каждое системно-сетевое решение включает в себя ряд узлов сети и реализует собственную функциональность. Взаимодействие с другими системно-сетевыми решениями осуществляется на стыках системно-сетевых решений по определенным протоколам. В результате, при предоставлении инфокоммуникационных услуг используются функции и ресурсы различных системно-сетевых решений, каждая из которых отвечает за реализуемую для данной услуги функциональность и не зависит от других системно-сетевых решений. Решение проблемы предоставления услуг с гарантированным качеством напрямую зависит от системы управления ресурсами сети между всеми системно-сетевыми решениями, участвующими в предоставлении услуги. Одним из эффективных способов решения данной проблемы является создание специализированного решения, отвечающего за согласованное взаимодействие различных системно-сетевых решений. Таким является решение контроля доступа и управления сетевыми ресурсами.
Архитектуры для обеспечения качества обслуживания и управлением ресурсами сети были разработаны такими организациями как МСЭ-Т, 3GPP, ETSI, CableLab и DSL Forum [35-37]. Причем, все организации, за исключением МСЭ-Т, исследовали вопросы управления качеством обслуживания только для частных случаев системно-сетевых решений. Организация МСЭ-Т, в свою очередь, предложила архитектуру, охватывающую проблему в общем случае, с возможностью использования различных вариантов обеспечения качества на разных участках сети.
Организация CableLab предложила архитектуру [38] для динамического управления качеством обслуживания DQoS (Dynamic Quality of Service), которая может применяться в сетях связи, построенных на базе технологии гибридных оптико-коаксиальных сетей (HFC - Hybrid Fiber Coaxial). В такой сети несколько кабельных модемов, расположенных у пользователей, делят один общий восходящий канал от пользователей к системе терминирования кабельных модемов (CMTS — Cable Modem Termination System). Разделение скорости передачи осуществляется при помощи адресов второго уровня модели ВОС, на основе спецификации интерфейса кабельной системы передачи данных (DOCSIS - Data Over Cable Service Interface Specification). На втором уровне механизмы обеспечения качества определены спецификацией DOCSIS, текущей версией является вторая. Целью DQoS является реализация процедур передачи сигнальной информации и динамического управления ресурсами всей сети с интерфейсами DOCSIS. Архитектура, предлоэ/сенная организацией DSL Forum
Организация DSL Forum предложила архитектуру [39] для управления ресурсами в сети доступа, построенной на базе технологии цифровой абонентской линии (DSL, Digital Subscriber Line). В отличие от сетей, построенных на базе технологии оптоволоконных и коаксиальных кабелей, рассмотренной выше, DSL-модем подключается к оборудованию пользователя через выделенную медную линию. Поэтому, на втором уровне между DSL-модемом и мультиплексором доступа цифровой абонентской линии (DSLAM, Digital Subscriber Line Access Multiplexer) не требуется динамического управления качеством обслуживания.
Основное внимание организация DSL Forum уделила вопросам обеспечения качества в сети, находящейся в помещении пользователя, в частности проблеме управления ресурсами сети и их распределению между несколькими терминалами, расположенными за домашним шлюзом абонента. Под домашним шлюзом обычно понимают устройство с функциями маршрутизатора, предназначенное для проводного и беспроводного подключения различных пользовательских терминалов. В сети доступа, построенной на базе технологии DSL, домашний шлюз и сервер широкополосного доступа (BRAS, Broadband Remote Access Server), расположенный на стороне оператора связи, являются важными сетевыми элементами, которые оказывают влияние на качество обслуживания. Управление трафиком в сети DSL основано на разделении услуг в направлении от пользователя. Домашний шлюз классифицирует трафик данных на основе протокола DiffServ или как трафик best effort, а также разделяет типы трафика, отправляемого во внешнюю сеть от абонента.
Основная функция сервера BRAS - агрегация пользовательского трафика и отправка его во внешнюю сеть. BRAS осуществляет соединение устройств внутренней сети, находящейся в помещении абонента, с внешней сетью, а также управление этим соединением. Разделение трафика в домашнем шлюзе производится на основе управления классами обслуживания. Правила разделения трафика устанавливаются во время настройки домашнего шлюза. Обычно, у оператора имеется возможность удаленно управлять параметрами домашнего шлюза абонента и менять правила разделения трафика.
Стандартизация архитектуры управления качеством обслуживания проведена организацией 3GPP в рамках подготовки релиза 8 концепции IMS. В указанной концепции определен принцип дифференциации услуг в сетях подвижной связи [40]. Дифференциацию услуг для гарантированной передачи разных классов данных предлагается осуществлять на сетевом уровне. Пользователи услуг подвижной связи могут быть также дифференцированы на различные группы с разным уровнем обслуживания.
В данной архитектуре возможны два сценария обеспечения качества обслуживания: запрос уровня обслуживания может предоставляться как по требованию абонента, так и по политике, настроенной оператором [41]. Качество обеспечивается с помощью разделения потоков пакетов по пяти значащим полям в заголовке пакета IP. Услуги могут быть предоставлены с гарантированной и негарантированной скоростью передачи.
В архитектуре RACS управление ресурсами осуществляется в сети доступа, а также на граничном участке транспортной сети [42]. При этом под сетью доступа понимается участок сети, на котором агрегируется или распространяется трафик без динамической маршрутизации. Управление ресурсами в сети доступа осуществляется на втором уровне модели ВОС. Под уровнехМ ядра понимается участок сети, где производится маршрутизация по протоколу IP, то есть на третьем уровне модели ВОС. Управление ресурсами на уровне ядра сети не рассматривается в концепции подсистемы RACS.
Исследование модели предоставления услуг критичных к задержкам передачи данных в реальном времени
Тенденции перехода современных сетей от традиционных сетей с коммутацией каналов к мультисервисным сетям с коммутацией пакетов отражены во многих работах [65-75]. В дальнейшем в главе будем учитывать известные особенности проектирования, моделирования и расчета указанных сетей, заключающиеся в использовании пакетной транспортной сети для передачи запроса на предоставление услуг, специализированных серверов -ППУ, возможностей взаимодействия терминалов пользователей, при предоставлении услуг.
Актуальность предоставления инфокоммуникационных услуг в СПП с гарантированным качеством Отметим актуальность обеспечения гарантированного качества услуги [76], отсутствие которого может привести возникновению ее повторных запросов. В настоящее время во многих сетях передачи данных (СПП и в сети Интернет) используется принцип обслуживания без гарантий качества [77,78]. При этом пользователю может быть предоставлена услуга с недостаточным качеством, либо, в случае невозможности предоставления услуги по каким-либо причинам (занятость сетевых ресурсов или серверов), он получит отказ в обслуживании. Получив услугу с ненадлежащим качеством или отказ в обслуживании, пользователь с определенной вероятностью осуществляет повторный запрос предоставления услуги. Нагрузка, возникающая при неудачных попытках получения услуги и приводящая к повторным запросам услуги, является нежелательной, особенно когда сеть находится в режиме перегрузке, соответствующему нестабильному состоянию. С учетом изложенного выше, задача обеспечения гарантий качества при предоставлении инфокоммуникационных услуг в СПП является важной. В данной главе разработана процедура построения аналитических моделей, на основе которых могут быть исследованы различные способы обработки запросов и предоставления услуг на базе открытых интерфейсов в СПП, приводящие к предоставлению инфокоммуникационных услуг с гарантированным качеством и уменьшению нежелательной нагрузки в виде повторных запросов.
Отметим, что при построении аналитических моделей запросов инфокоммуникационных услуг могут использоваться методы, аналогичные тем, которые применялись для интеллектуальных сетей связи, поскольку характер запросов предоставления ипфокоммуникационных услуг на уровне приложений аналогичен вызовам в телефонных сетях [65,79].
Предлагаемая процедура построения аналитических моделей предоставления услуг реализованных на базе открытых интерфейсов позволяет исследовать различные услуги в СПП и рассчитать числовые значения показателей качества обслуживания, связанные с передачей и обработкой запроса на предоставление услуги. Также в главе показано применения указанной методики для трех инфокоммуникационных услуг, которые могу быть реализованы на базе открытых интерфейсов.
Применение теории СеМО для разработки аналитических моделей инфокоммуникационных услуг
Для аналитического моделирования информационных систем и сетей связи широко используется теория сетей массового обслуживания [80-85]. Как указано в [80]: "Целью моделирования СеМО - аналитического и имитационного - является прогноз производительности сети или ее фрагментов путем оценки вероятностно-временных характеристик (ВВХ) использования ресурсов, длин очередей и задержек в них".
В 1971 году Мур (Moore F. R.) предложил использовать замкнутые Марковские сети для моделирования работы вычислительной системы с многими ресурсами, в котором каждый ресурс моделируется узлом сети. В такой модели запрос проходит от одного ресурса к другому, последовательно получая обслуживание. Таким образом, процесс обслуживания в такой сети является многофазным. Если несколько запросов требуют обслуживания одного ресурса, то это конфликт решается путем образования очереди в буфере.
Поскольку СПП представляет собой сеть со многими ресурсами, теория СеМО может быть использована для моделирования процесса обслуживания запросов инфокоммуникационных услуг и, в частности, услуг на базе открытых интерфейсов. Для моделирования указанного процесса будем использовать открытые однородные СеМО (сети Джексона), в которых запросы от пользователей будут поступать в сеть извне, обслуженные и необслуженные запросы будут покидать сеть. Примем обозначения средних интенсивностей потоков поступающих и обслуженных запросов Я и [і соответственно.
Аналитические модели узлов СеМО К основным узлам СеМО и при моделировании инфокоммуникационных услуг относятся (в скобках указаны модели систем массового обслуживания, соответствующие узлам): - сеть передачи данных (М/М/оо); - платформа предоставления услуг (М/М/т/со); - терминалы пользователей (М/М/т/со); - вспомогательные сервера - информационные ресурсы, центр телевизионного вещания (M/M/Woo); - повторные вызовы (М/М/т/со). Отметим, что все, кроме первого из указанных выше узлов СеМО, традиционно моделируются с помощью аппарата СМО [86] и представляют собой различные модификации электронных вычислительных машин. Описанные выше модели СМО (М/М/оо и М/М/т/со) приведены на рис.3.1 и рис.3.2. Таким образом, СМО М/М//и/оо - является многолинейной системой с неограниченным объемом буферного накопителя, а СМО М/М/оо - является бесконечнолинейной системой без буферного накопителя.
Исследование влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на разработанном сетевом фрагменте
Существует ряд технических проблем, которые сдерживают широкое внедрение инфокоммуникационных услуг операторами связи. К основным проблемам при внедрении новых инфокоммуникационных услуг относятся: - отсутствие стандартизованных алгоритмов передачи сообщений сигнализации при предоставлении новых услуг; - программно-аппаратная реализация услуг производителями оборудования с учетом функциональных, архитектурных и технологических особенностей собственного оборудования; - несовместимость услуг по причине реализации подобных услуг на сетях различных операторов с помощью средств связи, использующих разные технологии; - невозможность обеспечения качества услуг при их предоставлении абонентам, находящимся в сетях разных операторов. Описанные выше проблемы являются следствием несовместимости системно-сетевых решений разных производителей для предоставления услуг в рамках сети оператора связи и невозможности роуминга (переноса) услуг при перемещении абонента в сеть другого оператора. Использование платформ на базе открытых интерфейсов для предоставления инфокоммуникационных услуг решает проблему учета особенности оборудования разных производителей. Услуга, реализованная на одном из стандартизованных открытых интерфейсов, может быть перенесена на оборудование другого производителя с поддержкой полной функциональности услуги. Для превентивного обнаружения и решения различных технических проблем целесообразно применять модельные сети, которые служат инструментарием для тестирования СПП [95]. Согласно рекомендации МСЭ-Т Q.3900 [96]: "Модельная сеть - это сеть связи, имитирующая возможности, аналогичные имеющимся в действующих сетях связи, имеющая подобную архитектуру и функциональность и использующая те же технические средства связи". Преимущества модельных сетей Использование модельных сетей для решения задач тестирования имеет ряд преимуществ по сравнению с решением этих же проблем на сети, находящейся в эксплуатации. К указанным преимуществам относятся: - поиск и устранение разночтений и несовместимостей в реализации оборудования и услуг до установки в действующую сеть и без влияния на нее; - накопление и систематизация опыта в поиске проблем, возникающих в сетях операторов, быстрая локализация неисправностей и несовместимости; - разработка принципов внедрения новых услуг и технологий на действующей сети; - оценка возможности влияния внедряемого оборудования и технологий на действующую сеть. Предлагаемый подход по тестированию услуг связи Существуют разные подходы для тестирования новых инфокоммуникационных услуг. Подход, предложенный ETSI, в рамках рабочей группы TISPAN WG6, предполагает детальную проверку синтаксиса протокола на различных средствах связи путем передачи сообщений с определенными параметрами и ожидания соответствующей реакции согласно логики услуги. Методики, разработанные в рамках данного подхода, используют для проверок симулятор протоколов на базе языка TTCN-3 [97]. Следует отметить, что организация ETSI определяет требования в части дополнительной информации, вносимой в синтаксис протокола для реализации заданной функциональности услуги. Проверки касаются дополнительных услуг, например: удержание вызова, конференция, ожидание вызова. Предлагается расширить подход ETSI и, при тестировании новых услуг на модельных сетях, осуществлять проверки: - параметров протоколов и порядка обмена сообщениями с использованием симулятора протоколов; - функциональности услуги; - взаимодействия с действующими системами операторов; - возможности предоставления услуги при взаимодействии с сетями других операторов (в случае, когда сети построены на оборудовании разных производителей); - показателей качества. Предложенный подход, при тестировании новых услуг, позволит: - унифицировать логику услуги и обеспечить единообразие процесса их предоставления; - обеспечить совместимость услуг между сетями разных операторов для реализации роуминга услуг; - гарантировать значения показателей качества, при предоставлении услуг взаимодействующими операторами связи, для их соответствия требованиям SLA; - оценить производительность системно-сетевых решений, используемых для реализации услуг. Предложенный подход обсуждался в рамках доклада "Стандартизация и верификация инфокоммуникационыых услуг посредством универсального инструмента - модельных сетей связи" на семинаре "Анализ, прогнозирование и механизмы регулирования развития рынков электросвязи", организованном Бюро развития электросвязи МСЭ на Украине в г. Киев, 3-5 ноября 2009 г. Схема предоставления инфокоммуникационных услуг в общем виде В общей функциональной модели СПП предусмотрена декомпозиция по уровням и функциональным элементам. С точки зрения декомпозиции по уровням, для услуг выделен специальный уровень, на котором располагаются функциональные элементы, отвечающие за предоставление услуг [98,99].
